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title: 08 数据存储
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date: 2022-10-22 20:59:07
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tags:
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- kubernetes
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categories:
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- kubernetes
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# 第八章 数据存储
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在前面已经提到，容器的生命周期可能很短，会被频繁地创建和销毁。那么容器在销毁时，保存在容器中的数据也会被清除。这种结果对用户来说，在某些情况下是不乐意看到的。为了持久化保存容器的数据，kubernetes引入了Volume的概念。
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Volume是Pod中能够被多个容器访问的共享目录，它被定义在Pod上，然后被一个Pod里的多个容器挂载到具体的文件目录下，kubernetes通过Volume实现同一个Pod中不同容器之间的数据共享以及数据的持久化存储。Volume的生命容器不与Pod中单个容器的生命周期相关，当容器终止或者重启时，Volume中的数据也不会丢失。
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kubernetes的Volume支持多种类型，比较常见的有下面几个：
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- 简单存储：EmptyDir、HostPath、NFS
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- 高级存储：PV、PVC
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- 配置存储：ConfigMap、Secret
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## 基本存储
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### EmptyDir
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EmptyDir是最基础的Volume类型，一个EmptyDir就是Host上的一个空目录。
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EmptyDir是在Pod被分配到Node时创建的，它的初始内容为空，并且无须指定宿主机上对应的目录文件，因为kubernetes会自动分配一个目录，当Pod销毁时， EmptyDir中的数据也会被永久删除。 EmptyDir用途如下：
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- 临时空间，例如用于某些应用程序运行时所需的临时目录，且无须永久保留
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- 一个容器需要从另一个容器中获取数据的目录（多容器共享目录）
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接下来，通过一个容器之间文件共享的案例来使用一下EmptyDir。
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在一个Pod中准备两个容器nginx和busybox，然后声明一个Volume分别挂在到两个容器的目录中，然后nginx容器负责向Volume中写日志，busybox中通过命令将日志内容读到控制台。
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创建一个volume-emptydir.yaml
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~~~yaml
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apiVersion: v1
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kind: Pod
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metadata:
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name: volume-emptydir
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namespace: dev
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spec:
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containers:
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- name: nginx
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image: nginx:1.14-alpine
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ports:
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- containerPort: 80
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volumeMounts: # 将logs-volume挂在到nginx容器中，对应的目录为 /var/log/nginx
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- name: logs-volume
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mountPath: /var/log/nginx
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- name: busybox
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image: busybox:1.30
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command: ["/bin/sh","-c","tail -f /logs/access.log"] # 初始命令，动态读取指定文件中内容
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volumeMounts: # 将logs-volume 挂在到busybox容器中，对应的目录为 /logs
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- name: logs-volume
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mountPath: /logs
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volumes: # 声明volume， name为logs-volume，类型为emptyDir
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- name: logs-volume
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emptyDir: {}
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~~~
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~~~powershell
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# 创建Pod
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[root@master ~]# kubectl create -f volume-emptydir.yaml
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pod/volume-emptydir created
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# 查看pod
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[root@master ~]# kubectl get pods volume-emptydir -n dev -o wide
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NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE ......
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volume-emptydir 2/2 Running 0 97s 10.244.1.100 node1 ......
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# 通过podIp访问nginx
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[root@master ~]# curl 10.244.1.100
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......
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# 通过kubectl logs命令查看指定容器的标准输出
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[root@master ~]# kubectl logs -f volume-emptydir -n dev -c busybox
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10.244.0.0 - - [13/Apr/2020:10:58:47 +0000] "GET / HTTP/1.1" 200 612 "-" "curl/7.29.0" "-"
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~~~
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### HostPath
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上节课提到，EmptyDir中数据不会被持久化，它会随着Pod的结束而销毁，如果想简单的将数据持久化到主机中，可以选择HostPath。
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HostPath就是将Node主机中一个实际目录挂在到Pod中，以供容器使用，这样的设计就可以保证Pod销毁了，但是数据依据可以存在于Node主机上。
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创建一个volume-hostpath.yaml：
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~~~yaml
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apiVersion: v1
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kind: Pod
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metadata:
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name: volume-hostpath
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||
namespace: dev
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spec:
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containers:
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||
- name: nginx
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image: nginx:1.17.1
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ports:
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- containerPort: 80
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volumeMounts:
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- name: logs-volume
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mountPath: /var/log/nginx
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||
- name: busybox
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image: busybox:1.30
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command: ["/bin/sh","-c","tail -f /logs/access.log"]
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volumeMounts:
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- name: logs-volume
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mountPath: /logs
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volumes:
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- name: logs-volume
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hostPath:
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path: /root/logs
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type: DirectoryOrCreate # 目录存在就使用，不存在就先创建后使用
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~~~
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~~~markdown
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关于type的值的一点说明：
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DirectoryOrCreate 目录存在就使用，不存在就先创建后使用
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Directory 目录必须存在
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FileOrCreate 文件存在就使用，不存在就先创建后使用
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File 文件必须存在
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Socket unix套接字必须存在
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CharDevice 字符设备必须存在
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BlockDevice 块设备必须存在
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~~~
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~~~powershell
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# 创建Pod
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[root@master ~]# kubectl create -f volume-hostpath.yaml
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pod/volume-hostpath created
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# 查看Pod
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[root@master ~]# kubectl get pods volume-hostpath -n dev -o wide
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NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE ......
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pod-volume-hostpath 2/2 Running 0 16s 10.244.1.104 node1 ......
