深入解析kubernetes controller-runtime - Cylon

Overview#

controller-runtime 是 Kubernetes 社区提供可供快速搭建一套 实现了controller 功能的工具，无需自行实现Controller的功能了；在 Kubebuilder 与 Operator SDK 也是使用 controller-runtime 。本文将对 controller-runtime 的工作原理以及在不同场景下的使用方式进行简要的总结和介绍。

controller-runtime structure#

controller-runtime 主要组成是需要用户创建的 Manager 和 Reconciler 以及 Controller Runtime 自己启动的 Cache 和 Controller 。

• Manager：是用户在初始化时创建的，用于启动 Controller Runtime 组件
• Reconciler：是用户需要提供来处理自己的业务逻辑的组件（即在通过 code-generator 生成的api-like而实现的controller中的业务处理部分）。
• Cache：一个缓存，用来建立 Informer 到 ApiServer 的连接来监听资源并将被监听的对象推送到queue中。
• Controller： 一方面向 Informer 注册 eventHandler，另一方面从队列中获取数据。controller 将从队列中获取数据并执行用户自定义的 Reconciler 功能。

图：controller-runtime structure

图：controller-runtime flowchart

由图可知，Controller会向 Informer 注册一些列eventHandler；然后Cache启动Informer（informer属于cache包中），与ApiServer建立监听；当Informer检测到资源变化时，将对象加入queue，Controller 将元素取出并在用户端执行 Reconciler。

Controller引入#

我们从 controller-rumtime项目的 example 进行引入看下，整个架构都是如何实现的。

可以看到 example 下的实际上实现了一个 reconciler 的结构体，实现了 Reconciler 抽象和 Client 结构体

type reconciler struct {
	client.Client
	scheme *runtime.Scheme
}

那么来看下 抽象的 Reconciler 是什么，可以看到就是抽象了 Reconcile 方法，这个是具体处理的逻辑过程

type Reconciler interface {
	Reconcile(context.Context, Request) (Result, error)
}

下面在看下谁来实现了这个 Reconciler 抽象

type Controller interface {
	reconcile.Reconciler // 协调的具体步骤，通过ns/name\
    // 通过predicates来评估来源数据，并加入queue中（放入队列的是reconcile.Requests）
	Watch(src source.Source, eventhandler handler.EventHandler, predicates ...predicate.Predicate) error
    // 启动controller，类似于自定义的Run()
	Start(ctx context.Context) error
	GetLogger() logr.Logger
}

controller structure#

在 controller-runtime\pkg\internal\controller\controller.go 中实现了这个 Controller

type Controller struct {
	Name string // controller的标识
    
	MaxConcurrentReconciles int // 并发运行Reconciler的数量，默认1
	// 实现了reconcile.Reconciler的调节器， 默认DefaultReconcileFunc
	Do reconcile.Reconciler
	// makeQueue会构建一个对应的队列，就是返回一个限速队列
	MakeQueue func() workqueue.RateLimitingInterface
	// MakeQueue创造出来的，在出入队列就是操作的这个
	Queue workqueue.RateLimitingInterface

	// 用于注入其他内容
    // 已弃用
	SetFields func(i interface{}) error

	mu sync.Mutex
	// 标识开始的状态
	Started bool
	// 在启动时传递的上下文，用于停止控制器
	ctx context.Context
	// 等待缓存同步的时间 默认2分钟
	CacheSyncTimeout time.Duration

	// 维护了eventHandler predicates，在控制器启动时启动
	startWatches []watchDescription

	// 日志构建器，输出入日志
	LogConstructor func(request *reconcile.Request) logr.Logger

	// RecoverPanic为是否对reconcile引起的panic恢复
	RecoverPanic bool
}

看完了controller的structure，接下来看看controller是如何使用的

injection#

Controller.Watch 实现了注入的动作，可以看到 watch() 通过参数将 对应的事件函数传入到内部

func (c *Controller) Watch(src source.Source, evthdler handler.EventHandler, prct ...predicate.Predicate) error {
	c.mu.Lock()
	defer c.mu.Unlock()

