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# Kubernetes の拡張メカニズムクイズ
> **関連ドキュメント**: [Kubernetes 拡張メカニズム](/kubernetes/jp/purattofmuenjiniaringu/04-kubernetes-extensions.md)
## 選択式問題
### 1. CRD (Custom Resource Definition) の主な目的は何ですか？
* A) 既存の Kubernetes リソースを変更すること
* B) custom resource type で Kubernetes API を拡張すること
* C) pod networking を設定すること
* D) storage volume をプロビジョニングすること
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**回答: B) custom resource type で Kubernetes API を拡張すること**
**解説:** CRD を使用すると、native Kubernetes resource のように動作する custom resource type を定義して、Kubernetes API を拡張できます。
### 2. custom controller の reconciliation loop が実行する主なタスクは何ですか？
* A) リソースを即座に削除すること
* B) current state と desired state の差分を調整すること
* C) API server に新しい API を登録すること
* D) network policy を適用すること
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**回答: B) current state と desired state の差分を調整すること**
**解説:** custom controller の reconciliation loop は、リソースの current state を監視し、desired state (spec) と比較して、差分がある場合に desired state を実現するためのアクションを実行します。
### 3. Operator pattern の中核コンポーネントは何ですか？
* A) Deployment と Service
* B) CRD と Custom Controller
* C) ConfigMap と Secret
* D) Ingress と NetworkPolicy
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**回答: B) CRD と Custom Controller**
**解説:** Operator pattern は、CRD を使用してアプリケーション設定を定義し、custom controller を使用してデプロイ、アップグレード、復旧などの運用知識を自動化します。
### 4. MutatingAdmissionWebhook の主な用途は何ですか？
* A) API request を拒否すること
* B) API request を変更すること
* C) API response をログに記録すること
* D) API version をアップグレードすること
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**回答: B) API request を変更すること**
**解説:** MutatingAdmissionWebhook は、API request が永続化される前にそれらを変更できます。一般的な用途には、sidecar container injection、default の設定などがあります。
### 5. scheduler framework における Filter plugin の役割は何ですか？
* A) node に score を割り当てること
* B) pod を実行できない node を除外すること
* C) pod を node に bind すること
* D) node resource を reserve すること
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**回答: B) pod を実行できない node を除外すること**
**解説:** Filter plugin は、pod の要件を満たさない node をフィルタリングし、候補から除外します。
### 6. Aggregated API Server と CRD の違いは何ですか？
* A) 違いはなく、同じものです
* B) Aggregated API はより多くの制御を提供しますが、別個の server を実行する必要があります
* C) CRD は Aggregated API より多くの機能を提供します
* D) Aggregated API は非推奨です
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**回答: B) Aggregated API はより多くの制御を提供しますが、別個の server を実行する必要があります**
**解説:** Aggregated API Server は、API の動作、custom storage backend、高度な機能を完全に制御できますが、別個の API server をデプロイして維持する必要があります。CRD はよりシンプルですが、制限があります。
### 7. Kubernetes における Finalizer の目的は何ですか？
* A) リソース削除を高速化すること
* B) cleanup が完了するまでリソース削除を防ぐこと
* C) 失敗した pod を自動的に再起動すること
* D) リソース作成を検証すること
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**回答: B) cleanup が完了するまでリソース削除を防ぐこと**
**解説:** Finalizer は、controller が必要な cleanup operation（外部リソースの削除など）を実行して finalizer を削除するまで、リソース削除をブロックします。
### 8. pod が node に bind された後に実行される scheduler extension point はどれですか？
* A) PreFilter
* B) PostBind
* C) Reserve
* D) Score
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**回答: B) PostBind**
**解説:** PostBind plugin は、pod が node に正常に bind された後に呼び出されます。これらは情報提供用で、cleanup や通知に使用されます。
### 9. Istio で admission webhook を介して sidecar を injection するために使用される annotation は何ですか？
* A) istio.io/inject
* B) sidecar.istio.io/inject
* C) istio-injection
* D) auto-inject.istio.io
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**回答: B) sidecar.istio.io/inject**
**解説:** `sidecar.istio.io/inject` annotation は、Istio の mutating webhook が Envoy sidecar を pod に注入するかどうかを制御します。Namespace レベルの制御では `istio-injection` label を使用します。
### 10. scheduler framework における Score plugin の目的は何ですか？
* A) 不適切な node をフィルタリングすること
