アーキテクチャ

全体像

Strimzi は Maven のマルチモジュールプロジェクトである。トップレベルのモジュールは、API モデル、それを操作する Operator 群、Kafka コンテナ内で動く補助エージェントにきれいに分かれる。api/ モジュールがカスタムリソースを定義し、Operator モジュールがそれを reconcile し、operator-common/ が共有の reconcile 機構を持つ。

コンポーネント

api

CRD と API モデルを Java POJO として定義する: Kafka、KafkaNodePool、KafkaTopic、KafkaUser、KafkaConnect、KafkaMirrorMaker2、KafkaBridge、KafkaRebalance、StrimziPodSet。CRD はこれらの型から crd-generator/ が生成する。トップレベルの Kafka 型は Fabric8 の CustomResource を継承する (api/src/main/java/io/strimzi/api/kafka/model/kafka/Kafka.java:82)。

cluster-operator

中核の Operator。Kafka クラスタ本体と周辺コンポーネント (Cruise Control、Kafka Exporter、Entity Operator) を reconcile する。Fabric8 Kubernetes Client 7.7.0 (pom.xml:75) に依存し、非同期実行モデルとして Vert.x を使う。

topic-operator と user-operator

topic-operator/ は KafkaTopic リソースを Kafka 上のトピックに反映し、独自の Main.java を持つ。user-operator/ は KafkaUser リソースを Kafka のユーザ、ACL、TLS 証明書に反映する。Cluster Operator は両者を Entity Operator としてデプロイする。

operator-common

共有ユーティリティ。Reconciliation コンテキスト (operator-common/src/main/java/io/strimzi/operator/common/Reconciliation.java) と、各モジュールで使う Fabric8 ベースの resource operator 群。

コンテナ内エージェントと certificate-manager

kafka-init/、kafka-agent/、tracing-agent/ は Kafka コンテナ内で動き、rack 設定、broker のメトリクスと設定、OpenTelemetry トレースを担う。certificate-manager/ はプロジェクト自前の CA と TLS 証明書を管理する。

リクエストの流れ

Kafka の reconcile は KafkaAssemblyOperator.createOrUpdate (cluster-operator/src/main/java/io/strimzi/operator/cluster/operator/assembly/KafkaAssemblyOperator.java:156) から始まる。mutable な ReconciliationState を作り、reconcile(reconcileState) (KafkaAssemblyOperator.java:231) が各ステップを Vert.x Future でチェーンする:

initialStatus
  -> reconcileCas (clusterCa / clientsCa)
  -> emitCertificateSecretMetrics
  -> versionChange (Kafka / metadata バージョン変更の判定)
  -> reconcileKafka          (broker / controller pod 群)
  -> reconcileCruiseControl
  -> reconcileEntityOperator (topic + user operator)
  -> reconcileKafkaExporter
  -> reconcileKafkaAutoRebalancing

reconcileKafka は KafkaReconciler.reconcile(KafkaStatus, Clock) (cluster-operator/src/main/java/io/strimzi/operator/cluster/operator/assembly/KafkaReconciler.java:250) を呼ぶ。これも Future チェーンで、desired state を順に収束させる: network policy、PVC、RBAC、listeners、broker ごとの config map、そして podSet() で pod を作り、rollingUpdate(podSetDiffs) で必要な broker だけを再起動する。

これらすべての土台が AbstractOperator の共通骨格である。public な reconcile(Reconciliation) (cluster-operator/src/main/java/io/strimzi/operator/cluster/operator/assembly/AbstractOperator.java:181) はリソースごとにロックを取り、reconcileResource (AbstractOperator.java:211) に振り分ける。ここで label 不一致なら skip し、strimzi.io/pause-reconciliation アノテーションを尊重し、それ以外は具象クラスの createOrUpdate を呼ぶ。

主要な設計判断

最も影響の大きい判断は、Kafka pod に Kubernetes の StatefulSet を使わないことである。独自 CRD StrimziPodSet を定義し、自前の StrimziPodSetController (cluster-operator/src/main/java/io/strimzi/operator/cluster/operator/assembly/StrimziPodSetController.java:60) を動かす。これにより、ローリング更新の順序制御、個別 pod の操作、broker ごとの設定とストレージの適用、KRaft の controller/broker 混在ロールの管理を Operator 側で完全に握れる。StatefulSet ではどれもきれいには扱えない。詳細は内部実装ページで追う。

Operator は active/passive の HA である。Kubernetes Lease ベースのリーダー選出を使い、リーダーでなくなったレプリカは exit してコンテナが再起動する (cluster-operator/src/main/java/io/strimzi/operator/cluster/Main.java:230)。reconcile は watch によるイベント駆動と定期 resync の両輪で、各ステップは冪等だ。desired state を計算して差分を適用する。

拡張ポイント

カスタムリソース自体が拡張面である。コネクタとレプリケーションの KafkaConnect と KafkaMirrorMaker2、HTTP-Kafka の KafkaBridge、Cruise Control リバランスの KafkaRebalance、broker/controller のグループを定義する KafkaNodePool。認証は OAuth と OIDC に、TLS は cert-manager に連携する。