	// 使用SetFields来完成注入操作
	if err := c.SetFields(src); err != nil {
		return err
	}
	if err := c.SetFields(evthdler); err != nil {
		return err
	}
	for _, pr := range prct {
		if err := c.SetFields(pr); err != nil {
			return err
		}
	}

	// 如果Controller还未启动，那么将这些动作缓存到本地
	if !c.Started {
		c.startWatches = append(c.startWatches, watchDescription{src: src, handler: evthdler, predicates: prct})
		return nil
	}

	c.LogConstructor(nil).Info("Starting EventSource", "source", src)
	return src.Start(c.ctx, evthdler, c.Queue, prct...)
}

启动操作实际上为informer注入事件函数

type Source interface {
	// start 是Controller 调用，用以向 Informer 注册 EventHandler， 将 reconcile.Requests（一个入队列的动作） 排入队列。
	Start(context.Context, handler.EventHandler, workqueue.RateLimitingInterface, ...predicate.Predicate) error
}

func (is *Informer) Start(ctx context.Context, handler handler.EventHandler, queue workqueue.RateLimitingInterface,
	prct ...predicate.Predicate) error {
	// Informer should have been specified by the user.
	if is.Informer == nil {
		return fmt.Errorf("must specify Informer.Informer")
	}

	is.Informer.AddEventHandler(internal.EventHandler{Queue: queue, EventHandler: handler, Predicates: prct})
	return nil
}

我们知道对于 eventHandler，实际上应该是一个 onAdd，onUpdate 这种类型的函数，queue则是workqueue，那么 Predicates 是什么呢？

通过追踪可以看到定义了 Predicate 抽象，可以看出Predicate 是Watch到的事件时什么类型的，当对于每个类型的事件，对应的函数就为 true，在 eventHandler 中，这些被用作，事件的过滤。

// Predicate filters events before enqueuing the keys.
type Predicate interface {
	// Create returns true if the Create event should be processed
	Create(event.CreateEvent) bool

	// Delete returns true if the Delete event should be processed
	Delete(event.DeleteEvent) bool

	// Update returns true if the Update event should be processed
	Update(event.UpdateEvent) bool

	// Generic returns true if the Generic event should be processed
	Generic(event.GenericEvent) bool
}

在对应的动作中，可以看到这里作为过滤操作

func (e EventHandler) OnAdd(obj interface{}) {
	c := event.CreateEvent{}

	// Pull Object out of the object
	if o, ok := obj.(client.Object); ok {
		c.Object = o
	} else {
		log.Error(nil, "OnAdd missing Object",
			"object", obj, "type", fmt.Sprintf("%T", obj))
		return
	}

	for _, p := range e.Predicates {
		if !p.Create(c) {
			return
		}
	}

	// Invoke create handler
	e.EventHandler.Create(c, e.Queue)
}

上面就看到了，对应是 EventHandler.Create 进行添加的，那么这些动作具体是在做什么呢？

在代码 pkg/handler ,可以看到这些操作，类似于create，这里将ns/name放入到队列中。

func (e *EnqueueRequestForObject) Create(evt event.CreateEvent, q workqueue.RateLimitingInterface) {
	if evt.Object == nil {
		enqueueLog.Error(nil, "CreateEvent received with no metadata", "event", evt)
		return
	}
	q.Add(reconcile.Request{NamespacedName: types.NamespacedName{
		Name:      evt.Object.GetName(),
		Namespace: evt.Object.GetNamespace(),
	}})
}

unqueue#

上面看到了，入队的动作实际上都是将 ns/name 加入到队列中，那么出队列时又做了些什么呢？

通过 controller.Start() 可以看到controller在启动后都做了些什么动作

func (c *Controller) Start(ctx context.Context) error {
	c.mu.Lock()
	if c.Started {
		return errors.New("controller was started more than once. This is likely to be caused by being added to a manager multiple times")
	}

	c.initMetrics()