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#访问nginx
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[root@master ~]# curl 10.244.1.104
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# 接下来就可以去host的/root/logs目录下查看存储的文件了
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### 注意: 下面的操作需要到Pod所在的节点运行（案例中是node1）
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[root@node1 ~]# ls /root/logs/
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access.log error.log
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# 同样的道理，如果在此目录下创建一个文件，到容器中也是可以看到的
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~~~
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### NFS
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HostPath可以解决数据持久化的问题，但是一旦Node节点故障了，Pod如果转移到了别的节点，又会出现问题了，此时需要准备单独的网络存储系统，比较常用的用NFS、CIFS。
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NFS是一个网络文件存储系统，可以搭建一台NFS服务器，然后将Pod中的存储直接连接到NFS系统上，这样的话，无论Pod在节点上怎么转移，只要Node跟NFS的对接没问题，数据就可以成功访问。
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1）首先要准备nfs的服务器，这里为了简单，直接是master节点做nfs服务器
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~~~powershell
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# 在master上安装nfs服务
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[root@master ~]# yum install nfs-utils -y
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# 准备一个共享目录
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[root@master ~]# mkdir /root/data/nfs -pv
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# 将共享目录以读写权限暴露给192.168.109.0/24网段中的所有主机
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[root@master ~]# vim /etc/exports
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[root@master ~]# more /etc/exports
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/root/data/nfs 192.168.109.0/24(rw,no_root_squash)
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# 启动nfs服务
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[root@master ~]# systemctl start nfs
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~~~
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2）接下来，要在的每个node节点上都安装下nfs，这样的目的是为了node节点可以驱动nfs设备
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~~~powershell
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# 在node上安装nfs服务，注意不需要启动
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[root@master ~]# yum install nfs-utils -y
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~~~
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3）接下来，就可以编写pod的配置文件了，创建volume-nfs.yaml
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~~~yaml
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apiVersion: v1
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kind: Pod
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metadata:
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name: volume-nfs
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namespace: dev
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spec:
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containers:
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- name: nginx
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image: nginx:1.17.1
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ports:
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- containerPort: 80
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volumeMounts:
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- name: logs-volume
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mountPath: /var/log/nginx
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- name: busybox
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image: busybox:1.30
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command: ["/bin/sh","-c","tail -f /logs/access.log"]
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volumeMounts:
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- name: logs-volume
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mountPath: /logs
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volumes:
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- name: logs-volume
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nfs:
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server: 192.168.109.100 #nfs服务器地址
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path: /root/data/nfs #共享文件路径
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~~~
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4）最后，运行下pod，观察结果
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~~~powershell
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# 创建pod
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[root@master ~]# kubectl create -f volume-nfs.yaml
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pod/volume-nfs created
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# 查看pod
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[root@master ~]# kubectl get pods volume-nfs -n dev
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NAME READY STATUS RESTARTS AGE
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volume-nfs 2/2 Running 0 2m9s
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# 查看nfs服务器上的共享目录，发现已经有文件了
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[root@master ~]# ls /root/data/
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access.log error.log
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~~~
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##高级存储
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### PV和PVC
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前面已经学习了使用NFS提供存储，此时就要求用户会搭建NFS系统，并且会在yaml配置nfs。由于kubernetes支持的存储系统有很多，要求客户全都掌握，显然不现实。为了能够屏蔽底层存储实现的细节，方便用户使用， kubernetes引入PV和PVC两种资源对象。
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PV（Persistent Volume）是持久化卷的意思，是对底层的共享存储的一种抽象。一般情况下PV由kubernetes管理员进行创建和配置，它与底层具体的共享存储技术有关，并通过插件完成与共享存储的对接。
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PVC（Persistent Volume Claim）是持久卷声明的意思，是用户对于存储需求的一种声明。换句话说，PVC其实就是用户向kubernetes系统发出的一种资源需求申请。
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使用了PV和PVC之后，工作可以得到进一步的细分：
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- 存储：存储工程师维护
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- PV： kubernetes管理员维护
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- PVC：kubernetes用户维护
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### PV
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PV是存储资源的抽象，下面是资源清单文件:
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~~~yaml
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apiVersion: v1
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kind: PersistentVolume
