安全

在前面的学习中，我们知道对于资源对象的操作都是通过 APIServer 进行的，那么集群是怎样知道我们的请求就是合法的请求呢？

这就涉及到k8s的安全相关的知识了。

1. API对象

Kubernetes有一个很基本的特性就是它的所有资源对象都是模型化的API对象，允许执行 CRUD(Create、Read、Update、Delete)操作(也就是我们常说的增、删、改、查操作)，比如下面的这下资源：

• Pods
• Deployments
• Namespaces

上面这些资源对象的可能存在的操作有：

• create
• get
• delete
• list
• update
• edit
• watch
• exec

前面我们都直接编写的 YAML 文件，通过 kubectl 来提交的资源清单文件，然后创建的对应的资源对象，那么它究竟是如何将我们的 YAML 文件转换成集群中的一个 API 对象的呢？

这个就需要去了解下声明式 API的设计，Kubernetes API 是一个以 JSON 为主要序列化方式的 HTTP 服务，除此之外也支持 Protocol Buffers 序列化方式，主要用于集群内部组件间的通信。为了可扩展性，Kubernetes 在不同的 API 路径（比如/api/v1 或者 /apis/batch）下面支持了多个 API 版本，不同的 API 版本意味着不同级别的稳定性和支持：

• Alpha 级别，例如 v1alpha1 默认情况下是被禁用的，可以随时删除对功能的支持，所以要慎用
• Beta 级别，例如 v2beta1 默认情况下是启用的，表示代码已经经过了很好的测试，但是对象的语义可能会在随后的版本中以不兼容的方式更改
• 稳定级别，比如 v1 表示已经是稳定版本了，也会出现在后续的很多版本中。

在 Kubernetes 集群中，一个API 对象在 Etcd 里的完整资源路径，是由：Group（API 组）、Version（API 版本）和 Resource（API 资源类型）三个部分组成的。通过这样的结构，整个 Kubernetes 里的所有 API 对象，实际上就可以用如下的树形结构表示出来：

我们也可以用下面的命令来查看集群中的 API 组织形式：

[root@master ~]# kubectl get --raw /
{"paths": ["/.well-known/openid-configuration","/api","/api/v1","/apis","/apis/","/apis/admissionregistration.k8s.io","/apis/admissionregistration.k8s.io/v1","/apis/apiextensions.k8s.io","/apis/apiextensions.k8s.io/v1","/apis/apiregistration.k8s.io","/apis/apiregistration.k8s.io/v1","/apis/apps","/apis/apps/v1","/apis/authentication.k8s.io","/apis/authentication.k8s.io/v1","/apis/authorization.k8s.io",

API 组 能够简化对 Kubernetes API 的扩展。 API 组信息出现在REST 路径中，也出现在序列化对象的 apiVersion 字段中。

以下是 Kubernetes 中的几个组：

• 核心（也叫 legacy）组的 REST 路径为 /api/v1。 核心组并不作为 apiVersion 字段的一部分，例如， apiVersion: v1。
• 指定的组位于 REST 路径 /apis/$GROUP_NAME/$VERSION， 并且使用 apiVersion: $GROUP_NAME/$VERSION （例如， apiVersion: batch/v1）。

Kubernetes 通常使用常见的 RESTful 术语来描述 API 概念：

• 资源类型（Resource Type） 是 URL 中使用的名称（pods、namespaces、services）
• 所有资源类型都有一个具体的表示（它们的对象模式），称为 类别（Kind）
• 资源实例的列表称为 集合（Collection）
• 资源类型的单个实例称为 资源（Resource），通常也表示一个 对象（Object）
• 对于某些资源类型，API 包含一个或多个 子资源（sub-resources），这些子资源表示为资源下的 URI 路径

所有资源类型要么是集群作用域的（/apis/GROUP/VERSION/*），要么是命名空间作用域的（/apis/GROUP/VERSION/namespaces/NAMESPACE/*）。 命名空间作用域的资源类型会在其命名空间被删除时也被删除，并且对该资源类型的访问是由定义在命名空间域中的授权检查来控制的。

比如我们来查看批处理这个操作，在我们当前这个版本中存在两个版本的操作：/apis/batch/v1 和 /apis/batch/v1beta1，分别暴露了可以查询和操作的不同实体集合：

[root@master ~]# kubectl get --raw /apis/batch/v1 | python -m json.tool
{"apiVersion": "v1","groupVersion": "batch/v1","kind": "APIResourceList","resources": [{"categories": ["all"],"kind": "CronJob","name": "cronjobs","namespaced": true,"shortNames": ["cj"],"singularName": "","storageVersionHash": "sd5LIXh4Fjs=","verbs": ["create","delete","deletecollection","get","list","patch","update","watch"]},{"kind": "CronJob","name": "cronjobs/status","namespaced": true,"singularName": "","verbs": ["get","patch","update"]},{"categories": ["all"],"kind": "Job","name": "jobs","namespaced": true,"singularName": "","storageVersionHash": "mudhfqk/qZY=","verbs": ["create","delete","deletecollection","get","list","patch","update","watch"]},{"kind": "Job","name": "jobs/status","namespaced": true,"singularName": "","verbs": ["get","patch","update"]}]
}[root@master ~]# kubectl get --raw /apis/batch/v1beta1 | python -m json.tool
{"apiVersion": "v1","groupVersion": "batch/v1beta1","kind": "APIResourceList","resources": [{"categories": ["all"],"kind": "CronJob","name": "cronjobs","namespaced": true,"shortNames": ["cj"],"singularName": "","storageVersionHash": "sd5LIXh4Fjs=","verbs": ["create","delete","deletecollection","get","list","patch","update","watch"]},{"kind": "CronJob","name": "cronjobs/status","namespaced": true,"singularName": "","verbs": ["get","patch","update"]}]
}