	// Set the internal context.
	c.ctx = ctx

	c.Queue = c.MakeQueue() // 初始化queue
	go func() { // 退出时，让queue关闭
		<-ctx.Done()
		c.Queue.ShutDown()
	}()

	wg := &sync.WaitGroup{}
	err := func() error {
		defer c.mu.Unlock()
		defer utilruntime.HandleCrash()

		// 启动informer前，将之前准备好的 evnetHandle predictates source注册
		for _, watch := range c.startWatches {
			c.LogConstructor(nil).Info("Starting EventSource", "source", fmt.Sprintf("%s", watch.src))
				// 上面我们看过了，start就是真正的注册动作
			if err := watch.src.Start(ctx, watch.handler, c.Queue, watch.predicates...); err != nil {
				return err
			}
		}

		// Start the SharedIndexInformer factories to begin populating the SharedIndexInformer caches
		c.LogConstructor(nil).Info("Starting Controller")
		 // startWatches上面我们也看到了，是evnetHandle predictates source被缓存到里面，
        // 这里是拿出来将其启动
		for _, watch := range c.startWatches {
			syncingSource, ok := watch.src.(source.SyncingSource)
			if !ok {
				continue
			}

			if err := func() error {
				// use a context with timeout for launching sources and syncing caches.
				sourceStartCtx, cancel := context.WithTimeout(ctx, c.CacheSyncTimeout)
				defer cancel()

				// WaitForSync waits for a definitive timeout, and returns if there
				// is an error or a timeout
				if err := syncingSource.WaitForSync(sourceStartCtx); err != nil {
					err := fmt.Errorf("failed to wait for %s caches to sync: %w", c.Name, err)
					c.LogConstructor(nil).Error(err, "Could not wait for Cache to sync")
					return err
				}

				return nil
			}(); err != nil {
				return err
			}
		}

		// which won't be garbage collected if we hold a reference to it.
		c.startWatches = nil

		// Launch workers to process resources
		c.LogConstructor(nil).Info("Starting workers", "worker count", c.MaxConcurrentReconciles)
		wg.Add(c.MaxConcurrentReconciles)
        // 启动controller消费端的线程
		for i := 0; i < c.MaxConcurrentReconciles; i++ {
			go func() {
				defer wg.Done()
				for c.processNextWorkItem(ctx) {
				}
			}()
		}

		c.Started = true
		return nil
	}()
	if err != nil {
		return err
	}

	<-ctx.Done() // 阻塞，直到上下文关闭
	c.LogConstructor(nil).Info("Shutdown signal received, waiting for all workers to finish")
	wg.Wait() // 等待所有线程都关闭
	c.LogConstructor(nil).Info("All workers finished")
	return nil
}

通过上面的分析，可以看到，每个消费的worker线程，实际上调用的是 processNextWorkItem 下面就来看看他究竟做了些什么？

func (c *Controller) processNextWorkItem(ctx context.Context) bool {
	obj, shutdown := c.Queue.Get() // 从队列中拿取数据
	if shutdown {
		return false
	}

	defer c.Queue.Done(obj)
	// 下面应该是prometheus指标的一些东西
	ctrlmetrics.ActiveWorkers.WithLabelValues(c.Name).Add(1)
	defer ctrlmetrics.ActiveWorkers.WithLabelValues(c.Name).Add(-1)
	// 获得的对象通过reconcileHandler处理
	c.reconcileHandler(ctx, obj)
	return true
}

那么下面看看 reconcileHandler 做了些什么

func (c *Controller) reconcileHandler(ctx context.Context, obj interface{}) {
	// Update metrics after processing each item
	reconcileStartTS := time.Now()
	defer func() {
		c.updateMetrics(time.Since(reconcileStartTS))
	}()

