Kubernetes & Amazon EKS Training

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Strimzi Operator 测验 ​

本测验用于检验你对 Strimzi Operator 基础知识、安装方法、核心 CRDs、KRaft 节点角色以及 EKS 部署注意事项的理解。

选择题 ​

  1. Strimzi 是哪种 CNCF 项目？
    • A) 一个 service mesh
    • B) 一个用于在 Kubernetes 上运行 Apache Kafka 的 Operator
    • C) 一个 container runtime
    • D) 一个 CI/CD pipeline 工具
显示答案

答案：B) 一个用于在 Kubernetes 上运行 Apache Kafka 的 Operator

解析： Strimzi 是一个 CNCF Incubating 项目，它使用 Kubernetes Operator 模式来管理 Apache Kafka 集群的部署和完整生命周期，包括安装、升级、扩缩容和证书管理。你无需手动将 Kafka brokers 编写为 StatefulSet，而是通过 CRDs 声明期望状态，Operator 会协调实际集群状态使其与期望状态一致。

  1. 以下哪一项作为不使用 Strimzi、直接以 StatefulSet 运行 Kafka 的挑战，最不准确？
    • A) 处理顺序滚动升级
    • B) 签发和轮换 TLS 证书
    • C) 构建 container images 变得不可能
    • D) 在 partition 重新平衡期间管理数据移动
显示答案

答案：C) 构建 container images 变得不可能

解析： 直接以 StatefulSet 运行 Kafka 本身并不是不可能。真正的问题在于运维复杂性和脆弱性：顺序升级、证书轮换以及重新平衡期间的数据移动都很难手动管理，并且容易出错。Strimzi 通过 CRDs 和 Operator 逻辑自动化处理所有这些工作。

  1. 在安装 Cluster Operator 之前，哪个命令会添加 Strimzi Helm repository？
    • A) helm repo add strimzi https://strimzi.io/charts/
    • B) helm repo add kafka https://kafka.apache.org/charts/
    • C) helm repo add strimzi https://github.com/strimzi/charts/
    • D) helm install strimzi https://strimzi.io/
显示答案

答案：A) helm repo add strimzi https://strimzi.io/charts/

解析： Strimzi 的官方 Helm repository 是 https://strimzi.io/charts/。添加后，可使用 helm install strimzi-kafka-operator strimzi/strimzi-kafka-operator --namespace kafka --create-namespace 安装 Cluster Operator。

  1. Strimzi Cluster Operator 默认 watch 的 namespace 范围是什么？
    • A) 集群中的每个 namespace
    • B) 所有 kube-system namespaces
    • C) 只有它部署到的 namespace
    • D) 只有 default namespace
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答案：C) 只有它部署到的 namespace

解析： 默认情况下，Cluster Operator 只 watch 自身 namespace 中的 resources。若要 watch 多个 namespaces，请在 Operator Deployment 上将 STRIMZI_NAMESPACE environment variable 设置为逗号分隔的 namespace 列表，或设置为 * 以将 watch 范围扩展到整个集群。

  1. Strimzi 0.45+ 将 KRaft mode 设为默认后，哪个字段变得不再需要？
    • A) Kafka.spec.kafka.listeners
    • B) Kafka.spec.zookeeper
    • C) Kafka.spec.entityOperator
    • D) KafkaNodePool.spec.storage
显示答案

答案：B) Kafka.spec.zookeeper

解析： 由于 KRaft mode 已成为默认模式，controller quorum 可以在没有 ZooKeeper 的情况下直接管理 metadata，因此以前必需的 Kafka.spec.zookeeper block 不再需要。Broker 和 controller 角色改为通过单独的 KafkaNodePool resources 定义。

  1. 哪个值不是 KafkaNodePool.spec.roles 的有效条目？
    • A) controller
    • B) broker
    • C) 同时组合 controller 和 broker 的双角色
    • D) zookeeper
显示答案

答案：D) zookeeper

解析： 基于 KRaft 的 KafkaNodePool 上的 roles 字段只支持 controller、broker，或双角色组合（[controller, broker]）。zookeeper 不是有效角色 — ZooKeeper 在 KRaft mode 中完全不存在。

  1. 以 3 个节点运行 controller node pool 的主要原因是什么？
    • A) 它必须始终与 broker 数量一致
    • B) controller quorum 需要多数票，因此奇数数量更安全
    • C) Kafka client libraries 至少需要 3 个 controllers
    • D) EBS volume limits 要求如此
显示答案

答案：B) controller quorum 需要多数票，因此奇数数量更安全

解析： KRaft controller quorum 使用类似 Raft 的 consensus protocol 运行，该协议在 leader election 和 metadata commits 时需要多数票。偶数数量的 controllers 可能导致影响可用性的分票场景，因此通常使用 3 或 5 这样的奇数数量。这一决定与 broker 数量无关。

  1. 在 Amazon EKS 上为 Kafka brokers 定义 EBS StorageClass 时使用的 CSI provisioner 名称是什么？
    • A) kubernetes.io/aws-ebs
    • B) ebs.csi.aws.com
    • C) efs.csi.aws.com
    • D) aws.amazon.com/ebs
显示答案