但是这个操作和我们平时操作 HTTP 服务的方式不太一样，这里我们可以通过 kubectl proxy 命令来开启对 apiserver 的访问：

[root@master ~]# kubectl proxy
Starting to serve on 127.0.0.1:8001

然后重新开启一个新的终端，我们可以通过如下方式来访问批处理的 API 服务：

[root@master ~]# curl http://127.0.0.1:8001/apis/batch/v1
{"kind": "APIResourceList","apiVersion": "v1","groupVersion": "batch/v1","resources": [{"name": "cronjobs","singularName": "","namespaced": true,"kind": "CronJob","verbs": ["create","delete","deletecollection","get","list","patch","update","watch"],"shortNames": ["cj"],"categories": ["all"],"storageVersionHash": "sd5LIXh4Fjs="},{"name": "cronjobs/status","singularName": "","namespaced": true,"kind": "CronJob","verbs": ["get","patch","update"]},{"name": "jobs","singularName": "","namespaced": true,"kind": "Job","verbs": ["create","delete","deletecollection","get","list","patch","update","watch"],"categories": ["all"],"storageVersionHash": "mudhfqk/qZY="},{"name": "jobs/status","singularName": "","namespaced": true,"kind": "Job","verbs": ["get","patch","update"]}]
}

通常，Kubernetes API 支持通过标准 HTTP POST、PUT、DELETE 和 GET 在指定 PATH 路径上创建、更新、删除和检索操作，并使用 JSON 作为默认的数据交互格式。

比如现在我们要创建一个 Deployment 对象，那么我们的 YAML 文件的声明就需要怎么写：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment

其中 Deployment 就是这个 API 对象的资源类型（Resource），apps 就是它的组（Group），v1 就是它的版本（Version）。API Group、Version 和 资源就唯一定义了一个 HTTP 路径，然后在 kube-apiserver 端对这个 url 进行了监听，然后把对应的请求传递给了对应的控制器进行处理。

2. RBAC

RBAC，基于角色的访问控制机制，是用来管理 kubernetes 集群中资源访问权限的机制。使用 RBAC 可以很方便的更新访问授权策略而不用重启集群。

Kubernetes 从 1.6 开始支持基于角色的访问控制机制（Role-Based Access，RBAC），集群管理员可以对用户或服务账号的角色进行更精确的资源访问控制。在 RBAC 中，权限与角色相关联，用户通过成为适当角色的成员而得到这些角色的权限。这就极大地简化了权限的管理。在一个组织中，角色是为了完成各种工作而创造，用户则依据它的责任和资格来被指派相应的角色，用户可以很容易地从一个角色被指派到另一个角色。

从 Kubernetes 1.8 开始，RBAC 进入稳定版，其 API 为 rbac.authorization.k8s.io/v1。

在使用 RBAC 时，只需要在启动 kube-apiserver 时配置 --authorization-mode=RBAC 即可。

如果使用的kubeadm安装的集群，1.6 版本以上的都默认开启了RBAC，可以通过查看 Master 节点上 apiserver 的静态Pod定义文件：

[root@master ~]# cat /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:annotations:kubeadm.kubernetes.io/kube-apiserver.advertise-address.endpoint: 192.168.200.101:6443creationTimestamp: nulllabels:component: kube-apiservertier: control-planename: kube-apiservernamespace: kube-system
spec:containers:- command:- kube-apiserver- --advertise-address=192.168.200.101- --allow-privileged=true- --authorization-mode=Node,RBAC

如果是二进制的方式搭建的集群，添加这个参数过后，记得要重启 kube-apiserver 服务。

在更上层，这些资源和 API Group 进行关联，比如 Pods 属于 Core API Group，而 Deployements 属于 apps API Group，现在我们要在 Kubernetes 中通过 RBAC 来对资源进行权限管理，除了上面的这些资源和操作以外，我们还需要了解另外几个概念：

• Rule：规则，规则是一组属于不同 API Group 资源上的一组操作的集合
• Role 和 ClusterRole：角色和集群角色，这两个对象都包含上面的 Rules 元素，二者的区别在于，在 Role 中，定义的规则只适用于单个命名空间，也就是和 namespace 关联的，而 ClusterRole 是集群范围内的，因此定义的规则不受命名空间的约束。另外 Role 和 ClusterRole 在Kubernetes 中都被定义为集群内部的 API 资源，和我们前面学习过的 Pod、Deployment 这些对象类似，都是我们集群的资源对象，所以同样的可以使用 YAML 文件来描述，用 kubectl 工具来管理
• Subject：主题，对应集群中尝试操作的对象，集群中定义了3种类型的主题资源：
  • User Account：用户，这是有外部独立服务进行管理的，管理员进行私钥的分配，用户可以使用 KeyStone 或者 Goolge 帐号，甚至一个用户名和密码的文件列表也可以。对于用户的管理集群内部没有一个关联的资源对象，所以用户不能通过集群内部的 API 来进行管理
  • Group：组，这是用来关联多个账户的，集群中有一些默认创建的组，比如 cluster-admin
  • Service Account：服务帐号，通过 Kubernetes API 来管理的一些用户帐号，和 namespace 进行关联的，适用于集群内部运行的应用程序，需要通过 API 来完成权限认证，所以在集群内部进行权限操作，我们都需要使用到 ServiceAccount
• RoleBinding 和 ClusterRoleBinding：角色绑定和集群角色绑定，简单来说就是把声明的 Subject 和我们的 Role 进行绑定的过程（给某个用户绑定上操作的权限），二者的区别也是作用范围的区别：RoleBinding 只会影响到当前 namespace 下面的资源操作权限，而 ClusterRoleBinding 会影响到所有的 namespace。

2.1 只能访问某个 namespace 的普通用户

我们想要创建一个 User Account，只能访问 kube-system 这个命名空间，对应的用户信息如下所示：

username: ms
group: msk8s

2.1.1 创建用户凭证

Kubernetes 没有 User Account 的 API 对象，利用管理员分配一个私钥的方式来创建，所以使用 OpenSSL 证书来创建一个 User：

#给用户 ms 创建一个私钥，命名成 ms.key
[root@master ~]# cd /mnt/k8s/rabc
[root@master rabc]# openssl genrsa -out ms.key 2048     
Generating RSA private key, 2048 bit long modulus
...........+++
..............................................................................................................+++
e is 65537 (0x10001)