	// 检查下取出的数据是否为reconcile.Request，在之前enqueue时了解到是插入的这个类型的值
	req, ok := obj.(reconcile.Request)
	if !ok {
		// 如果错了就忘记
		c.Queue.Forget(obj)
		c.LogConstructor(nil).Error(nil, "Queue item was not a Request", "type", fmt.Sprintf("%T", obj), "value", obj)
		return
	}

	log := c.LogConstructor(&req)

	log = log.WithValues("reconcileID", uuid.NewUUID())
	ctx = logf.IntoContext(ctx, log)

	// 这里调用了自己在实现controller实现的Reconcile的动作
	result, err := c.Reconcile(ctx, req)
	switch {
	case err != nil:
		c.Queue.AddRateLimited(req)
		ctrlmetrics.ReconcileErrors.WithLabelValues(c.Name).Inc()
		ctrlmetrics.ReconcileTotal.WithLabelValues(c.Name, labelError).Inc()
		log.Error(err, "Reconciler error")
	case result.RequeueAfter > 0:
		c.Queue.Forget(obj)
		c.Queue.AddAfter(req, result.RequeueAfter)
		ctrlmetrics.ReconcileTotal.WithLabelValues(c.Name, labelRequeueAfter).Inc()
	case result.Requeue:
		c.Queue.AddRateLimited(req)
		ctrlmetrics.ReconcileTotal.WithLabelValues(c.Name, labelRequeue).Inc()
	default:
		c.Queue.Forget(obj)
		ctrlmetrics.ReconcileTotal.WithLabelValues(c.Name, labelSuccess).Inc()
	}
}

通过对example中的 Reconcile 查找其使用，可以看到，调用他的就是上面我们说道的 reconcileHandler ，到这里我们就知道了，controller 的运行流为 Controller.Start() > Controller.processNextWorkItem > Controller.reconcileHandler > Controller.Reconcile 最终到达了我们自定义的业务逻辑处理 Reconcile

Manager#

在上面学习 controller-runtime 时了解到，有一个 Manager 的组件，这个组件是做什么呢？我们来分析下。

Manager 是用来创建与启动 controller 的（允许多个 controller 与 一个 manager 关联），Manager会启动分配给他的所有controller，以及其他可启动的对象。

在 example 看到，会初始化一个 ctrl.NewManager

func main() {
   ctrl.SetLogger(zap.New())

   mgr, err := ctrl.NewManager(ctrl.GetConfigOrDie(), ctrl.Options{})
   if err != nil {
      setupLog.Error(err, "unable to start manager")
      os.Exit(1)
   }

   // in a real controller, we'd create a new scheme for this
   err = api.AddToScheme(mgr.GetScheme())
   if err != nil {
      setupLog.Error(err, "unable to add scheme")
      os.Exit(1)
   }

   err = ctrl.NewControllerManagedBy(mgr).
      For(&api.ChaosPod{}).
      Owns(&corev1.Pod{}).
      Complete(&reconciler{
         Client: mgr.GetClient(),
         scheme: mgr.GetScheme(),
      })
   if err != nil {
      setupLog.Error(err, "unable to create controller")
      os.Exit(1)
   }

   err = ctrl.NewWebhookManagedBy(mgr).
      For(&api.ChaosPod{}).
      Complete()
   if err != nil {
      setupLog.Error(err, "unable to create webhook")
      os.Exit(1)
   }

   setupLog.Info("starting manager")
   if err := mgr.Start(ctrl.SetupSignalHandler()); err != nil {
      setupLog.Error(err, "problem running manager")
      os.Exit(1)
   }
}

这个 manager 就是 controller-runtime\pkg\manager\manager.go 下的 Manager， Manager 通过初始化 Caches 和 Clients 等共享依赖，并将它们提供给 Runnables。

type Manager interface {
	// 提供了与APIServer交互的方式，如incluster，indexer，cache等
	cluster.Cluster

