カスタムリソース

カスタムリソース はKubernetes APIの拡張です。このページでは、いつKubernetesのクラスターにカスタムリソースを追加するべきなのか、そしていつスタンドアローンのサービスを利用するべきなのかを議論します。カスタムリソースを追加する2つの方法と、それらの選択方法について説明します。

カスタムリソース

リソース は、Kubernetes APIのエンドポイントで、特定のAPIオブジェクトのコレクションを保持します。例えば、ビルトインの Pods リソースは、Podオブジェクトのコレクションを包含しています。

カスタムリソース は、Kubernetes APIの拡張で、デフォルトのKubernetesインストールでは、必ずしも利用できるとは限りません。つまりそれは、特定のKubernetesインストールのカスタマイズを表します。しかし、今現在、多数のKubernetesのコア機能は、カスタムリソースを用いて作られており、Kubernetesをモジュール化しています。

カスタムリソースは、稼働しているクラスターに動的に登録され、現れたり、消えたりし、クラスター管理者はクラスター自体とは無関係にカスタムリソースを更新できます。一度、カスタムリソースがインストールされると、ユーザーはkubectlを使い、ビルトインのリソースである Pods と同じように、オブジェクトを作成、アクセスすることが可能です。

カスタムコントローラー

カスタムリソースそれ自身は、単純に構造化データを格納、取り出す機能を提供します。カスタムリソースを カスタムコントローラー と組み合わせることで、カスタムリソースは真の 宣言的API を提供します。

宣言的APIは、リソースのあるべき状態を 宣言 または指定することを可能にし、Kubernetesオブジェクトの現在の状態を、あるべき状態に同期し続けるように動きます。 コントローラーは、構造化データをユーザーが指定したあるべき状態と解釈し、その状態を管理し続けます。

稼働しているクラスターのライフサイクルとは無関係に、カスタムコントローラーをデプロイ、更新することが可能です。カスタムコントローラーはあらゆるリソースと連携できますが、カスタムリソースと組み合わせると特に効果を発揮します。オペレーターパターンは、カスタムリソースとカスタムコントローラーの組み合わせです。カスタムコントローラーにより、特定アプリケーションのドメイン知識を、Kubernetes APIの拡張に変換することができます。

カスタムリソースをクラスターに追加するべきか？

新しいAPIを作る場合、APIをKubernetesクラスターAPIにアグリゲート(集約)するか、もしくはAPIをスタンドアローンで動かすかを検討します。

APIアグリゲーションを使う場合:	スタンドアローンAPIを使う場合:
APIが宣言的	APIが宣言的モデルに適さない
新しいリソースをkubectlを使い読み込み、書き込みしたい	kubectlのサポートは必要ない
新しいリソースをダッシュボードのような、Kubernetes UIで他のビルトインリソースと同じように管理したい	Kubernetes UIのサポートは必要ない
新しいAPIを開発している	APIを提供し、適切に機能するプログラムが既に存在している
APIグループ、名前空間というような、RESTリソースパスに割り当てられた、Kubernetesのフォーマット仕様の制限を許容できる(API概要を参照)	既に定義済みのREST APIと互換性を持っていなければならない
リソースはクラスターごとか、クラスター内の名前空間に自然に分けることができる	クラスター、または名前空間による分割がリソース管理に適さない。特定のリソースパスに基づいて管理したい
Kubernetes APIサポート機能を再利用したい	これらの機能は必要ない

宣言的API

宣言的APIは、通常、下記に該当します:

• APIは、比較的少数の、比較的小さなオブジェクト(リソース)で構成されている
• オブジェクトは、アプリケーションの設定、インフラストラクチャーを定義する
• オブジェクトは、比較的更新頻度が低い
• 人は、オブジェクトの情報をよく読み書きする
• オブジェクトに対する主要な手続きは、CRUD(作成、読み込み、更新、削除)になる
• 複数オブジェクトをまたいだトランザクションは必要ない: APIは今現在の状態ではなく、あるべき状態を表現する

命令的APIは、宣言的ではありません。 APIが宣言的ではない兆候として、次のものがあります:

• クライアントから"これを実行"と命令がきて、完了の返答を同期的に受け取る
• クライアントから"これを実行"と命令がきて、処理IDを取得する。そして処理が完了したかどうかを、処理IDを利用して別途問い合わせる
• リモートプロシージャコール(RPC)という言葉が飛び交っている
• 直接、大量のデータを格納している(例、1オブジェクトあたり数kBより大きい、または数千オブジェクトより多い)
• 高帯域アクセス(持続的に毎秒数十リクエスト)が必要
• エンドユーザーのデータ(画像、PII、その他)を格納している、またはアプリケーションが処理する大量のデータを格納している
• オブジェクトに対する処理が、CRUDではない
• APIをオブジェクトとして簡単に表現できない
• 停止している処理を処理ID、もしくは処理オブジェクトで表現することを選択している

ConfigMapとカスタムリソースのどちらを使うべきか？

下記のいずれかに該当する場合は、ConfigMapを使ってください:

• mysql.cnf、pom.xmlのような、十分に文書化された設定ファイルフォーマットが既に存在している
• 単一キーのConfigMapに、設定ファイルの内容の全てを格納している
• 設定ファイルの主な用途は、クラスター上のPodで実行されているプログラムがファイルを読み込み、それ自体を構成することである
• ファイルの利用者は、Kubernetes APIよりも、Pod内のファイルまたはPod内の環境変数を介して利用することを好む
• ファイルが更新されたときに、Deploymentなどを介してローリングアップデートを行いたい

下記のほとんどに該当する場合、カスタムリソース(CRD、またはアグリゲートAPI)を使ってください:

• 新しいリソースを作成、更新するために、Kubernetesのクライアントライブラリー、CLIを使いたい
• kubectlのトップレベルサポートが欲しい(例、kubectl get my-object object-name)
• 新しい自動化の仕組みを作り、新しいオブジェクトの更新をウォッチしたい、その更新を契機に他のオブジェクトのCRUDを実行したい、またはその逆を行いたい
• オブジェクトの更新を取り扱う、自動化の仕組みを書きたい
• .spec、.status、.metadataというような、Kubernetes APIの慣習を使いたい
• オブジェクトは、制御されたリソースコレクションの抽象化、または他のリソースのサマリーとしたい

カスタムリソースを追加する

Kubernetesは、クラスターへカスタムリソースを追加する2つの方法を提供しています:

• CRDはシンプルで、プログラミングなしに作成可能
• APIアグリゲーションは、プログラミングが必要だが、データがどのように格納され、APIバージョン間でどのように変換されるかというような、より詳細なAPIの振る舞いを制御できる

Kubernetesは、さまざまなユーザーのニーズを満たすためにこれら2つのオプションを提供しており、使いやすさや柔軟性が損なわれることはありません。

アグリゲートAPIは、プロキシーとして機能するプライマリAPIサーバーの背後にある、下位のAPIServerです。このような配置はAPIアグリゲーション(AA)と呼ばれています。ユーザーにとっては、単にAPIサーバーが拡張されているように見えます。

CRDでは、APIサーバーの追加なしに、ユーザーが新しい種類のリソースを作成できます。CRDを使うには、APIアグリゲーションを理解する必要はありません。

どのようにインストールされたかに関わらず、新しいリソースはカスタムリソースとして参照され、ビルトインのKubernetesリソース(Podなど)とは区別されます。

CustomResourceDefinition

CustomResourceDefinitionAPIリソースは、カスタムリソースを定義します。CRDオブジェクトを定義することで、指定した名前、スキーマで新しいカスタムリソースが作成されます。Kubernetes APIは、作成したカスタムリソースのストレージを提供、および処理します。 CRDオブジェクトの名前はDNSサブドメイン名に従わなければなりません。

これはカスタムリソースを処理するために、独自のAPIサーバーを書くことから解放してくれますが、一般的な性質としてAPIサーバーアグリゲーションと比べると、柔軟性に欠けます。

新しいカスタムリソースをどのように登録するか、新しいリソースタイプとの連携、そしてコントローラーを使いイベントを処理する方法例について、カスタムコントローラー例を参照してください。

APIサーバーアグリゲーション

通常、Kubernetes APIの各リソースは、RESTリクエストとオブジェクトの永続的なストレージを管理するためのコードが必要です。メインのKubernetes APIサーバーは Pod や Service のようなビルトインのリソースを処理し、またカスタムリソースもCRDを通じて同じように管理することができます。