答案：B) ebs.csi.aws.com

解析： Amazon EBS CSI driver 使用 provisioner 名称 ebs.csi.aws.com。kubernetes.io/aws-ebs 是已弃用的 in-tree provisioner。KafkaNodePool.spec.storage 下的 persistent-claim volumes 引用由该 provisioner 支持的 StorageClass，以动态配置 EBS gp3 volumes。

  1. 要将 broker Pods 均匀分布到各 AZ，需要向 KafkaNodePool.spec.template.pod 添加哪个字段？
    • A) nodeSelector
    • B) topologySpreadConstraints
    • C) tolerations
    • D) priorityClassName
显示答案

答案：B) topologySpreadConstraints

解析：topologySpreadConstraints 是一种 scheduling constraint，它会基于 topologyKey（例如 topology.kubernetes.io/zone）均匀分布 Pods。将 Kafka brokers 分布到多个 AZ 意味着单个 AZ 故障不会导致整个集群的可用性中断。设置 whenUnsatisfiable: DoNotSchedule 会通过阻止违反约束的调度来严格执行该约束。

  1. 当 external clients 需要从集群外访问 Kafka brokers 时，可以向 Kafka.spec.kafka.listeners 添加哪些 listener types？
    • A) internal 和 clusterip
    • B) loadbalancer 或 nodeport
    • C) 只有 ingress
    • D) 不支持 external exposure
显示答案

答案：B) loadbalancer 或 nodeport

解析： Strimzi listeners 支持 internal、route、ingress、loadbalancer 和 nodeport 类型。在 EKS 上，external access 通常通过 loadbalancer（为 bootstrap/broker 自动配置一个 AWS NLB）或 nodeport（worker node ports 加外部 load balancer）提供。loadbalancer 类型可以通过 annotations 进行调优，以控制 AWS Load Balancer Controller 的 NLB 设置，例如 internal 与 internet-facing scheme。

简答题 ​

  1. 请说出两个内部 Strimzi components，它们负责将 KafkaTopic 和 KafkaUser custom resources 与实际 Kafka resources 同步。
显示答案

答案：Topic Operator, User Operator

解析： Topic Operator 会将 KafkaTopic custom resources 单向同步到实际 Kafka topics（CR 是真相来源），而 User Operator 会基于 KafkaUser custom resources 管理 SCRAM-SHA-512 或 TLS authentication credentials 和 ACLs。两者作为 Entity Operator 的一部分，打包到每个 Kafka 集群的单个 Pod 中。

  1. 哪个 environment variable 用于配置 Cluster Operator watch 多个 namespaces？
显示答案

答案：STRIMZI_NAMESPACE

解析： 在 Cluster Operator Deployment 上设置 STRIMZI_NAMESPACE 可控制其 watch 的 namespace 范围。你可以指定逗号分隔的 namespace 列表，或指定 * 以将 watch 范围扩展到整个集群。

  1. KafkaNodePool.spec.storage 中哪种 storage type 允许你为每个 broker 挂载多个 EBS volumes 以分散 I/O？
显示答案

答案：JBOD (type: jbod)

解析： JBOD (Just a Bunch Of Disks) storage 允许单个 broker 使用多个 persistent-claim volumes，每个 volume 都由不同的 id 标识。这样可以将 I/O 分布到多个 volumes，而不是受限于单个 EBS volume 的 throughput ceiling。

  1. Kafka resource 上的哪个 status condition 表示 brokers/controllers 已形成健康的 quorum 且 listeners 处于活动状态？
显示答案

答案：Ready: True

解析： 当你使用 kubectl get kafka -n kafka 检查 Kafka resource 的 status 时，Ready condition 设置为 True 表示所有集群 components（brokers、controllers、listeners、Entity Operator）都在正常工作。

  1. 定义用于运行 source/sink connectors（例如 Debezium）的独立 worker cluster 的 Strimzi CRD 名称是什么？
显示答案

答案：KafkaConnect

解析：KafkaConnect 是定义 Kafka Connect worker cluster 的 CRD。各个 connector instances 通过 KafkaConnector custom resources 以 declarative 方式管理，并部署到 KafkaConnect cluster 上。

实操题 ​

  1. 写出通过 Helm 将 Strimzi Cluster Operator 安装到 kafka namespace 的完整命令序列。
显示答案

答案：

bash
# Add the Strimzi Helm repository
helm repo add strimzi https://strimzi.io/charts/
helm repo update

# Install the Cluster Operator into the kafka namespace
helm install strimzi-kafka-operator strimzi/strimzi-kafka-operator \
  --namespace kafka \
  --create-namespace \
  --version 0.45.0

# Verify the installation
kubectl get pods -n kafka
kubectl get crd | grep strimzi

解析：helm repo add 会注册 Strimzi repository，helm repo update 会获取最新的 chart metadata。向 helm install 添加 --create-namespace 会在 kafka namespace 尚不存在时自动创建它。安装后，使用 kubectl get pods -n kafka 确认 Cluster Operator Pod 为 Running，并使用 kubectl get crd | grep strimzi 确认 Kafka 和 KafkaNodePool 等 CRDs 已注册。