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metadata:
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name: pv2
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spec:
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nfs: # 存储类型，与底层真正存储对应
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capacity: # 存储能力，目前只支持存储空间的设置
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storage: 2Gi
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accessModes: # 访问模式
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storageClassName: # 存储类别
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persistentVolumeReclaimPolicy: # 回收策略
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~~~
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PV 的关键配置参数说明：
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- **存储类型**
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底层实际存储的类型，kubernetes支持多种存储类型，每种存储类型的配置都有所差异
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- **存储能力（capacity）**
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目前只支持存储空间的设置( storage=1Gi )，不过未来可能会加入IOPS、吞吐量等指标的配置
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- **访问模式（accessModes）**
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用于描述用户应用对存储资源的访问权限，访问权限包括下面几种方式：
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- ReadWriteOnce（RWO）：读写权限，但是只能被单个节点挂载
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- ReadOnlyMany（ROX）： 只读权限，可以被多个节点挂载
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- ReadWriteMany（RWX）：读写权限，可以被多个节点挂载
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||
`需要注意的是，底层不同的存储类型可能支持的访问模式不同`
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- **回收策略（persistentVolumeReclaimPolicy）**
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当PV不再被使用了之后，对其的处理方式。目前支持三种策略：
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- Retain （保留） 保留数据，需要管理员手工清理数据
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- Recycle（回收） 清除 PV 中的数据，效果相当于执行 rm -rf /thevolume/*
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- Delete （删除） 与 PV 相连的后端存储完成 volume 的删除操作，当然这常见于云服务商的存储服务
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`需要注意的是，底层不同的存储类型可能支持的回收策略不同`
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- **存储类别**
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PV可以通过storageClassName参数指定一个存储类别
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- 具有特定类别的PV只能与请求了该类别的PVC进行绑定
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- 未设定类别的PV则只能与不请求任何类别的PVC进行绑定
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- **状态（status）**
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一个 PV 的生命周期中，可能会处于4中不同的阶段：
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- Available（可用）： 表示可用状态，还未被任何 PVC 绑定
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- Bound（已绑定）： 表示 PV 已经被 PVC 绑定
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- Released（已释放）： 表示 PVC 被删除，但是资源还未被集群重新声明
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- Failed（失败）： 表示该 PV 的自动回收失败
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**实验**
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使用NFS作为存储，来演示PV的使用，创建3个PV，对应NFS中的3个暴露的路径。
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1) 准备NFS环境
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~~~powershell
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# 创建目录
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[root@master ~]# mkdir /root/data/{pv1,pv2,pv3} -pv
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||
# 暴露服务
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[root@master ~]# more /etc/exports
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/root/data/pv1 192.168.109.0/24(rw,no_root_squash)
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/root/data/pv2 192.168.109.0/24(rw,no_root_squash)
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||
/root/data/pv3 192.168.109.0/24(rw,no_root_squash)
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||
# 重启服务
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[root@master ~]# systemctl restart nfs
|
||
~~~
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||
2) 创建pv.yaml
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~~~yaml
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apiVersion: v1
|
||
kind: PersistentVolume
|
||
metadata:
|
||
name: pv1
|
||
spec:
|
||
capacity:
|
||
storage: 1Gi
|
||
accessModes:
|
||
- ReadWriteMany
|
||
persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
|
||
nfs:
|
||
path: /root/data/pv1
|
||
server: 192.168.109.100
|
||
|
||
---
|
||
|
||
apiVersion: v1
|
||
kind: PersistentVolume
|
||
metadata:
|
||
name: pv2
|
||
spec:
|
||
capacity:
|
||
storage: 2Gi
|
||
accessModes:
|
||
- ReadWriteMany
|
||
persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
|
||
nfs:
|
||
path: /root/data/pv2
|
||
server: 192.168.109.100
|
||
|
||
---
|
||
|
||
apiVersion: v1
|
||
kind: PersistentVolume
|
||
metadata:
|
||
name: pv3
|
||
spec:
|
||
capacity:
|
||
storage: 3Gi
|
||
accessModes:
|
||
- ReadWriteMany
|
||
persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
|
||
nfs:
|
||
path: /root/data/pv3
|
||
server: 192.168.109.100
|
||
~~~
|
||
|
||
~~~powershell
|
||
# 创建 pv
|
||
[root@master ~]# kubectl create -f pv.yaml
|
||
persistentvolume/pv1 created
|
||
persistentvolume/pv2 created
|
||
persistentvolume/pv3 created
|
||
|
||
# 查看pv
|
||
[root@master ~]# kubectl get pv -o wide
|
||
NAME CAPACITY ACCESS MODES RECLAIM POLICY STATUS AGE VOLUMEMODE
|
||
pv1 1Gi RWX Retain Available 10s Filesystem
|
||
pv2 2Gi RWX Retain Available 10s Filesystem
|
||
pv3 3Gi RWX Retain Available 9s Filesystem
|
||
~~~
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||
|
||
### PVC
|
||
|
||
PVC是资源的申请，用来声明对存储空间、访问模式、存储类别需求信息。下面是资源清单文件:
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||
|
||
~~~yaml
|
||
apiVersion: v1
|
||
kind: PersistentVolumeClaim
|
||
metadata:
|
||
name: pvc
|
||
namespace: dev
|
||
spec:
|
||
accessModes: # 访问模式
|
||
selector: # 采用标签对PV选择
|
||
storageClassName: # 存储类别
|
||
resources: # 请求空间
|
||
requests:
|
||
storage: 5Gi
|
||
~~~
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||
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||
PVC 的关键配置参数说明：
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|
||
- **访问模式（accessModes）**
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||
|
||
用于描述用户应用对存储资源的访问权限
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||
|
||
- **选择条件（selector）**
|
||
|
||
通过Label Selector的设置，可使PVC对于系统中己存在的PV进行筛选
|
||
|
||
- **存储类别（storageClassName）**
|
||
|
||
PVC在定义时可以设定需要的后端存储的类别，只有设置了该class的pv才能被系统选出
|
||
|
||
- **资源请求（Resources ）**
|
||
|
||
描述对存储资源的请求
|
||
|
||
**实验**
|