    // Runnable 是任意可允许的cm中的组件，如 webhook，controller，Caches，在new中调用时，
    // 可以看到是传入的是一个controller，这里可以启动的是带有Start()方法的，通过调用Start()
    // 来启动组件
    Add(Runnable) error
    
    // 实现选举方法。当elected关闭，则选举为leader
	Elected() <-chan struct{}

	// 这为一些列健康检查和指标的方法，和我们关注的没有太大关系
	AddMetricsExtraHandler(path string, handler http.Handler) error
	AddHealthzCheck(name string, check healthz.Checker) error
	AddReadyzCheck(name string, check healthz.Checker) error

	// Start将启动所有注册进来的控制器，直到ctx取消。如果有任意controller报错，则立即退出
    // 如果使用了 LeaderElection，则必须在此返回后立即退出二进制文件，
	Start(ctx context.Context) error

	// GetWebhookServer returns a webhook.Server
	GetWebhookServer() *webhook.Server

	// GetLogger returns this manager's logger.
	GetLogger() logr.Logger

	// GetControllerOptions returns controller global configuration options.
	GetControllerOptions() v1alpha1.ControllerConfigurationSpec
}

controller-manager#

controllerManager 则实现了这个manager的抽象

type controllerManager struct {
	sync.Mutex
	started bool

	stopProcedureEngaged *int64
	errChan              chan error
	runnables            *runnables
	
	cluster cluster.Cluster

	// recorderProvider 用于记录eventhandler source predictate
	recorderProvider *intrec.Provider

	// resourceLock forms the basis for leader election
	resourceLock resourcelock.Interface

	// 在退出时是否关闭选举租约
	leaderElectionReleaseOnCancel bool
	// 一些指标性的，暂时不需要关注
	metricsListener net.Listener
	metricsExtraHandlers map[string]http.Handler
	healthProbeListener net.Listener
	readinessEndpointName string
	livenessEndpointName string
	readyzHandler *healthz.Handler
	healthzHandler *healthz.Handler

	// 有关controller全局参数
	controllerOptions v1alpha1.ControllerConfigurationSpec

	logger logr.Logger

	// 用于关闭 LeaderElection.Run(...) 的信号
	leaderElectionStopped chan struct{}

    // 取消选举，在失去选举后，必须延迟到gracefulShutdown之后os.exit()
	leaderElectionCancel context.CancelFunc

	// leader取消选举
	elected chan struct{}

	port int
	host string
	certDir string
	webhookServer *webhook.Server
	webhookServerOnce sync.Once
	// 非leader节点强制leader的等待时间
	leaseDuration time.Duration
	// renewDeadline is the duration that the acting controlplane will retry
	// refreshing leadership before giving up.
	renewDeadline time.Duration
	// LeaderElector重新操作的时间
	retryPeriod time.Duration
	// gracefulShutdownTimeout 是在manager停止之前让runnables停止的持续时间。
	gracefulShutdownTimeout time.Duration

	// onStoppedLeading is callled when the leader election lease is lost.
	// It can be overridden for tests.
	onStoppedLeading func()

	shutdownCtx context.Context
	internalCtx    context.Context
	internalCancel context.CancelFunc
	internalProceduresStop chan struct{}
}

workflow#

了解完ControllerManager之后，我们通过 example 来看看 ControllerManager 的workflow

func main() {
   ctrl.SetLogger(zap.New())
   // New一个manager
   mgr, err := ctrl.NewManager(ctrl.GetConfigOrDie(), ctrl.Options{})
   if err != nil {
      setupLog.Error(err, "unable to start manager")
      os.Exit(1)
   }