* B) node をランク付けして最適なものを選択すること
* C) pod を選択された node に bind すること
* D) pod specification を検証すること
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**回答: B) node をランク付けして最適なものを選択すること**
**解説:** Score plugin は、フィルタリングを通過した node に score を割り当てます。scheduler は、すべての Score plugin からの合計 score が最も高い node を選択します。
## 短答問題
### 1. CRD の schema validation にはどの標準が使用されますか？
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**回答: OpenAPI v3 Schema (openAPIV3Schema)**
**解説:** CRD は `spec.versions[].schema.openAPIV3Schema` の OpenAPI v3 schema を使用して、custom resource の構造と validation rule を定義します。
### 2. Kubernetes controller における Owner Reference の役割は何ですか？
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**回答: リソース間の ownership relationship を定義し、garbage collection と event propagation を管理すること**
**解説:** Owner Reference は親子関係を定義し、Kubernetes garbage collection によって親が削除されたときに子を自動的に削除します。
### 3. ValidatingAdmissionPolicy と ValidatingAdmissionWebhook の違いは何ですか？
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**回答: ValidatingAdmissionPolicy は CEL expression を使用して in-process で実行される一方、ValidatingAdmissionWebhook は external HTTP endpoint を呼び出します。**
**解説:** ValidatingAdmissionPolicy（1.26 で導入）は、より優れたパフォーマンスを提供し、external webhook infrastructure を必要としませんが、webhook より柔軟性は低くなります。
### 4. controller-runtime library とは何で、なぜ一般的に使用されますか？
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**回答: controller-runtime は、client caching、leader election、reconciliation loop management など、Kubernetes controller を構築するための共通パターンを提供する library です。**
**解説:** Kubebuilder project の一部である controller-runtime は、boilerplate code と best practice を抽象化し、信頼性の高い operator をより簡単に構築できるようにします。
### 5. CRD における conversion webhook の目的は何ですか？
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**回答: Conversion webhook は、同じ CRD の異なる API version 間でリソースを変換します。**
**解説:** CRD に複数の version（例: v1alpha1、v1beta1、v1）がある場合、conversion webhook は version 間の変換を処理し、API evolution をサポートします。
## ハンズオン問題
### 1. 次の要件を満たす CRD を作成してください:
* Name: WebApp
* Group: apps.example.com
* Fields: replicas (integer, minimum 1), image (string, required)
回答を表示
```yaml
apiVersion: apiextensions.k8s.io/v1
kind: CustomResourceDefinition
metadata:
name: webapps.apps.example.com
spec:
group: apps.example.com
names:
kind: WebApp
plural: webapps
singular: webapp
shortNames:
- wa
scope: Namespaced
versions:
- name: v1
served: true
storage: true
schema:
openAPIV3Schema:
type: object
properties:
spec:
type: object
required: ["image"]
properties:
replicas:
type: integer
minimum: 1
default: 1
image:
type: string
status:
type: object
properties:
availableReplicas:
type: integer
conditions:
type: array
items:
type: object
properties:
type:
type: string
status:
type: string
lastTransitionTime:
type: string
format: date-time
subresources:
status: {}
additionalPrinterColumns:
- name: Replicas
type: integer
jsonPath: .spec.replicas
- name: Available
type: integer
jsonPath: .status.availableReplicas
- name: Age
type: date
jsonPath: .metadata.creationTimestamp
```
### 2. "production" namespace 内のすべての Deployment を検証する ValidatingAdmissionWebhook configuration を作成してください。
回答を表示
```yaml
apiVersion: admissionregistration.k8s.io/v1
kind: ValidatingWebhookConfiguration
metadata:
name: deployment-validator
webhooks:
- name: validate-deployment.example.com
clientConfig:
service:
name: webhook-service
namespace: webhook-system
path: /validate-deployment
caBundle:
rules:
- apiGroups: ["apps"]
apiVersions: ["v1"]
operations: ["CREATE", "UPDATE"]
resources: ["deployments"]
scope: Namespaced
namespaceSelector:
matchLabels:
environment: production
failurePolicy: Fail
sideEffects: None
admissionReviewVersions: ["v1"]