||
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||
1) 创建pvc.yaml，申请pv
|
||
|
||
~~~yaml
|
||
apiVersion: v1
|
||
kind: PersistentVolumeClaim
|
||
metadata:
|
||
name: pvc1
|
||
namespace: dev
|
||
spec:
|
||
accessModes:
|
||
- ReadWriteMany
|
||
resources:
|
||
requests:
|
||
storage: 1Gi
|
||
|
||
---
|
||
|
||
apiVersion: v1
|
||
kind: PersistentVolumeClaim
|
||
metadata:
|
||
name: pvc2
|
||
namespace: dev
|
||
spec:
|
||
accessModes:
|
||
- ReadWriteMany
|
||
resources:
|
||
requests:
|
||
storage: 1Gi
|
||
|
||
---
|
||
|
||
apiVersion: v1
|
||
kind: PersistentVolumeClaim
|
||
metadata:
|
||
name: pvc3
|
||
namespace: dev
|
||
spec:
|
||
accessModes:
|
||
- ReadWriteMany
|
||
resources:
|
||
requests:
|
||
storage: 1Gi
|
||
~~~
|
||
|
||
~~~powershell
|
||
# 创建pvc
|
||
[root@master ~]# kubectl create -f pvc.yaml
|
||
persistentvolumeclaim/pvc1 created
|
||
persistentvolumeclaim/pvc2 created
|
||
persistentvolumeclaim/pvc3 created
|
||
|
||
# 查看pvc
|
||
[root@master ~]# kubectl get pvc -n dev -o wide
|
||
NAME STATUS VOLUME CAPACITY ACCESS MODES STORAGECLASS AGE VOLUMEMODE
|
||
pvc1 Bound pv1 1Gi RWX 15s Filesystem
|
||
pvc2 Bound pv2 2Gi RWX 15s Filesystem
|
||
pvc3 Bound pv3 3Gi RWX 15s Filesystem
|
||
|
||
# 查看pv
|
||
[root@master ~]# kubectl get pv -o wide
|
||
NAME CAPACITY ACCESS MODES RECLAIM POLICY STATUS CLAIM AGE VOLUMEMODE
|
||
pv1 1Gi RWx Retain Bound dev/pvc1 3h37m Filesystem
|
||
pv2 2Gi RWX Retain Bound dev/pvc2 3h37m Filesystem
|
||
pv3 3Gi RWX Retain Bound dev/pvc3 3h37m Filesystem
|
||
~~~
|
||
|
||
2) 创建pods.yaml, 使用pv
|
||
|
||
~~~yaml
|
||
apiVersion: v1
|
||
kind: Pod
|
||
metadata:
|
||
name: pod1
|
||
namespace: dev
|
||
spec:
|
||
containers:
|
||
- name: busybox
|
||
image: busybox:1.30
|
||
command: ["/bin/sh","-c","while true;do echo pod1 >> /root/out.txt; sleep 10; done;"]
|
||
volumeMounts:
|
||
- name: volume
|
||
mountPath: /root/
|
||
volumes:
|
||
- name: volume
|
||
persistentVolumeClaim:
|
||
claimName: pvc1
|
||
readOnly: false
|
||
---
|
||
apiVersion: v1
|
||
kind: Pod
|
||
metadata:
|
||
name: pod2
|
||
namespace: dev
|
||
spec:
|
||
containers:
|
||
- name: busybox
|
||
image: busybox:1.30
|
||
command: ["/bin/sh","-c","while true;do echo pod2 >> /root/out.txt; sleep 10; done;"]
|
||
volumeMounts:
|
||
- name: volume
|
||
mountPath: /root/
|
||
volumes:
|
||
- name: volume
|
||
persistentVolumeClaim:
|
||
claimName: pvc2
|
||
readOnly: false
|
||
~~~
|
||
|
||
~~~powershell
|
||
# 创建pod
|
||
[root@master ~]# kubectl create -f pods.yaml
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||
pod/pod1 created
|
||
pod/pod2 created
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# 查看pod
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||
[root@master ~]# kubectl get pods -n dev -o wide
|
||
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE
|
||
pod1 1/1 Running 0 14s 10.244.1.69 node1
|
||
pod2 1/1 Running 0 14s 10.244.1.70 node1
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||
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||
# 查看pvc
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||
[root@master ~]# kubectl get pvc -n dev -o wide
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||
NAME STATUS VOLUME CAPACITY ACCESS MODES AGE VOLUMEMODE
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||
pvc1 Bound pv1 1Gi RWX 94m Filesystem
|
||
pvc2 Bound pv2 2Gi RWX 94m Filesystem
|
||
pvc3 Bound pv3 3Gi RWX 94m Filesystem
|
||
|
||
# 查看pv
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||
[root@master ~]# kubectl get pv -n dev -o wide
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||
NAME CAPACITY ACCESS MODES RECLAIM POLICY STATUS CLAIM AGE VOLUMEMODE
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||
pv1 1Gi RWX Retain Bound dev/pvc1 5h11m Filesystem
|
||
pv2 2Gi RWX Retain Bound dev/pvc2 5h11m Filesystem
|
||
pv3 3Gi RWX Retain Bound dev/pvc3 5h11m Filesystem
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||
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||
# 查看nfs中的文件存储
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||
[root@master ~]# more /root/data/pv1/out.txt
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node1
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node1
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[root@master ~]# more /root/data/pv2/out.txt
|
||
node2
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||
node2
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||
~~~
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||
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||
### 生命周期
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||
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||
PVC和PV是一一对应的，PV和PVC之间的相互作用遵循以下生命周期：
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||
- **资源供应**：管理员手动创建底层存储和PV
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||
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||
- **资源绑定**：用户创建PVC，kubernetes负责根据PVC的声明去寻找PV，并绑定
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||
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||
在用户定义好PVC之后，系统将根据PVC对存储资源的请求在已存在的PV中选择一个满足条件的
|
||
|
||
- 一旦找到，就将该PV与用户定义的PVC进行绑定，用户的应用就可以使用这个PVC了
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||
|
||
- 如果找不到，PVC则会无限期处于Pending状态，直到等到系统管理员创建了一个符合其要求的PV
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||
|
||
PV一旦绑定到某个PVC上，就会被这个PVC独占，不能再与其他PVC进行绑定了
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||
|
||
- **资源使用**：用户可在pod中像volume一样使用pvc
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||
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||
Pod使用Volume的定义，将PVC挂载到容器内的某个路径进行使用。
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||
- **资源释放**：用户删除pvc来释放pv
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||
当存储资源使用完毕后，用户可以删除PVC，与该PVC绑定的PV将会被标记为“已释放”，但还不能立刻与其他PVC进行绑定。通过之前PVC写入的数据可能还被留在存储设备上，只有在清除之后该PV才能再次使用。
|
||
|
||
- **资源回收**：kubernetes根据pv设置的回收策略进行资源的回收
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||
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||
对于PV，管理员可以设定回收策略，用于设置与之绑定的PVC释放资源之后如何处理遗留数据的问题。只有PV的存储空间完成回收，才能供新的PVC绑定和使用
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## 配置存储
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### ConfigMap
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||
ConfigMap是一种比较特殊的存储卷，它的主要作用是用来存储配置信息的。
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||
创建configmap.yaml，内容如下：
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||
|
||
~~~yaml
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||
apiVersion: v1
|
||
kind: ConfigMap
|
||
metadata:
|
||
name: configmap
|
||
namespace: dev
|
||
data:
|
||