   // in a real controller, we'd create a new scheme for this
   err = api.AddToScheme(mgr.GetScheme())
   if err != nil {
      setupLog.Error(err, "unable to add scheme")
      os.Exit(1)
   }

   err = ctrl.NewControllerManagedBy(mgr).
      For(&api.ChaosPod{}).
      Owns(&corev1.Pod{}).
      Complete(&reconciler{
         Client: mgr.GetClient(),
         scheme: mgr.GetScheme(),
      })
   if err != nil {
      setupLog.Error(err, "unable to create controller")
      os.Exit(1)
   }

   err = ctrl.NewWebhookManagedBy(mgr).
      For(&api.ChaosPod{}).
      Complete()
   if err != nil {
      setupLog.Error(err, "unable to create webhook")
      os.Exit(1)
   }

   setupLog.Info("starting manager")
   if err := mgr.Start(ctrl.SetupSignalHandler()); err != nil {
      setupLog.Error(err, "problem running manager")
      os.Exit(1)
   }
}

• 通过 manager.New() 初始化一个manager，这里面会初始化一些列的manager的参数
• 通过 ctrl.NewControllerManagedBy 注册 controller 到manager中
  • ctrl.NewControllerManagedBy 是 builder的一个别名，构建出一个builder类型的controller
  • builder 中的 ctrl 就是 controller
• 启动manager

builder#

下面看来看下builder在构建时做了什么

// Builder builds a Controller.
type Builder struct {
	forInput         ForInput
	ownsInput        []OwnsInput
	watchesInput     []WatchesInput
	mgr              manager.Manager
	globalPredicates []predicate.Predicate
	ctrl             controller.Controller
	ctrlOptions      controller.Options
	name             string
}

我们看到 example 中是调用了 For() 动作，那么这个 For() 是什么呢？

通过注释，我们可以看到 For() 提供了 调解对象类型，ControllerManagedBy 通过 reconciling object 来相应对应create/delete/update 事件。调用 For() 相当于调用了 Watches(&source.Kind{Type: apiType}, &handler.EnqueueRequestForObject{}) 。

func (blder *Builder) For(object client.Object, opts ...ForOption) *Builder {
	if blder.forInput.object != nil {
		blder.forInput.err = fmt.Errorf("For(...) should only be called once, could not assign multiple objects for reconciliation")
		return blder
	}
	input := ForInput{object: object}
	for _, opt := range opts {
		opt.ApplyToFor(&input) //最终把我们要监听的对象每个 opts注册进去
	}

	blder.forInput = input
	return blder
}

接下来是调用的 Owns() ，Owns() 看起来和 For() 功能是类似的。只是说属于不同，是通过Owns方法设置的

func (blder *Builder) Owns(object client.Object, opts ...OwnsOption) *Builder {
	input := OwnsInput{object: object}
	for _, opt := range opts {
		opt.ApplyToOwns(&input)
	}

	blder.ownsInput = append(blder.ownsInput, input)
	return blder
}

最后到了 Complete()，Complete 是完成这个controller的构建

// Complete builds the Application Controller.
func (blder *Builder) Complete(r reconcile.Reconciler) error {
	_, err := blder.Build(r)
	return err
}

// Build 创建控制器并返回
func (blder *Builder) Build(r reconcile.Reconciler) (controller.Controller, error) {
	if r == nil {
		return nil, fmt.Errorf("must provide a non-nil Reconciler")
	}
	if blder.mgr == nil {
		return nil, fmt.Errorf("must provide a non-nil Manager")
	}
	if blder.forInput.err != nil {
		return nil, blder.forInput.err
	}
	// Checking the reconcile type exist or not
	if blder.forInput.object == nil {
		return nil, fmt.Errorf("must provide an object for reconciliation")
	}

	// Set the ControllerManagedBy
	if err := blder.doController(r); err != nil {
		return nil, err
	}