アグリゲーションレイヤーは、独自のAPIサーバーを書き、デプロイすることで、カスタムリソースに特化した実装の提供を可能にします。メインのAPIサーバーが、処理したいカスタムリソースへのリクエストを独自のAPIサーバーに委譲することで、他のクライアントからも利用できるようにします。

カスタムリソースの追加方法を選択する

CRDは簡単に使えます。アグリゲートAPIはより柔軟です。ニーズに最も合う方法を選択してください。

通常、CRDは下記の場合に適しています:

• 少数のフィールドしか必要ない
• そのリソースは社内のみで利用している、または小さいオープンソースプロジェクトの一部で利用している(商用プロダクトではない)

使いやすさの比較

CRDは、アグリゲートAPIと比べ、簡単に作れます。

CRD	アグリゲートAPI
プログラミングが不要で、ユーザーはCRDコントローラーとしてどの言語でも選択可能	Go言語でプログラミングし、バイナリとイメージの作成が必要
追加のサービスは不要。CRDはAPIサーバーで処理される	追加のサービス作成が必要で、障害が発生する可能性がある
CRDが作成されると、継続的なサポートは無い。バグ修正は通常のKubernetesマスターのアップグレードで行われる	定期的にアップストリームからバグ修正の取り込み、リビルド、そしてアグリゲートAPIサーバーの更新が必要かもしれない
複数バージョンのAPI管理は不要。例えば、あるリソースを操作するクライアントを管理していた場合、APIのアップグレードと一緒に更新される	複数バージョンのAPIを管理しなければならない。例えば、世界中に共有されている拡張機能を開発している場合

高度な機能、柔軟性

アグリゲートAPIは、例えばストレージレイヤーのカスタマイズのような、より高度なAPI機能と他の機能のカスタマイズを可能にします。

機能	詳細	CRD	アグリゲートAPI
バリデーション	エラーを予防し、クライアントと無関係にAPIを発達させることができるようになる。これらの機能は多数のクライアントがおり、同時に全てを更新できないときに最も効果を発揮する	はい、ほとんどのバリデーションはOpenAPI v3.0 validationで、CRDに指定できる。その他のバリデーションはWebhookのバリデーションによりサポートされている	はい、任意のバリデーションが可能
デフォルト設定	上記を参照	はい、OpenAPI v3.0 validationのdefaultキーワード(1.17でGA)、またはMutating Webhookを通じて可能 (ただし、この方法は古いオブジェクトをetcdから読み込む場合には動きません)	はい
複数バージョニング	同じオブジェクトを、違うAPIバージョンで利用可能にする。フィールドの名前を変更するなどのAPIの変更を簡単に行うのに役立つ。クライアントのバージョンを管理する場合、重要性は下がる	はい	はい
カスタムストレージ	異なる性能のストレージが必要な場合(例えば、キーバリューストアの代わりに時系列データベース)または、セキュリティの分離(例えば、機密情報の暗号化、その他)	いいえ	はい
カスタムビジネスロジック	オブジェクトが作成、読み込み、更新、また削除されるときに任意のチェック、アクションを実行する	はい、Webhooksを利用	はい
サブリソースのスケール	HorizontalPodAutoscalerやPodDisruptionBudgetなどのシステムが、新しいリソースと連携できるようにする	はい	はい
サブリソースの状態	ユーザーがspecセクションに書き込み、コントローラーがstatusセクションに書き込む際に、より詳細なアクセスコントロールができるようにする。カスタムリソースのデータ変換時にオブジェクトの世代を上げられるようにする(リソース内のspecとstatusでセクションが分離している必要がある)	はい	はい
その他のサブリソース	"logs"や"exec"のような、CRUD以外の処理の追加	いいえ	はい
strategic-merge-patch	Content-Type: application/strategic-merge-patch+jsonで、PATCHをサポートする新しいエンドポイント。ローカル、サーバー、どちらでも更新されうるオブジェクトに有用。さらなる情報は"APIオブジェクトをkubectl patchで決まった場所で更新"を参照	いいえ	はい
プロトコルバッファ	プロトコルバッファを使用するクライアントをサポートする新しいリソース	いいえ	はい
OpenAPIスキーマ	サーバーから動的に取得できる型のOpenAPI(Swagger)スキーマはあるか、許可されたフィールドのみが設定されるようにすることで、ユーザーはフィールド名のスペルミスから保護されているか、型は強制されているか(言い換えると、「文字列」フィールドに「int」を入れさせない)	はい、OpenAPI v3.0 validation スキーマがベース(1.16でGA)	はい