timeoutSeconds: 10
```
**解説:**
* `namespaceSelector` は webhook を `environment: production` label を持つ namespace に制限します
* `failurePolicy: Fail` は webhook が利用できない場合に request を拒否します
* `sideEffects: None` は webhook に副作用がないことを示します
### 3. custom controller の簡単な reconciliation loop pseudocode を作成してください。
回答を表示
```go
func (r *WebAppReconciler) Reconcile(ctx context.Context, req ctrl.Request) (ctrl.Result, error) {
log := log.FromContext(ctx)
// 1. Fetch the WebApp resource
var webapp appsv1.WebApp
if err := r.Get(ctx, req.NamespacedName, &webapp); err != nil {
if errors.IsNotFound(err) {
// Resource deleted, nothing to do
return ctrl.Result{}, nil
}
return ctrl.Result{}, err
}
// 2. Check if being deleted (handle finalizers)
if !webapp.DeletionTimestamp.IsZero() {
if containsFinalizer(webapp, finalizerName) {
// Perform cleanup
if err := r.cleanupExternalResources(&webapp); err != nil {
return ctrl.Result{}, err
}
// Remove finalizer
removeFinalizer(&webapp, finalizerName)
if err := r.Update(ctx, &webapp); err != nil {
return ctrl.Result{}, err
}
}
return ctrl.Result{}, nil
}
// 3. Add finalizer if not present
if !containsFinalizer(webapp, finalizerName) {
addFinalizer(&webapp, finalizerName)
if err := r.Update(ctx, &webapp); err != nil {
return ctrl.Result{}, err
}
}
// 4. Create or update Deployment
deployment := r.constructDeployment(&webapp)
if err := controllerutil.SetControllerReference(&webapp, deployment, r.Scheme); err != nil {
return ctrl.Result{}, err
}
if err := r.CreateOrUpdate(ctx, deployment); err != nil {
return ctrl.Result{}, err
}
// 5. Create or update Service
service := r.constructService(&webapp)
if err := controllerutil.SetControllerReference(&webapp, service, r.Scheme); err != nil {
return ctrl.Result{}, err
}
if err := r.CreateOrUpdate(ctx, service); err != nil {
return ctrl.Result{}, err
}
// 6. Update status
webapp.Status.AvailableReplicas = deployment.Status.AvailableReplicas
if err := r.Status().Update(ctx, &webapp); err != nil {
return ctrl.Result{}, err
}
// 7. Requeue after interval for periodic reconciliation
return ctrl.Result{RequeueAfter: time.Minute * 5}, nil
}
```
**重要ポイント:**
* resource not found を常に処理する（削除済みの場合があります）
* 外部リソースの cleanup には finalizer を使用する
* garbage collection のために owner reference を設定する
* status subresource を個別に更新する
* 定期的なチェックのために requeue interval を考慮する
## 高度な問題
### 1. 複雑な分散システム向けの Kubernetes Operator を設計してください。
回答を表示
**CRD 設計:**
```yaml
apiVersion: apiextensions.k8s.io/v1
kind: CustomResourceDefinition
metadata:
name: postgresclusters.database.example.com
spec:
group: database.example.com
names:
kind: PostgresCluster
plural: postgresclusters
shortNames:
- pg
scope: Namespaced
versions:
- name: v1
served: true
storage: true
schema:
openAPIV3Schema:
type: object
properties:
spec:
type: object
required: ["replicas", "version"]
properties:
replicas:
type: integer
minimum: 1
maximum: 10
version:
type: string
enum: ["14", "15", "16"]
storage:
type: object
properties:
size:
type: string
default: "10Gi"
storageClass:
type: string
backup:
type: object
properties:
enabled:
type: boolean
default: true
schedule:
type: string
default: "0 2 * * *"
retention:
type: integer
default: 7
status:
type: object
properties:
phase:
type: string
enum: ["Creating", "Running", "Upgrading", "Failed", "Deleting"]
primaryEndpoint:
type: string
replicaEndpoints:
type: array
items:
type: string
currentVersion:
type: string
conditions:
type: array
items:
type: object
properties:
type:
type: string
status:
type: string
reason:
type: string
message:
type: string
lastTransitionTime:
type: string
format: date-time
subresources:
status: {}
scale:
specReplicasPath: .spec.replicas