	// Set the Watch
	if err := blder.doWatch(); err != nil {
		return nil, err
	}

	return blder.ctrl, nil
}

这里面可以看到，会完成 doController 和 doWatch

doController会初始化好这个controller并返回

func (blder *Builder) doController(r reconcile.Reconciler) error {
	globalOpts := blder.mgr.GetControllerOptions()

	ctrlOptions := blder.ctrlOptions
	if ctrlOptions.Reconciler == nil {
		ctrlOptions.Reconciler = r
	}

	// 通过检索GVK获得默认的名称
	gvk, err := getGvk(blder.forInput.object, blder.mgr.GetScheme())
	if err != nil {
		return err
	}

	// 设置并发，如果最大并发为0则找到一个
    // 追踪下去看似是对于没有设置时，例如会根据 app group中的 ReplicaSet设定
    // 就是在For()传递的一个类型的数量来确定并发的数量
	if ctrlOptions.MaxConcurrentReconciles == 0 {
		groupKind := gvk.GroupKind().String()

		if concurrency, ok := globalOpts.GroupKindConcurrency[groupKind]; ok && concurrency > 0 {
			ctrlOptions.MaxConcurrentReconciles = concurrency
		}
	}

	// Setup cache sync timeout.
	if ctrlOptions.CacheSyncTimeout == 0 && globalOpts.CacheSyncTimeout != nil {
		ctrlOptions.CacheSyncTimeout = *globalOpts.CacheSyncTimeout
	}
	// 给controller一个name，如果没有初始化传递，则使用Kind做名称
	controllerName := blder.getControllerName(gvk)

	// Setup the logger.
	if ctrlOptions.LogConstructor == nil {
		log := blder.mgr.GetLogger().WithValues(
			"controller", controllerName,
			"controllerGroup", gvk.Group,
			"controllerKind", gvk.Kind,
		)

		lowerCamelCaseKind := strings.ToLower(gvk.Kind[:1]) + gvk.Kind[1:]

		ctrlOptions.LogConstructor = func(req *reconcile.Request) logr.Logger {
			log := log
			if req != nil {
				log = log.WithValues(
					lowerCamelCaseKind, klog.KRef(req.Namespace, req.Name),
					"namespace", req.Namespace, "name", req.Name,
				)
			}
			return log
		}
	}

	// 这里就是构建一个新的控制器了，也就是前面说到的  manager.New()
	blder.ctrl, err = newController(controllerName, blder.mgr, ctrlOptions)
	return err
}

manager.New()

start Manager#

接下来是manager的启动，也就是对应的 start() 与 doWatch()

通过下述代码我们可以看出来，对于 doWatch() 就是把 compete() 前的一些资源的事件函数都注入到controller 中

func (blder *Builder) doWatch() error {
	// 调解类型，这也也就是对于For的obj来说，我们需要的是什么结构的，如非结构化数据或metadata-only
    // metadata-only就是配置成一个GVK schema.GroupVersionKind
	typeForSrc, err := blder.project(blder.forInput.object, blder.forInput.objectProjection)
	if err != nil {
		return err
    }&source.Kind{}
    // 一些准备工作，将对象封装为&source.Kind{}
    // 
	src := &source.Kind{Type: typeForSrc}
	hdler := &handler.EnqueueRequestForObject{} // 就是包含obj的一个事件队列
	allPredicates := append(blder.globalPredicates, blder.forInput.predicates...)
	// 这里又到之前说过的controller watch了
    // 将一系列的准备动作注入到cache 如 source eventHandler predicate
    if err := blder.ctrl.Watch(src, hdler, allPredicates...); err != nil {
		return err
	}

	// 再重复 ownsInput 动作
	for _, own := range blder.ownsInput {
		typeForSrc, err := blder.project(own.object, own.objectProjection)
		if err != nil {
			return err
		}
		src := &source.Kind{Type: typeForSrc}
		hdler := &handler.EnqueueRequestForOwner{
			OwnerType:    blder.forInput.object,
			IsController: true,
		}
		allPredicates := append([]predicate.Predicate(nil), blder.globalPredicates...)
		allPredicates = append(allPredicates, own.predicates...)
		if err := blder.ctrl.Watch(src, hdler, allPredicates...); err != nil {
			return err
		}
	}

	// 在对 ownsInput 进行重复的操作
	for _, w := range blder.watchesInput {
		allPredicates := append([]predicate.Predicate(nil), blder.globalPredicates...)
		allPredicates = append(allPredicates, w.predicates...)