使用我们刚刚创建的私钥创建一个证书签名请求文件：ms.csr，要注意需要确保在-subj参数中指定用户名和组(CN表示用户名，O表示组)：

[root@master rabc]# openssl req -new -key ms.key -out ms.csr -subj "/CN=ms/O=msk8s"

然后找到我们的 Kubernetes 集群的 CA 证书，我们使用的是 kubeadm 安装的集群，CA 相关证书位于 /etc/kubernetes/pki/ 目录下面，如果你是二进制方式搭建的，你应该在最开始搭建集群的时候就已经指定好了 CA 的目录，我们会利用该目录下面的 ca.crt 和 ca.key两个文件来批准上面的证书请求。生成最终的证书文件，我们这里设置证书的有效期为 500 天：

[root@master rabc]# openssl x509 -req -in ms.csr -CA /etc/kubernetes/pki/ca.crt -CAkey /etc/kubernetes/pki/ca.key -CAcreateserial -out ms.crt -days 500     
Signature ok
subject=/CN=ms/O=msk8s
Getting CA Private Key

现在查看我们当前文件夹下面是否生成了一个证书文件：

[root@master rabc]# ls
ms.crt  ms.csr  ms.key

现在我们可以使用刚刚创建的证书文件和私钥文件在集群中创建新的凭证和上下文(Context):

[root@master rabc]# kubectl config set-credentials ms --client-certificate=ms.crt --client-key=ms.key             
User "ms" set.

我们可以看到一个用户 ms 创建了，然后为这个用户设置新的 Context，我们这里指定特定的一个 namespace：

[root@master rabc]#  kubectl config set-context ms-context --cluster=kubernetes --namespace=kube-system --user=ms
Context "ms-context" created.

到这里，我们的用户 ms 就已经创建成功了，现在我们使用当前的这个配置文件来操作 kubectl 命令的时候，应该会出现错误，因为我们还没有为该用户定义任何操作的权限呢：

[root@master rabc]# kubectl get pods --context=ms-context   
Error from server (Forbidden): pods is forbidden: User "ms" cannot list resource "pods" in API group "" in the namespace "kube-system"

2.1.2 创建角色

用户创建完成后，接下来就需要给该用户添加操作权限，我们来定义一个 YAML 文件，创建一个允许用户操作 Deployment、Pod、ReplicaSets 的角色，如下定义：(ms-role.yaml)

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:name: ms-rolenamespace: kube-system
rules:
- apiGroups: ["", "apps"]resources: ["deployments", "replicasets", "pods"]verbs: ["get", "list", "watch", "create", "update", "patch", "delete"] # 也可以使用['*']

其中 Pod 属于 core 这个 API Group，在 YAML 中用空字符就可以，而 Deployment 和 ReplicaSet 现在都属于 apps 这个 API Group（如果不知道则可以用 kubectl explain 命令查看），所以 rules 下面的 apiGroups 就综合了这几个资源的 API Group：[“”, “apps”]，其中verbs 就是我们上面提到的可以对这些资源对象执行的操作，我们这里需要所有的操作方法，所以我们也可以使用[‘*’]来代替。然后直接创建这个 Role：

[root@master rabc]#  kubectl create -f ms-role.yaml
role.rbac.authorization.k8s.io/ms-role created

注意这里我们没有使用上面的 ms-context 这个上下文，因此暂时还木有权限。

2.1.3 创建角色权限绑定

Role 创建完成了，但是很明显现在我们这个 Role 和我们的用户 ms 还没有任何关系，对吧？这里就需要创建一个 RoleBinding 对象，在 kube-system 这个命名空间下面将上面的 ms-role 角色和用户 ms 进行绑定：（ms-rolebinding.yaml）

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:name: ms-rolebindingnamespace: kube-system
subjects:
- kind: Username: msapiGroup: ""
roleRef:kind: Rolename: ms-roleapiGroup: rbac.authorization.k8s.io  # 留空字符串也可以，则使用当前的apiGroup

上面的 YAML 文件中我们看到了 subjects 字段，这里就是我们上面提到的用来尝试操作集群的对象，这里对应上面的 User 帐号 ms，使用kubectl 创建上面的资源对象：

[root@master rabc]# kubectl create -f ms-rolebinding.yaml   
rolebinding.rbac.authorization.k8s.io/ms-rolebinding created

2.1.4 测试

现在我们应该可以上面的 ms-context 上下文来操作集群了：

[root@master ~]# kubectl get pods --context=ms-context 
NAME                              READY   STATUS    RESTARTS          AGE
coredns-6d8c4cb4d-8tqtt           1/1     Running   395 (4m54s ago)   11d
coredns-6d8c4cb4d-vm7fx           1/1     Running   393 (4m54s ago)   11d
etcd-master                       1/1     Running   13 (4m59s ago)    11d
kube-apiserver-master             1/1     Running   14 (4m48s ago)    11d
kube-controller-manager-master    1/1     Running   10 (4m59s ago)    11d
kube-proxy-bdcdg                  1/1     Running   0                 2d6h
kube-proxy-pr7nr                  1/1     Running   4 (4m59s ago)     2d6h
kube-proxy-wgsrp                  1/1     Running   0                 2d6h
kube-scheduler-master             1/1     Running   12 (4m58s ago)    11d
metrics-server-75c5f8c9f7-c429g   1/1     Running   1 (2d6h ago)      2d18h
[root@master rabc]# kubectl --context=ms-context get rs,deploy     
NAME                                        DESIRED   CURRENT   READY   AGE
replicaset.apps/coredns-6d8c4cb4d           2         2         0       11d
replicaset.apps/metrics-server-75c5f8c9f7   1         1         1       2d18hNAME                             READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
deployment.apps/coredns          0/2     2            0           11d
deployment.apps/metrics-server   1/1     1            1           2d18h

我们可以看到我们使用 kubectl 的使用并没有指定 namespace，这是因为我们我们上面创建这个 Context 的时候就绑定在了 kube-system 这个命名空间下面，如果我们在后面加上一个-n default试看看呢？