  1. 编写一个由 3 个仅 broker 节点组成的 KafkaNodePool，每个节点使用一个基于 gp3 的 100Gi persistent-claim volume。
显示答案

答案：

yaml
apiVersion: kafka.strimzi.io/v1beta2
kind: KafkaNodePool
metadata:
  name: broker
  labels:
    strimzi.io/cluster: my-cluster
spec:
  replicas: 3
  roles:
    - broker
  storage:
    type: jbod
    volumes:
      - id: 0
        type: persistent-claim
        size: 100Gi
        class: gp3-kafka
        deleteClaim: false
  resources:
    requests:
      cpu: "2"
      memory: 4Gi
    limits:
      cpu: "4"
      memory: 4Gi

解析：strimzi.io/cluster label 必须与此 node pool 所属的 Kafka resource 名称匹配。roles: [broker] 指定仅 broker 节点，而 storage.type: jbod 下的 persistent-claim volume 会配置一个 100Gi、由 EBS 支持的 persistent volume。class 引用由 ebs.csi.aws.com provisioner 支持的 StorageClass。

  1. 创建一个名为 orders、具有 12 个 partitions 和 3 个 replicas 的 KafkaTopic，然后写出使用 console producer 和 consumer 测试它的命令。
显示答案

答案：

yaml
apiVersion: kafka.strimzi.io/v1beta2
kind: KafkaTopic
metadata:
  name: orders
  namespace: kafka
  labels:
    strimzi.io/cluster: my-cluster
spec:
  partitions: 12
  replicas: 3
  config:
    min.insync.replicas: 2
bash
# Apply the topic
kubectl apply -f orders-topic.yaml -n kafka
kubectl get kafkatopic -n kafka

# Producer test
kubectl run kafka-producer -n kafka -ti \
  --image=quay.io/strimzi/kafka:0.45.0-kafka-3.9.0 --rm=true --restart=Never -- \
  bin/kafka-console-producer.sh --bootstrap-server my-cluster-kafka-bootstrap:9092 --topic orders

# Consumer test
kubectl run kafka-consumer -n kafka -ti \
  --image=quay.io/strimzi/kafka:0.45.0-kafka-3.9.0 --rm=true --restart=Never -- \
  bin/kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server my-cluster-kafka-bootstrap:9092 --topic orders --from-beginning

解析：strimzi.io/cluster label 告诉 Topic Operator 此 KafkaTopic 属于哪个 Kafka cluster。应用后，kubectl get kafkatopic -n kafka 会确认 topic 已实际创建。producer/consumer 测试会将 Strimzi 的 Kafka image 作为一次性 Pod 运行，并连接到 bootstrap Service（my-cluster-kafka-bootstrap:9092）。

  1. 编写一个使用 SCRAM-SHA-512 authentication 的 KafkaUser，并且只授权其对 orders topic 执行 Read、Write 和 Describe 操作。
显示答案

答案：

yaml
apiVersion: kafka.strimzi.io/v1beta2
kind: KafkaUser
metadata:
  name: order-service
  namespace: kafka
  labels:
    strimzi.io/cluster: my-cluster
spec:
  authentication:
    type: scram-sha-512
  authorization:
    type: simple
    acls:
      - resource:
          type: topic
          name: orders
        operations: [Read, Write, Describe]

解析：authentication.type: scram-sha-512 会指示 User Operator 生成 SCRAM credentials 并将其存储在 Secret 中。authorization.type: simple 使用 Kafka 内置的基于 ACL 的 authorization，acls 列表将该用户限制为仅能对 orders topic 执行 Read、Write 和 Describe 操作 — 在 CR 级别以 declarative 方式实现 least privilege。

  1. 向 KafkaNodePool 的 spec.template.pod 添加 topologySpreadConstraints，以将 broker Pods 均匀分布到各 AZ。
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答案：

yaml
apiVersion: kafka.strimzi.io/v1beta2
kind: KafkaNodePool
metadata:
  name: broker
  labels:
    strimzi.io/cluster: my-cluster
spec:
  replicas: 3
  roles: [broker]
  template:
    pod:
      topologySpreadConstraints:
        - maxSkew: 1
          topologyKey: topology.kubernetes.io/zone
          whenUnsatisfiable: DoNotSchedule
          labelSelector:
            matchLabels:
              strimzi.io/cluster: my-cluster
              strimzi.io/name: my-cluster-broker
  storage:
    type: jbod
    volumes:
      - id: 0
        type: persistent-claim
        size: 100Gi
        class: gp3-kafka

解析：topologyKey: topology.kubernetes.io/zone 会根据 EKS worker nodes 上的 AZ label 分布 Pods。maxSkew: 1 允许 AZ 之间的 Pod 数量最多相差 1，whenUnsatisfiable: DoNotSchedule 会在无法满足约束时直接阻止调度，从而保证均匀分布。labelSelector 决定用于计算 skew 的 Pods 集合（同一个 broker node pool）。

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