一般的な機能

CRD、またはアグリゲートAPI、どちらを使ってカスタムリソースを作った場合でも、Kubernetesプラットフォーム外でAPIを実装するのに比べ、多数の機能が提供されます:

機能	何を実現するか
CRUD	新しいエンドポイントが、HTTP、kubectlを通じて、基本的なCRUD処理をサポート
Watch	新しいエンドポイントが、HTTPを通じて、KubernetesのWatch処理をサポート
Discovery	kubectlやダッシュボードのようなクライアントが、自動的にリソースの一覧表示、個別表示、フィールドの編集処理を提供
json-patch	新しいエンドポイントがContent-Type: application/json-patch+jsonを用いたPATCHをサポート
merge-patch	新しいエンドポイントがContent-Type: application/merge-patch+jsonを用いたPATCHをサポート
HTTPS	新しいエンドポイントがHTTPSを利用
ビルトイン認証	拡張機能へのアクセスに認証のため、コアAPIサーバー(アグリゲーションレイヤー)を利用
ビルトイン認可	拡張機能へのアクセスにコアAPIサーバーで使われている認可メカニズムを再利用(例、RBAC)
ファイナライザー	外部リソースの削除が終わるまで、拡張リソースの削除をブロック
Admission Webhooks	拡張リソースの作成/更新/削除処理時に、デフォルト値の設定、バリデーションを実施
UI/CLI 表示	kubectl、ダッシュボードで拡張リソースを表示
未設定 対 空設定	クライアントは、フィールドの未設定とゼロ値を区別することができる
クライアントライブラリーの生成	Kubernetesは、一般的なクライアントライブラリーと、タイプ固有のクライアントライブラリーを生成するツールを提供
ラベルとアノテーション	ツールがコアリソースとカスタムリソースの編集方法を知っているオブジェクト間で、共通のメタデータを提供

カスタムリソースのインストール準備

クラスターにカスタムリソースを追加する前に、いくつか認識しておくべき事項があります。

サードパーティのコードと新しい障害点

CRDを作成しても、勝手に新しい障害点が追加されてしまうことはありませんが(たとえば、サードパーティのコードをAPIサーバーで実行することによって)、パッケージ(たとえば、Chart)またはその他のインストールバンドルには、多くの場合、CRDと新しいカスタムリソースのビジネスロジックを実装するサードパーティコードが入ったDeploymentが含まれます。

アグリゲートAPIサーバーのインストールすると、常に新しいDeploymentが付いてきます。

ストレージ

カスタムリソースは、ConfigMapと同じ方法でストレージの容量を消費します。多数のカスタムリソースを作成すると、APIサーバーのストレージ容量を超えてしまうかもしれません。

アグリゲートAPIサーバーも、メインのAPIサーバーと同じストレージを利用するかもしれません。その場合、同じ問題が発生しえます。

認証、認可、そして監査

CRDでは、APIサーバーのビルトインリソースと同じ認証、認可、そして監査ロギングの仕組みを利用します。

もしRBACを使っている場合、ほとんどのRBACのロールは新しいリソースへのアクセスを許可しません。(クラスター管理者ロール、もしくはワイルドカードで作成されたロールを除く)新しいリソースには、明示的にアクセスを許可する必要があります。多くの場合、CRDおよびアグリゲートAPIには、追加するタイプの新しいロール定義がバンドルされています。

アグリゲートAPIサーバーでは、APIサーバーのビルトインリソースと同じ認証、認可、そして監査の仕組みを使う場合と使わない場合があります。

カスタムリソースへのアクセス

Kubernetesのクライアントライブラリーを使い、カスタムリソースにアクセスすることが可能です。全てのクライアントライブラリーがカスタムリソースをサポートしているわけでは無いですが、Go と Python のライブラリーはサポートしています。

カスタムリソースは、下記のような方法で操作できます:

• kubectl
• kubernetesの動的クライアント
• 自作のRESTクライアント
• Kubernetesクライアント生成ツールを使い生成したクライアント(生成は高度な作業ですが、一部のプロジェクトは、CRDまたはAAとともにクライアントを提供する場合があります)

次の項目

• Kubernetes APIをアグリゲーションレイヤーで拡張する方法について学ぶ
• Kubernetes APIをCustomResourceDefinitionで拡張する方法について学ぶ