statusReplicasPath: .status.readyReplicas
```
**Controller の中核ロジック:**
* **phase-based state management**（Creating、Running、Upgrading、Failed）
* **自動障害復旧**（Primary が失敗した場合の Failover）
* **rolling upgrade strategy**（replica を先にアップグレードし、その後 primary をアップグレード）
* **backup management**（scheduled backup のための CronJob）
**Architecture:**
```
PostgresCluster CR
|
v
Controller
|
+---> StatefulSet (PostgreSQL pods)
+---> Service (Primary endpoint)
+---> Service (Replica endpoint)
+---> Secret (Credentials)
+---> ConfigMap (PostgreSQL config)
+---> CronJob (Backups)
+---> PodDisruptionBudget
```
### 2. scheduler framework を使用して custom scheduler を実装する方法を説明してください。
回答を表示
**Scheduler Plugin Implementation:**
```go
// Plugin implementing multiple extension points
type CustomSchedulerPlugin struct {
handle framework.Handle
}
// Implement PreFilter - check pod requirements
func (p *CustomSchedulerPlugin) PreFilter(ctx context.Context, state *framework.CycleState, pod *v1.Pod) (*framework.PreFilterResult, *framework.Status) {
// Validate pod has required annotations
if _, ok := pod.Annotations["custom-scheduler/zone"]; !ok {
return nil, framework.NewStatus(framework.Unschedulable, "missing zone annotation")
}
return nil, framework.NewStatus(framework.Success, "")
}
// Implement Filter - exclude unsuitable nodes
func (p *CustomSchedulerPlugin) Filter(ctx context.Context, state *framework.CycleState, pod *v1.Pod, nodeInfo *framework.NodeInfo) *framework.Status {
requiredZone := pod.Annotations["custom-scheduler/zone"]
nodeZone := nodeInfo.Node().Labels["topology.kubernetes.io/zone"]
if requiredZone != nodeZone {
return framework.NewStatus(framework.Unschedulable, "zone mismatch")
}
return framework.NewStatus(framework.Success, "")
}
// Implement Score - rank suitable nodes
func (p *CustomSchedulerPlugin) Score(ctx context.Context, state *framework.CycleState, pod *v1.Pod, nodeName string) (int64, *framework.Status) {
nodeInfo, err := p.handle.SnapshotSharedLister().NodeInfos().Get(nodeName)
if err != nil {
return 0, framework.NewStatus(framework.Error, err.Error())
}
// Score based on available resources
allocatable := nodeInfo.Node().Status.Allocatable
requested := nodeInfo.Requested
cpuScore := calculateResourceScore(allocatable.Cpu(), requested.Cpu)
memScore := calculateResourceScore(allocatable.Memory(), requested.Memory)
return (cpuScore + memScore) / 2, framework.NewStatus(framework.Success, "")
}
// Register the plugin
func New(_ runtime.Object, h framework.Handle) (framework.Plugin, error) {
return &CustomSchedulerPlugin{handle: h}, nil
}
```
**Scheduler Configuration:**
```yaml
apiVersion: kubescheduler.config.k8s.io/v1
kind: KubeSchedulerConfiguration
profiles:
- schedulerName: custom-scheduler
plugins:
preFilter:
enabled:
- name: CustomSchedulerPlugin
filter:
enabled:
- name: CustomSchedulerPlugin
score:
enabled:
- name: CustomSchedulerPlugin
disabled:
- name: NodeResourcesBalancedAllocation
```
**Extension Points Summary:**
| Extension Point | Purpose | Runs When |
| --------------- | -------------------- | -------------------- |
| PreFilter | Pod-level checks | Before filtering |
| Filter | Node elimination | For each node |
| PostFilter | Handle unschedulable | When no node fits |
| PreScore | Prepare for scoring | Before scoring |
| Score | Node ranking | For filtered nodes |
| NormalizeScore | Score normalization | After all scores |
| Reserve | Resource reservation | After node selection |
| Permit | Final approval | Before binding |
| PreBind | Pre-binding actions | Before API binding |
| Bind | Actual binding | API server update |
| PostBind | Post-binding cleanup | After binding |