[root@master rabc]# kubectl --context=ms-context get pods --namespace=default     
Error from server (Forbidden): pods is forbidden: User "ms" cannot list resource "pods" in API group "" in the namespace "default"

如果去获取其他的资源对象呢：

[root@master rabc]# kubectl --context=ms-context get svc     
Error from server (Forbidden): services is forbidden: User "ms" cannot list resource "services" in API group "" in the namespace "kube-system"

我们可以看到没有权限获取，因为我们并没有为当前操作用户指定其他对象资源的访问权限，是符合我们的预期的。这样我们就创建了一个只有单个命名空间访问权限的普通 User 。

2.2 只能访问某个 namespace 的 ServiceAccount

上面我们创建了一个只能访问某个命名空间下面的普通用户，我们前面也提到过 subjects 下面还有一种类型的主题资源：ServiceAccount，现在我们来创建一个集群内部的用户只能操作 kube-system 这个命名空间下面的 pods 和 deployments，首先来创建一个 ServiceAccount 对象：

[root@master ~]#  kubectl create sa ms-sa -n kube-system     
serviceaccount/ms-sa created

当然我们也可以定义成 YAML 文件的形式来创建：

apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:name: ms-sanamespace: kube-system

然后新建一个 Role 对象：(ms-sa-role.yaml)

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:name: ms-sa-rolenamespace: kube-system
rules:
- apiGroups: [""]resources: ["pods"]verbs: ["get", "watch", "list"]
- apiGroups: ["apps"]resources: ["deployments"]verbs: ["get", "list", "watch", "create", "update", "patch", "delete"]

可以看到我们这里定义的角色没有创建、删除、更新 Pod 的权限，待会我们可以重点测试一下，创建该 Role 对象：

[root@master ~]# kubectl create -f ms-sa-role.yaml   
role.rbac.authorization.k8s.io/ms-sa-role created

然后创建一个 RoleBinding 对象，将上面的 ms-sa 和角色 ms-sa-role 进行绑定：(ms-sa-rolebinding.yaml)

kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:name: ms-sa-rolebindingnamespace: kube-system
subjects:
- kind: ServiceAccountname: ms-sanamespace: kube-system
roleRef:kind: Rolename: ms-sa-roleapiGroup: rbac.authorization.k8s.io

添加这个资源对象：

[root@master ~]# kubectl create -f ms-sa-rolebinding.yaml
rolebinding.rbac.authorization.k8s.io/ms-sa-rolebinding created

可以在 Dashboard 中来验证我们的功能是否符合预期：

[root@master ~]# kubectl get secret -n kube-system |grep ms-sa   
ms-sa-token-w2wwq                                kubernetes.io/service-account-token   3      15m

[root@master ~]# kubectl get secret ms-sa-token-w2wwq -o jsonpath={.data.token} -n kube-system |base64 -d     
eyJhbGciOiJSUzI1NiIsImtpZCI6Ik5nUVQzNjhGS0R6MGlWLU82VnFraEdpRWtCajFnQ1hhVWdfc1Fmbjl3NlEifQ.eyJpc3MiOiJrdWJlcm5ldGVzL3NlcnZpY2VhY2NvdW50Iiwia3ViZXJuZXRlcy5pby9zZXJ2aWNlYWNjb3VudC9uYW1lc3BhY2UiOiJrdWJlLXN5c3RlbSIsImt1YmVybmV0ZXMuaW8vc2VydmljZWFjY291bnQvc2VjcmV0Lm5hbWUiOiJtcy1zYS10b2tlbi13Mnd3cSIsImt1YmVybmV0ZXMuaW8vc2VydmljZWFjY291bnQvc2VydmljZS1hY2NvdW50Lm5hbWUiOiJtcy1zYSIsImt1YmVybmV0ZXMuaW8vc2VydmljZWFjY291bnQvc2VydmljZS1hY2NvdW50LnVpZCI6IjIyZjNmM2FkLWViZWItNDRmNS04NGU4LTRjOGE4MWEzZGU1OCIsInN1YiI6InN5c3RlbTpzZXJ2aWNlYWNjb3VudDprdWJlLXN5c3RlbTptcy1zYSJ9.YCwhqXl19sr2fpMOpkwk8PFK4yf8OH_g2eNYvw4E5QrtcU9d2fRLvhu2OYOsjmjcJK7EKvQvcQ5EZRaRAOnulgbJhzT06LMIhpKGNFNQz2fmAkuSnJOjw7iqFKMtYVVJpsWSYz1VpEa0GW-XuyQM0TM9vCQQK7XksPCZK_NLgVCkY17TsK7bVAdvx0ansvIN3sV5FpwP3v5nguwsjXmsM1E1ZHupp7z453h2pA7xDdlceeh2FxCTvnZjt0ErEG0WjOv-33wFXdFhUYwihbmd50I26QdcWI2KKtJfcwPHYEB0bG9xSapV5z8eILnroLAK9FXmvEjsqf2b3VCf0zfgfQ

使用这里的 token 去 Dashboard 页面进行登录：

我们可以看到上面的提示信息说我们现在使用的这个 ServiceAccount 没有权限获取当前命名空间下面的资源对象，这是因为我们登录进来后默认跳转到 default 命名空间，我们切换到 kube-system 命名空间下面就可以了：

我们可以看到可以访问 pod 列表了，但是也会有一些其他额外的提示：events is forbidden: User “system:serviceaccount:kube-system:ms-sa” cannot list events in the namespace “kube-system”，这是因为当前登录用只被授权了访问 pod 和 deployment 的权限，同样的，访问下deployment看看可以了吗？

同样的，你可以根据自己的需求来对访问用户的权限进行限制，可以自己通过 Role 定义更加细粒度的权限，也可以使用系统内置的一些权限

2.3 可以全局访问的 ServiceAccount

刚刚我们创建的 ms-sa 这个 ServiceAccount 和一个 Role 角色进行绑定的，如果我们现在创建一个新的 ServiceAccount，需要他操作的权限作用于所有的 namespace，这个时候我们就需要使用到 ClusterRole 和 ClusterRoleBinding 这两种资源对象了。同样，首先新建一个 ServiceAcount 对象：(ms-sa2.yaml)

apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:name: ms-sa2namespace: kube-system

