版本: 0.9

使用 KCL 生成并管理 Kubernetes 资源配置

简介

当我们管理 Kubernetes 资源清单时，我们常常会手写维护，或者使用 Helm 和 Kustomize 等工具来维护我们 YAML 配置或者配置模版，然后通过 kubectl 和 helm 命令行等工具将资源下发到集群。但是作为一个 "YAML 工程师" 每天维护 YAML 配置无疑是琐碎且无聊的，并且容易出错。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata: ... # Omit
spec:
  selector:
    matchlabels:
      cell: RZ00A
  replicas: 2
  template:
    metadata: ... # Omit
    spec:
      tolerations:
      - effect: NoSchedules
        key: is-over-quota
        operator: Equal
        value: 'true'
      containers:
      - name: test-app
          image: images.example/app:v1 # Wrong ident
        resources:
          limits:
            cpu: 2 # Wrong type. The type of cpu should be str
            memory: 4Gi
            # Field missing: ephemeral-storage
      affinity:
        nodeAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
            nodeSelectorTerms:
            - matchExpressions:
              - key: is-over-quota
                operator: In
                values:
                - 'true'

YAML 中的结构化数据是无类型的，缺乏验证方法，无法立即检查所有数据的有效性
YAML 编程能力欠佳，容易写出不正确的缩进，也没有逻辑判断等常见代码组织方式，容易写出大量重复配置，难以维护
Kubernetes 设计是复杂的，用户很难理解所有细节，比如上面配置中的 toleration 和 affinity 字段，如果用户不理解调度逻辑，它可能被错误地省略掉或者多余的添加

因此，KCL 期望在 Kubernetes YAML 资源管理解决如下问题：

用生产级高性能编程语言以编写代码的方式提升配置的灵活度，比如条件语句、循环、函数、包管理等特性提升配置重用的能力
在代码层面提升配置语义验证的能力，比如字段可选/必选、类型、范围等配置检查能力
提供配置分块编写、组合和抽象的能力，比如结构定义、结构继承、约束定义等能力

先决条件

首先可以在 KCL 快速开始根据指导下载并安装 KCL，然后准备一个 Kubernetes 环境

快速开始

1. 生成 Kubernetes 资源

我们可以编写如下 KCL 代码并命名为 main.k ，KCL 受 Python 启发，基础语法十分接近 Python, 比较容易学习和上手, 配置模式写法很简单，k [: T] = v, 其中 k 表示配置的属性名称; v 表示配置的属性值; : T 表示一个可选的类型注解。

apiVersion = "apps/v1"
kind = "Deployment"
metadata = {
    name = "nginx"
    labels.app = "nginx"
}
spec = {
    replicas = 3
    selector.matchLabels = metadata.labels
    template.metadata.labels = metadata.labels
    template.spec.containers = [
        {
            name = metadata.name
            image = "${metadata.name}:1.14.2"
            ports = [{ containerPort = 80 }]
        }
    ]
}

上述 KCL 代码中我们分别声明了一个 Kubernetes Deployment 资源的 apiVersion、kind、metadata 和 spec 等变量，并分别赋值了相应的内容，特别地，我们将 metadata.labels 字段分别重用在 spec.selector.matchLabels 和 spec.template.metadata.labels 字段。可以看出，相比于 YAML，KCL 定义的数据结构更加紧凑，而且可以通过定义局部变量实现配置重用。

我们可以执行如下命令行得到一个 Kubernetes YAML 文件

kcl main.k

输出为:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx:1.14.2
          ports:
            - containerPort: 80

当然我们可以将 KCL 工具与 kubectl 等工具结合使用，让我们执行如下命令并看看效果

kcl main.k | kubectl apply -f -

输出为

deployment.apps/nginx-deployment configured

可以从命令行的结果看出与我们使用直接使用 YAML 配置和 kubectl apply 的一个 Deployment 体验完全一致

通过 kubectl 检查部署状态

kubectl get deploy

输出为

NAME               READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx-deployment   3/3     3            3           15s

2. 编写代码管理 Kubernetes 资源

对于 Kubernetes 资源发布时，我们常常会遇到配置参数需要动态指定的场景，比如不同的环境需要设置不同的 image 字段值生成不同环境的资源。对于这种场景，我们可以通过 KCL 的条件语句和 option 函数动态地接收外部参数。我们可以在上述例子的基础上根据不同的环境调整配置参数，比如对于如下代码，我们编写了一个条件语句并输入一个名为 env 的动态参数

apiVersion = "apps/v1"
kind = "Deployment"
metadata = {
    name = "nginx"
    labels.app = "nginx"
}
spec = {
    replicas = 3
    selector.matchLabels = metadata.labels
    template.metadata.labels = metadata.labels
    template.spec.containers = [
        {
            name = metadata.name
            image = "${metadata.name}:1.14.2" if option("env") == "prod" else "${metadata.name}:latest"
            ports = [{ containerPort = 80 }]
        }
    ]
}

使用 KCL 命令行 -D 标记接收一个外部设置的动态参数：

kcl main.k -D env=prod

输出为:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx:1.14.2
          ports:
            - containerPort: 80

上述代码片段中的 image = metadata.name + ":1.14.2" if option("env") == "prod" else metadata.name + ":latest" 意思为：当动态参数 env 的值被设置为 prod 时，image 字段值为 nginx:1.14.2, 否则为 nginx:latest，因此我们可以根据需要为 env 设置为不同的值获得不同内容的 Kubernetes 资源。

并且 KCL 支持将 option 函数动态参数维护在配置文件中，比如编写下面展示的 kcl.yaml 文件

kcl_options:
  - key: env
    value: prod

使用如下命令行也可以得到同样的 YAML 输出，以简化 KCL 动态参数的输入过程

kcl main.k -Y kcl.yaml

输出为:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx:1.14.2
          ports:
            - containerPort: 80

3. 从 Registry 直接获取 Kubernetes 模块

KCL 开箱提供了所有版本（v1.14-v1.28）的 Kubernetes 模块，您可以通过在项目中执行kcl mod add k8s:<version>来获取它。更多 Kubernetes 生态模块可以在这里找到。

kcl mod init my-module && cd my-module
kcl mod add k8s:1.28

在 main.k 文件中编写 KCL 代码

# Import and use the contents of the external dependency 'k8s'.
import k8s.api.apps.v1 as apps

apps.Deployment {
    metadata.name = "nginx-deployment"
    metadata.labels.app = "nginx"
    spec: {
        replicas = 3
        selector.matchLabels = metadata.labels
        template: {
            metadata.labels = metadata.labels
            spec.containers = [{
                name = metadata.labels.app
                image = "nginx:1.14.2"
                ports: [{
                    containerPort = 80
                }]
            }]
        }
    }
}

运行如下命令

kcl run

输出结果为

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    app: nginx
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
        - image: nginx:1.14.2
          name: nginx
          ports:
            - containerPort: 80

小结

KCL 可以用于生成和管理 Kubernetes 资源，解决管理 YAML 配置的局限性，例如缺乏验证方法和较弱的编程能力等，并可以通过条件语句和 option 函数动态接收外部参数，从而能够根据不同的环境调整配置参数。此外，KCL 可以与 kubectl 等其他工具一起使用将配置一键生效到集群。

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先决条件​

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1. 生成 Kubernetes 资源​

2. 编写代码管理 Kubernetes 资源​

3. 从 Registry 直接获取 Kubernetes 模块​

小结​

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2. 编写代码管理 Kubernetes 资源

3. 从 Registry 直接获取 Kubernetes 模块

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