info: |
|
||
username:admin
|
||
password:123456
|
||
~~~
|
||
|
||
接下来，使用此配置文件创建configmap
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||
|
||
~~~powershell
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||
# 创建configmap
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||
[root@master ~]# kubectl create -f configmap.yaml
|
||
configmap/configmap created
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||
|
||
# 查看configmap详情
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||
[root@master ~]# kubectl describe cm configmap -n dev
|
||
Name: configmap
|
||
Namespace: dev
|
||
Labels: <none>
|
||
Annotations: <none>
|
||
|
||
Data
|
||
====
|
||
info:
|
||
----
|
||
username:admin
|
||
password:123456
|
||
|
||
Events: <none>
|
||
~~~
|
||
|
||
接下来创建一个pod-configmap.yaml，将上面创建的configmap挂载进去
|
||
|
||
~~~yaml
|
||
apiVersion: v1
|
||
kind: Pod
|
||
metadata:
|
||
name: pod-configmap
|
||
namespace: dev
|
||
spec:
|
||
containers:
|
||
- name: nginx
|
||
image: nginx:1.17.1
|
||
volumeMounts: # 将configmap挂载到目录
|
||
- name: config
|
||
mountPath: /configmap/config
|
||
volumes: # 引用configmap
|
||
- name: config
|
||
configMap:
|
||
name: configmap
|
||
~~~
|
||
|
||
~~~powershell
|
||
# 创建pod
|
||
[root@master ~]# kubectl create -f pod-configmap.yaml
|
||
pod/pod-configmap created
|
||
|
||
# 查看pod
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||
[root@master ~]# kubectl get pod pod-configmap -n dev
|
||
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
|
||
pod-configmap 1/1 Running 0 6s
|
||
|
||
#进入容器
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||
[root@master ~]# kubectl exec -it pod-configmap -n dev /bin/sh
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||
# cd /configmap/config/
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||
# ls
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||
info
|
||
# more info
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||
username:admin
|
||
password:123456
|
||
|
||
# 可以看到映射已经成功，每个configmap都映射成了一个目录
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||
# key--->文件 value---->文件中的内容
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||
# 此时如果更新configmap的内容, 容器中的值也会动态更新
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~~~
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||
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||
### Secret
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||
在kubernetes中，还存在一种和ConfigMap非常类似的对象，称为Secret对象。它主要用于存储敏感信息，例如密码、秘钥、证书等等。
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1) 首先使用base64对数据进行编码
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||
~~~yaml
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[root@master ~]# echo -n 'admin' | base64 #准备username
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||
YWRtaW4=
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||
[root@master ~]# echo -n '123456' | base64 #准备password
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||
MTIzNDU2
|
||
~~~
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||
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||
2) 接下来编写secret.yaml，并创建Secret
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||
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||
~~~yaml
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||
apiVersion: v1
|
||
kind: Secret
|
||
metadata:
|
||
name: secret
|
||
namespace: dev
|
||
type: Opaque
|
||
data:
|
||
username: YWRtaW4=
|
||
password: MTIzNDU2
|
||
~~~
|
||
|
||
~~~powershell
|
||
# 创建secret
|
||
[root@master ~]# kubectl create -f secret.yaml
|
||
secret/secret created
|
||
|
||
# 查看secret详情
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||
[root@master ~]# kubectl describe secret secret -n dev
|
||
Name: secret
|
||
Namespace: dev
|
||
Labels: <none>
|
||
Annotations: <none>
|
||
Type: Opaque
|
||
Data
|
||
====
|
||
password: 6 bytes
|
||
username: 5 bytes
|
||
~~~
|
||
|
||
3) 创建pod-secret.yaml，将上面创建的secret挂载进去：
|
||
|
||
~~~yaml
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||
apiVersion: v1
|
||
kind: Pod
|
||
metadata:
|
||
name: pod-secret
|
||
namespace: dev
|
||
spec:
|
||
containers:
|
||
- name: nginx
|
||
image: nginx:1.17.1
|
||
volumeMounts: # 将secret挂载到目录
|
||
- name: config
|
||
mountPath: /secret/config
|
||
volumes:
|
||
- name: config
|
||
secret:
|
||
secretName: secret
|
||
~~~
|
||
|
||
~~~powershell
|
||
# 创建pod
|
||
[root@master ~]# kubectl create -f pod-secret.yaml
|
||
pod/pod-secret created
|
||
|
||
# 查看pod
|
||
[root@master ~]# kubectl get pod pod-secret -n dev
|
||
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
|
||
pod-secret 1/1 Running 0 2m28s
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||
|
||
# 进入容器，查看secret信息，发现已经自动解码了
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||
[root@master ~]# kubectl exec -it pod-secret /bin/sh -n dev
|
||
/ # ls /secret/config/
|
||
password username
|
||
/ # more /secret/config/username
|
||
admin
|
||
/ # more /secret/config/password
|
||
123456
|
||
~~~
|
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|
||
至此，已经实现了利用secret实现了信息的编码。
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||
# 第九章 安全认证
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本章节主要介绍Kubernetes的安全认证机制。
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## 访问控制概述
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Kubernetes作为一个分布式集群的管理工具，保证集群的安全性是其一个重要的任务。所谓的安全性其实就是保证对Kubernetes的各种**客户端**进行**认证和鉴权**操作。
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**客户端**
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在Kubernetes集群中，客户端通常有两类：
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- **User Account**：一般是独立于kubernetes之外的其他服务管理的用户账号。
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||
- **Service Account**：kubernetes管理的账号，用于为Pod中的服务进程在访问Kubernetes时提供身份标识。
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||
**认证、授权与准入控制**
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||
ApiServer是访问及管理资源对象的唯一入口。任何一个请求访问ApiServer，都要经过下面三个流程：
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- Authentication（认证）：身份鉴别，只有正确的账号才能够通过认证
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||
- Authorization（授权）： 判断用户是否有权限对访问的资源执行特定的动作
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||
- Admission Control（准入控制）：用于补充授权机制以实现更加精细的访问控制功能。
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||
## 认证管理
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Kubernetes集群安全的最关键点在于如何识别并认证客户端身份，它提供了3种客户端身份认证方式：
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- HTTP Base认证：通过用户名+密码的方式认证
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~~~markdown
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||