创建：

[root@master ~]#  kubectl create -f ms-sa2.yaml   
serviceaccount/ms-sa2 created

然后创建一个 ClusterRoleBinding 对象（ms-clusterolebinding.yaml）:

kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:name: ms-sa2-clusterrolebinding
subjects:
- kind: ServiceAccountname: ms-sa2namespace: kube-system
roleRef:kind: ClusterRolename: cluster-adminapiGroup: rbac.authorization.k8s.io

从上面我们可以看到我们没有为这个资源对象声明 namespace，因为这是一个 ClusterRoleBinding 资源对象，是作用于整个集群的，我们也没有单独新建一个 ClusterRole 对象，而是使用的 cluster-admin 这个对象，这是 Kubernetes 集群内置的 ClusterRole 对象，我们可以使用 kubectl get clusterrole 和 kubectl get clusterrolebinding 查看系统内置的一些集群角色和集群角色绑定，这里我们使用的 cluster-admin 这个集群角色是拥有最高权限的集群角色，所以一般需要谨慎使用该集群角色。

创建上面集群角色绑定资源对象，创建完成后同样使用 ServiceAccount 对应的 token 去登录 Dashboard 验证下：

[root@master ~]# kubectl create -f ms-clusterolebinding.yaml 
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/cnych-sa2-clusterrolebinding created
[root@master ~]# kubectl get secret -n kube-system |grep ms-sa2   
ms-sa2-token-7dhq8                               kubernetes.io/service-account-token   3      6m32s
[root@master ~]# kubectl get secret ms-sa2-token-7dhq8 -o jsonpath={.data.token} -n kube-system |base64 -d                     
eyJhbGciOiJSUzI1NiIsImtpZCI6Ik5nUVQzNjhGS0R6MGlWLU82VnFraEdpRWtCajFnQ1hhVWdfc1Fmbjl3NlEifQ.eyJpc3MiOiJrdWJlcm5ldGVzL3NlcnZpY2VhY2NvdW50Iiwia3ViZXJuZXRlcy5pby9zZXJ2aWNlYWNjb3VudC9uYW1lc3BhY2UiOiJrdWJlLXN5c3RlbSIsImt1YmVybmV0ZXMuaW8vc2VydmljZWFjY291bnQvc2VjcmV0Lm5hbWUiOiJtcy1zYTItdG9rZW4tN2RocTgiLCJrdWJlcm5ldGVzLmlvL3NlcnZpY2VhY2NvdW50L3NlcnZpY2UtYWNjb3VudC5uYW1lIjoibXMtc2EyIiwia3ViZXJuZXRlcy5pby9zZXJ2aWNlYWNjb3VudC9zZXJ2aWNlLWFjY291bnQudWlkIjoiMWIzOTE4NzUtNGZiNS00YTYyLWJiYjgtODhjNGQwOTdmMjhmIiwic3ViIjoic3lzdGVtOnNlcnZpY2VhY2NvdW50Omt1YmUtc3lzdGVtOm1zLXNhMiJ9.YQSh_h0mTVxOWB8Kwq_jeYDLtDijljWxE_jF9iZTgqHz6tgEuVd2ovmHxS-Ir3LZR6umrbipvLFGNT5MtP7reg4JqQ1UPiu8bWG_f8DOwoBTMKBA4qv8MEIfM4ks34l7Tfn6PcAvZGfGpn6XXK0y0KtyhpcsfLkoGEL28X1mgjKoaCfWjUsthidJ24KNz-Pf7Y-pyqR6yeVoMBg8y5NTb3HfpQLqtkzdW-8UeJB8p2_hYDGHEAk7kib-ivFDCD3alem_Cgx1oXTbj-hiGsOggKurNc8iq4PWrKV30ZJ0CbGuH29Xnh0rv41SNMi_gjyEcfdUaskyP1pUaIVAA35y5A

3. Security Context

我们有时候在运行一个容器的时候，可能需要使用 sysctl 命令来修改内核参数，比如 net、vm、kernel 等参数，但是 systcl 需要容器拥有超级权限，才可以使用，在 Docker 容器启动的时候我们可以加上 --privileged 参数来使用特权模式。那么在 Kubernetes 中应该如何来使用呢？

这个时候我们就需要使用到 Kubernetes 中的 Security Context，也就是常说的安全上下文，主要是来限制容器非法操作宿主节点的系统级别的内容，以免节点的系统或者节点上其他容器组受到影响。Kubernetes 提供了三种配置安全上下文级别的方法：

• Container-level Security Context：仅应用到指定的容器
• Pod-level Security Context：应用到 Pod 内所有容器以及 Volume
• Pod Security Policies（PSP）：应用到集群内部所有 Pod 以及 Volume

我们可以用如下几种方式来设置 Security Context：

• 访问权限控制：根据用户 ID（UID）和组 ID（GID）来限制对资源（比如：文件）的访问权限
• Security Enhanced Linux (SELinux)：为对象分配 SELinux 标签
• 以 privileged（特权）模式运行
• Linux Capabilities：给某个特定的进程超级权限，而不用给 root 用户所有的 privileged 权限
• AppArmor：使用程序文件来限制单个程序的权限
• Seccomp：过滤容器中进程的系统调用（system call）
• AllowPrivilegeEscalation（允许特权扩大）：此项配置是一个布尔值，定义了一个进程是否可以比其父进程获得更多的特权，直接效果是，容器的进程上是否被设置 no_new_privs 标记。当出现如下情况时，AllowPrivilegeEscalation 的值始终为 true：
  • 容器以 privileged 模式运行
  • 容器拥有 CAP_SYS_ADMIN 的 Linux Capability

