Overview
云原生开发是指基于 Kubernetes 生态扩展其能力的开发方向，核心是利用 Kubernetes 的扩展机制（Controller、Webhook、Scheduler 等）开发自定义组件，使集群能够感知和管理业务特有的资源或行为。
开发方向
Controller / Operator
Controller 是云原生开发最核心的模式。其核心思想是控制循环（Reconciliation Loop）：持续对比资源的期望状态（Spec）与实际状态（Status），驱动二者收敛。
- Controller：监听已有 K8s 资源（Pod、Endpoints、Node 等）的变化，执行相应业务逻辑。例如 external-dns 监听 Service / Ingress 变化，自动将域名记录同步到 Route53、Cloudflare 等 DNS 服务商。
- Operator：在 Controller 基础上引入自定义资源（CRD），将应用的运维知识编码进 Controller 中。例如管理 MySQL 集群的生命周期、备份、故障转移等。
典型场景：
- 自定义资源的生命周期管理（创建、更新、删除）
- 与外部系统的状态同步（云 API、数据库、消息队列）
- 集群内资源的协调编排
Admission Webhook
Admission Webhook 在资源写入 etcd 之前拦截请求，分两类：
- Validating Webhook：校验资源是否合法，不合法则拒绝（如强制要求 Pod 设置资源限制）
- Mutating Webhook：修改资源内容后放行（如自动注入 sidecar、添加默认 label）
Custom Scheduler / Scheduler Plugin
扩展 K8s 默认调度策略：
- Scheduler Extender：通过 HTTP 回调扩展调度决策，改动小但性能较差
- Scheduler Plugin：实现 K8s Scheduling Framework 接口，与调度器深度集成，性能好
典型场景：GPU 调度、拓扑感知调度、跨集群调度。
CNI / CSI / Device Plugin
- CNI Plugin：自定义 Pod 网络（如 Cilium、Calico）
- CSI Driver：接入自定义存储后端
- Device Plugin：向 K8s 暴露节点上的特殊硬件（如 GPU、FPGA、RDMA 网卡）
脚手架与框架选型
| 工具 | 定位 | 适合场景 |
|---|---|---|
| Kubebuilder | 官方脚手架，生成项目骨架、CRD、RBAC、Makefile | 需要定义 CRD 的 Operator，或希望从完整骨架开始 |
| controller-runtime | Kubebuilder 的底层库，直接作为 Go 依赖引入 | 不需要 CRD、只 Watch 已有资源、追求轻量 |
| Operator SDK | Red Hat 维护，支持 Go / Helm / Ansible | 偏好 Operator Framework 生态 |
| client-go | 最底层的 K8s Go 客户端 | 需要完全自定义控制流，或调用 K8s API 做非 Controller 类工具 |
选型建议：
- 有 CRD → Kubebuilder（脚手架节省大量样板代码）
- 无 CRD，只 Watch 已有资源 → controller-runtime（直接引依赖，3～4 个文件即可跑起来）
- 已有 Helm Chart，想加运维逻辑 → Operator SDK（Helm 模式）
关键机制
Reconciliation Loop
所有 Controller 的核心。无论事件驱动（Watch）还是定时触发，最终都归结为一次 Reconcile() 调用：
Watch 到变化 → 入队 (NamespacedName) → Reconcile()
├── 取当前对象状态
├── 与期望状态对比
├── 执行 Add / Update / Delete 操作
└── 更新 Status，返回下次 requeue 时间
定期全量对账（RequeueAfter）是保证最终一致性的关键，能自愈事件丢失和操作失败的场景。
Informer 与 Cache
controller-runtime 内部基于 client-go Informer 实现本地缓存：
- List/Watch 拉取资源并保持连接，增量同步变化到本地 Cache
- Read 操作走 Cache，不直接打 API Server，大幅降低 API Server 压力
- 事件驱动：Informer 检测到 Add / Update / Delete 后将对象 key 推入工作队列