这种认证方式是把“用户名:密码”用BASE64算法进行编码后的字符串放在HTTP请求中的Header Authorization域里发送给服务端。服务端收到后进行解码，获取用户名及密码，然后进行用户身份认证的过程。
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~~~
|
||
|
||
- HTTP Token认证：通过一个Token来识别合法用户
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||
~~~markdown
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||
这种认证方式是用一个很长的难以被模仿的字符串--Token来表明客户身份的一种方式。每个Token对应一个用户名，当客户端发起API调用请求时，需要在HTTP Header里放入Token，API Server接到Token后会跟服务器中保存的token进行比对，然后进行用户身份认证的过程。
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||
~~~
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|
||
- HTTPS证书认证：基于CA根证书签名的双向数字证书认证方式
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~~~markdown
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||
这种认证方式是安全性最高的一种方式，但是同时也是操作起来最麻烦的一种方式。
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~~~
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||
**HTTPS认证大体分为3个过程：**
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1. 证书申请和下发
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~~~markdown
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HTTPS通信双方的服务器向CA机构申请证书，CA机构下发根证书、服务端证书及私钥给申请者
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~~~
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||
2. 客户端和服务端的双向认证
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||
~~~markdown
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1> 客户端向服务器端发起请求，服务端下发自己的证书给客户端，
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||
客户端接收到证书后，通过私钥解密证书，在证书中获得服务端的公钥，
|
||
客户端利用服务器端的公钥认证证书中的信息，如果一致，则认可这个服务器
|
||
2> 客户端发送自己的证书给服务器端，服务端接收到证书后，通过私钥解密证书，
|
||
在证书中获得客户端的公钥，并用该公钥认证证书信息，确认客户端是否合法
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||
~~~
|
||
|
||
3. 服务器端和客户端进行通信
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||
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||
~~~markdown
|
||
服务器端和客户端协商好加密方案后，客户端会产生一个随机的秘钥并加密，然后发送到服务器端。
|
||
服务器端接收这个秘钥后，双方接下来通信的所有内容都通过该随机秘钥加密
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||
~~~
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||
|
||
> 注意: Kubernetes允许同时配置多种认证方式，只要其中任意一个方式认证通过即可
|
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||
## 授权管理
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||
授权发生在认证成功之后，通过认证就可以知道请求用户是谁， 然后Kubernetes会根据事先定义的授权策略来决定用户是否有权限访问，这个过程就称为授权。
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||
|
||
每个发送到ApiServer的请求都带上了用户和资源的信息：比如发送请求的用户、请求的路径、请求的动作等，授权就是根据这些信息和授权策略进行比较，如果符合策略，则认为授权通过，否则会返回错误。
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||
|
||
API Server目前支持以下几种授权策略：
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||
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||
- AlwaysDeny：表示拒绝所有请求，一般用于测试
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||
|
||
- AlwaysAllow：允许接收所有请求，相当于集群不需要授权流程（Kubernetes默认的策略）
|
||
|
||
- ABAC：基于属性的访问控制，表示使用用户配置的授权规则对用户请求进行匹配和控制
|
||
|
||
- Webhook：通过调用外部REST服务对用户进行授权
|
||
|
||
- Node：是一种专用模式，用于对kubelet发出的请求进行访问控制
|
||
|
||
- RBAC：基于角色的访问控制（kubeadm安装方式下的默认选项）
|
||
|
||
|
||
RBAC(Role-Based Access Control) 基于角色的访问控制，主要是在描述一件事情：**给哪些对象授予了哪些权限**
|
||
|
||
其中涉及到了下面几个概念：
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||
|
||
- 对象：User、Groups、ServiceAccount
|
||
- 角色：代表着一组定义在资源上的可操作动作(权限)的集合
|
||
- 绑定：将定义好的角色跟用户绑定在一起
|
||
|
||
|
||
|
||
RBAC引入了4个顶级资源对象：
|
||
|
||
- Role、ClusterRole：角色，用于指定一组权限
|
||
- RoleBinding、ClusterRoleBinding：角色绑定，用于将角色（权限）赋予给对象
|
||
|
||
**Role、ClusterRole**
|
||
|
||
一个角色就是一组权限的集合，这里的权限都是许可形式的（白名单）。
|
||
|
||
~~~yaml
|
||
# Role只能对命名空间内的资源进行授权，需要指定nameapce
|
||
kind: Role
|
||
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
|
||
metadata:
|
||
namespace: dev
|
||
name: authorization-role
|
||
rules:
|
||
- apiGroups: [""] # 支持的API组列表,"" 空字符串，表示核心API群
|
||
resources: ["pods"] # 支持的资源对象列表
|
||
verbs: ["get", "watch", "list"] # 允许的对资源对象的操作方法列表
|
||
~~~
|
||
|
||
~~~yaml
|
||
# ClusterRole可以对集群范围内资源、跨namespaces的范围资源、非资源类型进行授权
|
||
kind: ClusterRole
|
||
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
|
||
metadata:
|
||
name: authorization-clusterrole
|
||
rules:
|
||
- apiGroups: [""]
|
||
resources: ["pods"]
|
||
verbs: ["get", "watch", "list"]
|
||
~~~
|
||
|
||
需要详细说明的是，rules中的参数：
|
||
|
||
- apiGroups: 支持的API组列表
|
||
|
||
```bash
|
||
"","apps", "autoscaling", "batch"
|
||
```
|
||
|
||
- resources：支持的资源对象列表
|
||
|
||
```bash
|
||
"services", "endpoints", "pods","secrets","configmaps","crontabs","deployments","jobs",
|
||
"nodes","rolebindings","clusterroles","daemonsets","replicasets","statefulsets",
|
||
"horizontalpodautoscalers","replicationcontrollers","cronjobs"
|
||
```
|
||
|
||
- verbs：对资源对象的操作方法列表
|
||
|
||
```bash
|
||
"get", "list", "watch", "create", "update", "patch", "delete", "exec"
|
||
```
|
||
|
||
**RoleBinding、ClusterRoleBinding**
|
||
|
||
角色绑定用来把一个角色绑定到一个目标对象上，绑定目标可以是User、Group或者ServiceAccount。
|
||
|
||
~~~yaml
|
||
# RoleBinding可以将同一namespace中的subject绑定到某个Role下，则此subject即具有该Role定义的权限
|
||
kind: RoleBinding
|
||
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
|
||
metadata:
|
||
name: authorization-role-binding
|
||
namespace: dev
|
||
subjects:
|
||
- kind: User
|
||
name: heima
|
||
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
|
||
roleRef:
|
||
kind: Role
|
||
name: authorization-role
|
||
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
|
||
~~~
|
||
|
||
~~~yaml
|
||
# ClusterRoleBinding在整个集群级别和所有namespaces将特定的subject与ClusterRole绑定，授予权限
|
||
kind: ClusterRoleBinding
|
||
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
|
||
metadata:
|
||
name: authorization-clusterrole-binding
|
||
subjects:
|
||
- kind: User
|
||
name: heima
|
||
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
|
||
roleRef:
|
||
kind: ClusterRole
|
||
name: authorization-clusterrole
|
||
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
|
||
~~~
|
||
|
||
**RoleBinding引用ClusterRole进行授权**
|
||
|
||
RoleBinding可以引用ClusterRole，对属于同一命名空间内ClusterRole定义的资源主体进行授权。
|
||
|
||
~~~markdown
|
||
一种很常用的做法就是，集群管理员为集群范围预定义好一组角色（ClusterRole），然后在多个命名空间中重复使用这些ClusterRole。这样可以大幅提高授权管理工作效率，也使得各个命名空间下的基础性授权规则与使用体验保持一致。
|
||
~~~
|
||
|
||
~~~yaml
|
||
# 虽然authorization-clusterrole是一个集群角色，但是因为使用了RoleBinding
|
||
# 所以heima只能读取dev命名空间中的资源
|
||
kind: RoleBinding
|
||
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
|
||
metadata:
|
||
name: authorization-role-binding-ns
|
||
namespace: dev
|
||
subjects:
|
||
- kind: User
|
||
name: heima
|
||
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
|
||
roleRef:
|
||
kind: ClusterRole
|
||
name: authorization-clusterrole
|
||
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
|
||
~~~
|
||
|
||
**实战：创建一个只能管理dev空间下Pods资源的账号**
|
||
|
||
1) 创建账号
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||