3.1 为 Pod 设置 Security Context

我们只需要在 Pod 定义的资源清单文件中添加 securityContext 字段，就可以为 Pod 指定安全上下文相关的设定，通过该字段指定的内容将会对当前 Pod 中的所有容器生效。

security-context-pod.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: security-context-podnamespace: dev
spec:volumes:- name: sec-ctx-volemptyDir: {}securityContext:runAsUser: 1000runAsGroup: 3000fsGroup: 2000containers:- name: sec-ctx-demoimage: busyboxcommand: ["sh", "-c", "sleep 60m"]volumeMounts:- name: sec-ctx-volmountPath: /pod/demosecurityContext:allowPrivilegeEscalation: false

在当前资源清单文件中我们在 Pod 下面添加了 securityContext 字段，其中：

• runAsUser 字段指定了该 Pod 中所有容器的进程都以 UID 1000 的身份运行，runAsGroup 字段指定了该 Pod 中所有容器的进程都以 GID 3000 的身份运行
  • 如果省略该字段，容器进程的 GID 为 root(0)
  • 容器中创建的文件，其所有者为 userID 1000，groupID 3000
• fsGroup 字段指定了该 Pod 的 fsGroup 为 2000
  • 数据卷 （对应挂载点 /pod/demo 的数据卷为 sec-ctx-demo） 的所有者以及在该数据卷下创建的任何文件，其 GID 都为 2000

下表是我们常用的一些 securityContext 字段设置内容介绍：

直接创建上面的 Pod 对象：

[root@master ctx]# kubectl apply -f security-context-pod.yaml 
pod/security-context-pod created
[root@master ctx]# kubectl get pods
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS       AGE
nginx-679bdbcc5b-6hv5j   1/1     Running   1 (2d7h ago)   2d19h
security-context-pod     1/1     Running   0              27s

运行完成后，我们可以验证下容器中的进程运行的 ownership：

[root@master ctx]#  kubectl exec security-context-pod top     
kubectl exec [POD] [COMMAND] is DEPRECATED and will be removed in a future version. Use kubectl exec [POD] -- [COMMAND] instead.
Mem: 1585524K used, 277516K free, 12216K shrd, 2104K buff, 870696K cached
CPU:  0.0% usr  0.0% sys  0.0% nic  100% idle  0.0% io  0.0% irq  0.0% sirq
Load average: 0.00 0.01 0.05 1/420 12PID  PPID USER     STAT   VSZ %VSZ CPU %CPU COMMAND7     0 1000     R     1312  0.0   0  0.0 top1     0 1000     S     1300  0.0   1  0.0 sleep 60m
Mem: 1585632K used, 277408K free, 12220K shrd, 2104K buff, 870700K cached
CPU:  0.2% usr  0.5% sys  0.0% nic 99.2% idle  0.0% io  0.0% irq  0.0% sirq
Load average: 0.00 0.01 0.05 1/420 12

我们直接运行一个 top 进程，查看容器中的所有正在执行的进程，我们可以看到 USER ID 都为 1000（runAsUser 指定的），然后查看下挂载的数据卷的 ownership：

[root@master ctx]# kubectl exec security-context-pod -- ls -la /pod     
total 0
drwxr-xr-x    3 root     root            18 Aug 16 11:47 .
drwxr-xr-x    1 root     root            28 Aug 16 11:47 ..
drwxrwsrwx    2 root     2000             6 Aug 16 11:47 demo

因为上面我们指定了 fsGroup=2000，所以声明挂载的数据卷 /pod/demo 的 GID 也变成了 2000。直接调用容器中的 id 命令：

[root@master ctx]# kubectl exec security-context-pod -- id
uid=1000 gid=3000 groups=2000

我们可以看到 gid 为 3000，与 runAsGroup 字段所指定的一致，如果 runAsGroup 字段被省略，则 gid 取值为 0（即 root），此时容器中的进程将可以操作 root Group 的文件。

比如我们现在想要去删除容器中的 /tmp 目录就没有权限了，因为该目录的用户和组都是 root，而我们当前要去删除使用的进程的 ID 号就变成了 1000:3000，所以没有权限操作：

[root@master ctx]# kubectl exec security-context-pod -- ls -la /tmp     
total 0
drwxrwxrwt    2 root     root             6 Dec 29  2021 .
drwxr-xr-x    1 root     root            28 Aug 16 11:47 ..

[root@master ctx]# kubectl exec security-context-pod -- rm -rf /tmp     
rm: can't remove '/tmp': Permission denied
command terminated with exit code 1

3.2 为容器设置 Security Context

除了在 Pod 中可以设置安全上下文之外，我们还可以单独为某个容器设置安全上下文，同样也是通过 securityContext 字段设置，当该字段的配置与 Pod 级别的 securityContext 配置相冲突时，容器级别的配置将覆盖 Pod 级别的配置。容器级别的 securityContext 不影响 Pod 中的数据卷。如下资源清单所示：

security-context-container.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: security-context-containernamespace: dev
spec:securityContext:runAsUser: 1000containers:- name: sec-ctx-demoimage: busyboxcommand: [ "sh", "-c", "sleep 60m" ]securityContext:runAsUser: 2000allowPrivilegeEscalation: false

直接创建上面的 Pod 对象：

[root@master ctx]# kubectl apply -f security-context-container.yaml 
pod/security-context-container created

同样我们直接执行容器中的 top 命令：

[root@master ctx]# kubectl exec security-context-container top
kubectl exec [POD] [COMMAND] is DEPRECATED and will be removed in a future version. Use kubectl exec [POD] -- [COMMAND] instead.
Mem: 1533072K used, 329968K free, 12312K shrd, 2104K buff, 866108K cached
CPU:  0.0% usr  0.0% sys  0.0% nic  100% idle  0.0% io  0.0% irq  0.0% sirq
Load average: 0.00 0.04 0.05 1/421 13PID  PPID USER     STAT   VSZ %VSZ CPU %CPU COMMAND8     0 2000     R     1312  0.0   0  0.0 top1     0 2000     S     1300  0.0   0  0.0 sleep 60m

容器的进程以 UID 2000 的身份运行，该取值由 spec.containers[*].securityContext.runAsUser 容器组中的字段定义。Pod 中定义的 spec.securityContext.runAsUser 取值 1000 被覆盖。