		// If the source of this watch is of type *source.Kind, project it.
		if srckind, ok := w.src.(*source.Kind); ok {
			typeForSrc, err := blder.project(srckind.Type, w.objectProjection)
			if err != nil {
				return err
			}
			srckind.Type = typeForSrc
		}

		if err := blder.ctrl.Watch(w.src, w.eventhandler, allPredicates...); err != nil {
			return err
		}
	}
	return nil
}

由于前两部 builder 的操作将 mgr 指针传入到 builder中，并且操作了 complete() ，也就是操作了 build() ,这代表了对 controller 完成了初始化，和事件注入（watch）的操作，所以 Start()，就是将controller启动

func (cm *controllerManager) Start(ctx context.Context) (err error) {
	cm.Lock()
	if cm.started {
		cm.Unlock()
		return errors.New("manager already started")
	}
	var ready bool
	defer func() {
		if !ready {
			cm.Unlock()
		}
	}()

	// Initialize the internal context.
	cm.internalCtx, cm.internalCancel = context.WithCancel(ctx)

	// 这个channel代表了controller的停止
	stopComplete := make(chan struct{})
	defer close(stopComplete)
	// This must be deferred after closing stopComplete, otherwise we deadlock.
	defer func() {
		stopErr := cm.engageStopProcedure(stopComplete)
		if stopErr != nil {
			if err != nil {
				err = kerrors.NewAggregate([]error{err, stopErr})
			} else {
				err = stopErr
			}
		}
	}()

	// Add the cluster runnable.
	if err := cm.add(cm.cluster); err != nil {
		return fmt.Errorf("failed to add cluster to runnables: %w", err)
	}
    // 指标类
	if cm.metricsListener != nil {
		cm.serveMetrics()
	}
	if cm.healthProbeListener != nil {
		cm.serveHealthProbes()
	}
	if err := cm.runnables.Webhooks.Start(cm.internalCtx); err != nil {
		if !errors.Is(err, wait.ErrWaitTimeout) {
			return err
		}
	}

	// 等待informer同步完成
	if err := cm.runnables.Caches.Start(cm.internalCtx); err != nil {
		if !errors.Is(err, wait.ErrWaitTimeout) {
			return err
		}
	}

	// 非选举模式，runnable将在cache同步完成后启动
	if err := cm.runnables.Others.Start(cm.internalCtx); err != nil {
		if !errors.Is(err, wait.ErrWaitTimeout) {
			return err
		}
	}

	// Start the leader election and all required runnables.
	{
		ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
		cm.leaderElectionCancel = cancel
		go func() {
			if cm.resourceLock != nil {
				if err := cm.startLeaderElection(ctx); err != nil {
					cm.errChan <- err
				}
			} else {
				// Treat not having leader election enabled the same as being elected.
				if err := cm.startLeaderElectionRunnables(); err != nil {
					cm.errChan <- err
				}
				close(cm.elected)
			}
		}()
	}

	ready = true
	cm.Unlock()
	select {
	case <-ctx.Done():
		// We are done
		return nil
	case err := <-cm.errChan:
		// Error starting or running a runnable
		return err
	}
}

可以看到上面启动了4种类型的runnable，实际上就是对这runnable进行启动，例如 controller，cache等。

回顾一下，我们之前在使用code-generator 生成，并自定义controller时，我们也是通过启动 informer.Start() ，否则会报错。

最后可以通过一张关系图来表示，client-go与controller-manager之间的关系

Reference

diving controller runtime