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||
~~~powershell
|
||
# 1) 创建证书
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||
[root@master pki]# cd /etc/kubernetes/pki/
|
||
[root@master pki]# (umask 077;openssl genrsa -out devman.key 2048)
|
||
|
||
# 2) 用apiserver的证书去签署
|
||
# 2-1) 签名申请，申请的用户是devman,组是devgroup
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||
[root@master pki]# openssl req -new -key devman.key -out devman.csr -subj "/CN=devman/O=devgroup"
|
||
# 2-2) 签署证书
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||
[root@master pki]# openssl x509 -req -in devman.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -out devman.crt -days 3650
|
||
|
||
# 3) 设置集群、用户、上下文信息
|
||
[root@master pki]# kubectl config set-cluster kubernetes --embed-certs=true --certificate-authority=/etc/kubernetes/pki/ca.crt --server=https://192.168.109.100:6443
|
||
|
||
[root@master pki]# kubectl config set-credentials devman --embed-certs=true --client-certificate=/etc/kubernetes/pki/devman.crt --client-key=/etc/kubernetes/pki/devman.key
|
||
|
||
[root@master pki]# kubectl config set-context devman@kubernetes --cluster=kubernetes --user=devman
|
||
|
||
# 切换账户到devman
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||
[root@master pki]# kubectl config use-context devman@kubernetes
|
||
Switched to context "devman@kubernetes".
|
||
|
||
# 查看dev下pod，发现没有权限
|
||
[root@master pki]# kubectl get pods -n dev
|
||
Error from server (Forbidden): pods is forbidden: User "devman" cannot list resource "pods" in API group "" in the namespace "dev"
|
||
|
||
# 切换到admin账户
|
||
[root@master pki]# kubectl config use-context kubernetes-admin@kubernetes
|
||
Switched to context "kubernetes-admin@kubernetes".
|
||
~~~
|
||
|
||
2） 创建Role和RoleBinding，为devman用户授权
|
||
|
||
~~~yaml
|
||
kind: Role
|
||
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
|
||
metadata:
|
||
namespace: dev
|
||
name: dev-role
|
||
rules:
|
||
- apiGroups: [""]
|
||
resources: ["pods"]
|
||
verbs: ["get", "watch", "list"]
|
||
|
||
---
|
||
|
||
kind: RoleBinding
|
||
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
|
||
metadata:
|
||
name: authorization-role-binding
|
||
namespace: dev
|
||
subjects:
|
||
- kind: User
|
||
name: devman
|
||
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
|
||
roleRef:
|
||
kind: Role
|
||
name: dev-role
|
||
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
|
||
~~~
|
||
|
||
~~~powershell
|
||
[root@master pki]# kubectl create -f dev-role.yaml
|
||
role.rbac.authorization.k8s.io/dev-role created
|
||
rolebinding.rbac.authorization.k8s.io/authorization-role-binding created
|
||
~~~
|
||
|
||
3) 切换账户，再次验证
|
||
|
||
~~~powershell
|
||
# 切换账户到devman
|
||
[root@master pki]# kubectl config use-context devman@kubernetes
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Switched to context "devman@kubernetes".
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# 再次查看
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[root@master pki]# kubectl get pods -n dev
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NAME READY STATUS RESTARTS AGE
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nginx-deployment-66cb59b984-8wp2k 1/1 Running 0 4d1h
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nginx-deployment-66cb59b984-dc46j 1/1 Running 0 4d1h
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nginx-deployment-66cb59b984-thfck 1/1 Running 0 4d1h
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# 为了不影响后面的学习,切回admin账户
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[root@master pki]# kubectl config use-context kubernetes-admin@kubernetes
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Switched to context "kubernetes-admin@kubernetes".
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~~~
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## 准入控制
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通过了前面的认证和授权之后，还需要经过准入控制处理通过之后，apiserver才会处理这个请求。
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准入控制是一个可配置的控制器列表，可以通过在Api-Server上通过命令行设置选择执行哪些准入控制器：
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~~~powershell
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--admission-control=NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount,PersistentVolumeLabel,
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DefaultStorageClass,ResourceQuota,DefaultTolerationSeconds
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~~~
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只有当所有的准入控制器都检查通过之后，apiserver才执行该请求，否则返回拒绝。
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当前可配置的Admission Control准入控制如下：
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- AlwaysAdmit：允许所有请求
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- AlwaysDeny：禁止所有请求，一般用于测试
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- AlwaysPullImages：在启动容器之前总去下载镜像
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- DenyExecOnPrivileged：它会拦截所有想在Privileged Container上执行命令的请求
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- ImagePolicyWebhook：这个插件将允许后端的一个Webhook程序来完成admission controller的功能。
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- Service Account：实现ServiceAccount实现了自动化
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- SecurityContextDeny：这个插件将使用SecurityContext的Pod中的定义全部失效
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- ResourceQuota：用于资源配额管理目的，观察所有请求，确保在namespace上的配额不会超标
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- LimitRanger：用于资源限制管理，作用于namespace上，确保对Pod进行资源限制
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- InitialResources：为未设置资源请求与限制的Pod，根据其镜像的历史资源的使用情况进行设置
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- NamespaceLifecycle：如果尝试在一个不存在的namespace中创建资源对象，则该创建请求将被拒绝。当删除一个namespace时，系统将会删除该namespace中所有对象。
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- DefaultStorageClass：为了实现共享存储的动态供应，为未指定StorageClass或PV的PVC尝试匹配默认的StorageClass，尽可能减少用户在申请PVC时所需了解的后端存储细节
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- DefaultTolerationSeconds：这个插件为那些没有设置forgiveness tolerations并具有notready:NoExecute和unreachable:NoExecute两种taints的Pod设置默认的“容忍”时间，为5min
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- PodSecurityPolicy：这个插件用于在创建或修改Pod时决定是否根据Pod的security context和可用的PodSecurityPolicy对Pod的安全策略进行控制
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# 第十章 DashBoard
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之前在kubernetes中完成的所有操作都是通过命令行工具kubectl完成的。其实，为了提供更丰富的用户体验，kubernetes还开发了一个基于web的用户界面（Dashboard）。用户可以使用Dashboard部署容器化的应用，还可以监控应用的状态，执行故障排查以及管理kubernetes中各种资源。
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## 部署Dashboard
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1) 下载yaml，并运行Dashboard