3.3 设置 Linux Capabilities

要了解 Linux Capabilities，这就得从 Linux 的权限控制发展来说明。在 Linux 2.2 版本之前，当内核对进程进行权限验证的时候，Linux 将进程划分为两类：特权进程（UID=0，也就是超级用户）和非特权进程（UID!=0），特权进程拥有所有的内核权限，而非特权进程则根据进程凭证（effective UID, effective GID，supplementary group 等）进行权限检查。

比如我们以常用的 passwd 命令为例，修改用户密码需要具有 root 权限，而普通用户是没有这个权限的。但是实际上普通用户又可以修改自己的密码，这是怎么回事呢？在 Linux 的权限控制机制中，有一类比较特殊的权限设置，比如 SUID(Set User ID on execution)，允许用户以可执行文件的 owner 的权限来运行可执行文件。因为程序文件 /bin/passwd 被设置了 SUID 标识，所以普通用户在执行 passwd 命令时，进程是以 passwd 的所有者，也就是 root 用户的身份运行，从而就可以修改密码了。

但是使用 SUID 却带来了新的安全隐患，当我们运行设置了 SUID 的命令时，通常只是需要很小一部分的特权，但是 SUID 却给了它 root 具有的全部权限，一旦被设置了 SUID 的命令出现漏洞，是不是就很容易被利用了。

为此 Linux 引入了 Capabilities 机制来对 root 权限进行了更加细粒度的控制，实现按需进行授权，这样就大大减小了系统的安全隐患。

3.3.1 什么是 Capabilities

从内核 2.2 开始，Linux 将传统上与超级用户 root 关联的特权划分为不同的单元，称为 capabilites。Capabilites 每个单元都可以独立启用和禁用。这样当系统在作权限检查的时候就变成了：在执行特权操作时，如果进程的有效身份不是 root，就去检查是否具有该特权操作所对应的 capabilites，并以此决定是否可以进行该特权操作。比如如果我们要设置系统时间，就得具有 CAP_SYS_TIME 这个 capabilites。下面是从 capabilities man page 中摘取的 capabilites 列表：

3.3.2 如何使用 Capabilities

我们可以通过 getcap 和 setcap 两条命令来分别查看和设置程序文件的 capabilities 属性。比如当前我们是root 这个用户，使用 getcap 命令查看 ping 命令目前具有的 capabilities：

[root@master ~]# useradd mssc
[root@master ~]# passwd mssc
更改用户 mssc 的密码 。
新的 密码：
重新输入新的 密码：
passwd：所有的身份验证令牌已经成功更新。
[root@master ~]# su - mssc
[mssc@master ~]$ ll /bin/ping
-rwxr-xr-x. 1 root root 66176 8月   4 2017 /bin/ping
[mssc@master ~]$ getcap /bin/ping
/bin/ping = cap_net_admin,cap_net_raw+p

我们可以看到具有 cap_net_admin 这个属性，所以我们现在可以执行 ping 命令：

[mssc@master ~]$ ping www.baidu.com
PING www.wshifen.com (183.232.231.173) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 183.232.231.173 (183.232.231.173): icmp_seq=1 ttl=128 time=42.3 ms

但是如果我们把命令的 capabilities 属性移除掉：

[root@master ~]#  cd /etc
[root@master etc]# ls
[root@master etc]# chmod 777 sudoers
[root@master etc]# vim sudoers
mssc    ALL=(ALL)       ALL
[root@master etc]# chmod 440 sudoers
# -是移除
[mssc@master ~]$ sudo setcap cap_net_admin,cap_net_raw-p /bin/ping
[sudo] mssc 的密码：
[mssc@master ~]$ getcap /bin/ping
/bin/ping =
[mssc@master ~]$ ping www.baidu.com
ping: socket: 不允许的操作

因为 ping 命令在执行时需要访问网络，所需的 capabilities 为 cap_net_admin 和 cap_net_raw，所以我们可以通过 setcap 命令可来添加它们：

[mssc@master ~]$ sudo setcap cap_net_admin,cap_net_raw+p /bin/ping
[mssc@master ~]$ getcap /bin/ping
/bin/ping = cap_net_admin,cap_net_raw+p
[mssc@master ~]$ ping www.baidu.com
PING www.wshifen.com (183.232.231.172) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 183.232.231.172 (183.232.231.172): icmp_seq=1 ttl=128 time=40.8 ms
64 bytes from 183.232.231.172 (183.232.231.172): icmp_seq=2 ttl=128 time=40.8 ms

命令中的 p 表示 Permitted 集合，+ 号表示把指定的capabilities 添加到这些集合中，- 号表示从集合中移除。

对于可执行文件的属性中有三个集合来保存三类 capabilities，它们分别是：

• Permitted：在进程执行时，Permitted 集合中的 capabilites 自动被加入到进程的 Permitted 集合中。
• Inheritable：Inheritable 集合中的 capabilites 会与进程的 Inheritable 集合执行与操作，以确定进程在执行 execve 函数后哪些 capabilites 被继承。
• Effective：Effective 只是一个 bit。如果设置为开启，那么在执行 execve 函数后，Permitted 集合中新增的 capabilities 会自动出现在进程的 Effective 集合中。

对于进程中有五种 capabilities 集合类型，相比文件的 capabilites，进程的 capabilities 多了两个集合，分别是 Bounding 和 Ambient。

我们可以通过下面的命名来查看当前进程的 capabilities 信息：

# 用ps -ef 查看所有进程 随便选一个pip即可
[mssc@master ~]$ cat /proc/51771/status | grep 'Cap'    
CapInh: 0000000000000000
CapPrm: 0000000000000000
CapEff: 0000000000000000
CapBnd: 0000001fffffffff
CapAmb: 0000000000000000