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~~~powershell
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# 下载yaml
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[root@master ~]# wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/dashboard/v2.0.0/aio/deploy/recommended.yaml
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# 修改kubernetes-dashboard的Service类型
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kind: Service
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apiVersion: v1
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metadata:
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labels:
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k8s-app: kubernetes-dashboard
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name: kubernetes-dashboard
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namespace: kubernetes-dashboard
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spec:
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type: NodePort # 新增
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ports:
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- port: 443
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targetPort: 8443
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nodePort: 30009 # 新增
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selector:
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k8s-app: kubernetes-dashboard
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# 部署
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[root@master ~]# kubectl create -f recommended.yaml
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# 查看namespace下的kubernetes-dashboard下的资源
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[root@master ~]# kubectl get pod,svc -n kubernetes-dashboard
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NAME READY STATUS RESTARTS AGE
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pod/dashboard-metrics-scraper-c79c65bb7-zwfvw 1/1 Running 0 111s
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pod/kubernetes-dashboard-56484d4c5-z95z5 1/1 Running 0 111s
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NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
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service/dashboard-metrics-scraper ClusterIP 10.96.89.218 <none> 8000/TCP 111s
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service/kubernetes-dashboard NodePort 10.104.178.171 <none> 443:30009/TCP 111s
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~~~
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2）创建访问账户，获取token
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~~~powershell
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# 创建账号
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[root@master-1 ~]# kubectl create serviceaccount dashboard-admin -n kubernetes-dashboard
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# 授权
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[root@master-1 ~]# kubectl create clusterrolebinding dashboard-admin-rb --clusterrole=cluster-admin --serviceaccount=kubernetes-dashboard:dashboard-admin
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# 获取账号token
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[root@master ~]# kubectl get secrets -n kubernetes-dashboard | grep dashboard-admin
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dashboard-admin-token-xbqhh kubernetes.io/service-account-token 3 2m35s
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[root@master ~]# kubectl describe secrets dashboard-admin-token-xbqhh -n kubernetes-dashboard
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Name: dashboard-admin-token-xbqhh
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Namespace: kubernetes-dashboard
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Labels: <none>
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Annotations: kubernetes.io/service-account.name: dashboard-admin
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kubernetes.io/service-account.uid: 95d84d80-be7a-4d10-a2e0-68f90222d039
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Type: kubernetes.io/service-account-token
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Data
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namespace: 20 bytes
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token: eyJhbGciOiJSUzI1NiIsImtpZCI6ImJrYkF4bW5XcDhWcmNGUGJtek5NODFuSXl1aWptMmU2M3o4LTY5a2FKS2cifQ.eyJpc3MiOiJrdWJlcm5ldGVzL3NlcnZpY2VhY2NvdW50Iiwia3ViZXJuZXRlcy5pby9zZXJ2aWNlYWNjb3VudC9uYW1lc3BhY2UiOiJrdWJlcm5ldGVzLWRhc2hib2FyZCIsImt1YmVybmV0ZXMuaW8vc2VydmljZWFjY291bnQvc2VjcmV0Lm5hbWUiOiJkYXNoYm9hcmQtYWRtaW4tdG9rZW4teGJxaGgiLCJrdWJlcm5ldGVzLmlvL3NlcnZpY2VhY2NvdW50L3NlcnZpY2UtYWNjb3VudC5uYW1lIjoiZGFzaGJvYXJkLWFkbWluIiwia3ViZXJuZXRlcy5pby9zZXJ2aWNlYWNjb3VudC9zZXJ2aWNlLWFjY291bnQudWlkIjoiOTVkODRkODAtYmU3YS00ZDEwLWEyZTAtNjhmOTAyMjJkMDM5Iiwic3ViIjoic3lzdGVtOnNlcnZpY2VhY2NvdW50Omt1YmVybmV0ZXMtZGFzaGJvYXJkOmRhc2hib2FyZC1hZG1pbiJ9.NAl7e8ZfWWdDoPxkqzJzTB46sK9E8iuJYnUI9vnBaY3Jts7T1g1msjsBnbxzQSYgAG--cV0WYxjndzJY_UWCwaGPrQrt_GunxmOK9AUnzURqm55GR2RXIZtjsWVP2EBatsDgHRmuUbQvTFOvdJB4x3nXcYLN2opAaMqg3rnU2rr-A8zCrIuX_eca12wIp_QiuP3SF-tzpdLpsyRfegTJZl6YnSGyaVkC9id-cxZRb307qdCfXPfCHR_2rt5FVfxARgg_C0e3eFHaaYQO7CitxsnIoIXpOFNAR8aUrmopJyODQIPqBWUehb7FhlU1DCduHnIIXVC_UICZ-MKYewBDLw
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ca.crt: 1025 bytes
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3）通过浏览器访问Dashboard的UI
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在登录页面上输入上面的token
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出现下面的页面代表成功
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## 使用DashBoard
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本章节以Deployment为例演示DashBoard的使用
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**查看**
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选择指定的命名空间`dev`，然后点击`Deployments`，查看dev空间下的所有deployment
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**扩缩容**
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在`Deployment`上点击`规模`，然后指定`目标副本数量`，点击确定
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**编辑**
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在`Deployment`上点击`编辑`，然后修改`yaml文件`，点击确定
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**查看Pod**
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点击`Pods`, 查看pods列表
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**操作Pod**
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选中某个Pod，可以对其执行日志（logs）、进入执行（exec）、编辑、删除操作
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> Dashboard提供了kubectl的绝大部分功能，这里不再一一演示 |