然后我们可以使用 capsh 命令把它们转义为可读的格式，这样基本可以看出进程具有的 capabilities 了：

[mssc@master ~]$  capsh --decode=0000001fffffffff
0x0000001fffffffff=cap_chown,cap_dac_override,cap_dac_read_search,cap_fowner,cap_fsetid,cap_kill,cap_setgid,cap_setuid,cap_setpcap,cap_linux_immutable,cap_net_bind_service,cap_net_broadcast,cap_net_admin,cap_net_raw,cap_ipc_lock,cap_ipc_owner,cap_sys_module,cap_sys_rawio,cap_sys_chroot,cap_sys_ptrace,cap_sys_pacct,cap_sys_admin,cap_sys_boot,cap_sys_nice,cap_sys_resource,cap_sys_time,cap_sys_tty_config,cap_mknod,cap_lease,cap_audit_write,cap_audit_control,cap_setfcap,cap_mac_override,cap_mac_admin,cap_syslog,35,36

3.3.3 Docker Container Capabilities

Docker 容器本质上就是一个进程，所以理论上容器就会和进程一样会有一些默认的开放权限，默认情况下 Docker 会删除必须的 capabilities 之外的所有 capabilities，因为在容器中我们经常会以 root 用户来运行，使用 capabilities 后，容器中的使用的 root 用户权限就比我们平时在宿主机上使用的 root 用户权限要少很多了，这样即使出现了安全漏洞，也很难破坏或者获取宿主机的 root 权限，所以 Docker 支持 Capabilities 对于容器的安全性来说是非常有必要的。

不过我们在运行容器的时候可以通过指定 --privileded 参数来开启容器的超级权限，这个参数一定要慎用，因为他会获取系统 root 用户所有能力赋值给容器，并且会扫描宿主机的所有设备文件挂载到容器内部，所以是非常危险的操作。

但是如果你确实需要一些特殊的权限，我们可以通过 --cap-add 和 --cap-drop 这两个参数来动态调整，可以最大限度地保证容器的使用安全。下面表格中列出的 Capabilities 是 Docker 默认给容器添加的，我们可以通过 --cap-drop 去除其中一个或者多个：

下面表格中列出的 Capabilities 是 Docker 默认删除的，我们可以通过--cap-add添加其中一个或者多个：

--cap-add和--cap-drop 这两参数都支持ALL值，比如如果你想让某个容器拥有除了MKNOD之外的所有内核权限，那么可以执行下面的命令： $ sudo docker run --cap-add=ALL --cap-drop=MKNOD ...

比如现在我们需要修改网络接口数据，默认情况下是没有权限的，因为需要的 NET_ADMIN 这个 Capabilities 默认被移除了：

[root@master ctx]# docker run -it --rm busybox /bin/sh
/ # ip link add dummy0 type dummy
ip: RTNETLINK answers: Operation not permitted

所以在不使用 --privileged 的情况下（不建议）我们可以使用 --cap-add=NET_ADMIN 将这个 Capabilities 添加回来：

[root@master ctx]# docker run -it --rm --cap-add=NET_ADMIN busybox /bin/sh
/ # ip link add dummy0 type dummy
#创建网卡后，就可以本地 ping 通了。
/ # ip addr add 169.254.20.10 dev dummy0
/ # ping 169.254.20.10
PING 169.254.20.10 (169.254.20.10): 56 data bytes
64 bytes from 169.254.20.10: seq=0 ttl=64 time=0.042 ms
64 bytes from 169.254.20.10: seq=1 ttl=64 time=0.032 ms
/ # ip link delete dummy0

3.4 Kubernetes 配置 Capabilities

上面我介绍了在 Docker 容器下如何来配置 Capabilities，在 Kubernetes 中也可以很方便的来定义，我们只需要添加到 Pod 定义的 spec.containers.sercurityContext.capabilities中即可，也可以进行 add 和 drop 配置，同样上面的示例，我们要给 busybox 容器添加 NET_ADMIN 这个 Capabilities，对应的 YAML 文件可以这样定义：(cpb-demo.yaml)

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: cpb-demo
spec:containers:- name: cpbimage: busyboxargs:- sleep- "3600"securityContext:capabilities:add: # 添加- NET_ADMINdrop:  # 删除- KILL

我们在 securityContext 下面添加了 capabilities 字段，其中添加了 NET_ADMIN 并且删除了 KILL 这个默认的容器 Capabilities，这样我们就可以在 Pod 中修改网络接口数据了：

[root@master ctx]# kubectl apply -f cpb-demo.yaml
pod/cpb-demo created
[root@master ctx]# kubectl get pods
NAME                         READY   STATUS    RESTARTS       AGE
cpb-demo                     1/1     Running   0              19s
nginx-679bdbcc5b-6hv5j       1/1     Running   1 (2d8h ago)   2d20h
security-context-container   1/1     Running   0              48m
security-context-pod         1/1     Running   0              54m
[root@master ctx]# kubectl exec -it cpb-demo -- /bin/sh
/ # ip link add dummy0 type dummy
/ # ip link delete dummy0

在 Kubernetes 中通过 sercurityContext.capabilities 进行配置容器的 Capabilities，当然最终还是通过 Docker 的 libcontainer 去借助 Linux kernel capabilities 实现的权限管理。

• sleep
  - “3600”
  securityContext:
  capabilities:
  add: # 添加
  • NET_ADMIN
    drop: # 删除
  • KILL

我们在 `securityContext` 下面添加了 `capabilities` 字段，其中添加了 `NET_ADMIN` 并且删除了 `KILL` 这个默认的容器 `Capabilities`，这样我们就可以在 Pod 中修改网络接口数据了：~~~shell
[root@master ctx]# kubectl apply -f cpb-demo.yaml
pod/cpb-demo created
[root@master ctx]# kubectl get pods
NAME                         READY   STATUS    RESTARTS       AGE
cpb-demo                     1/1     Running   0              19s
nginx-679bdbcc5b-6hv5j       1/1     Running   1 (2d8h ago)   2d20h
security-context-container   1/1     Running   0              48m
security-context-pod         1/1     Running   0              54m
[root@master ctx]# kubectl exec -it cpb-demo -- /bin/sh
/ # ip link add dummy0 type dummy
/ # ip link delete dummy0

在 Kubernetes 中通过 sercurityContext.capabilities 进行配置容器的 Capabilities，当然最终还是通过 Docker 的 libcontainer 去借助 Linux kernel capabilities 实现的权限管理。