# 第八章数据存储

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。

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。

kubernetes 的 Volume 支持多种类型，比较常见的有下面几个：

简单存储：EmptyDir、HostPath、NFS
高级存储：PV、PVC
配置存储：ConfigMap、Secret

# 基本存储

# EmptyDir

EmptyDir 是最基础的 Volume 类型，一个 EmptyDir 就是 Host 上的一个空目录。

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：

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
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）

接下来，通过一个容器之间文件共享的案例来使用一下 EmptyDir。

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。

创建一个 volume-emptydir.yaml

	apiVersion: v1
	kind: Pod
	metadata:
	name: volume-emptydir
	namespace: dev
	spec:
	containers:
	- name: nginx
	image: nginx:1.14-alpine
	ports:
	- containerPort: 80
	volumeMounts: # 将 logs-volume 挂在到 nginx 容器中，对应的目录为 /var/log/nginx
	- name: logs-volume
	mountPath: /var/log/nginx
	- name: busybox
	image: busybox:1.30
	command: ["/bin/sh","-c","tail -f /logs/access.log"] # 初始命令，动态读取指定文件中内容
	volumeMounts: # 将 logs-volume 挂在到 busybox 容器中，对应的目录为 /logs
	- name: logs-volume
	mountPath: /logs
	volumes: # 声明 volume， name 为 logs-volume，类型为 emptyDir
	- name: logs-volume
	emptyDir: {}

	# 创建 Pod
	[root@master ~]# kubectl create -f volume-emptydir.yaml
	pod/volume-emptydir created

	# 查看 pod
	[root@master ~]# kubectl get pods volume-emptydir -n dev -o wide
	NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE ......
	volume-emptydir 2/2 Running 0 97s 10.244.1.100 node1 ......

	# 通过 podIp 访问 nginx
	[root@master ~]# curl 10.244.1.100
	......

	# 通过 kubectl logs 命令查看指定容器的标准输出
	[root@master ~]# kubectl logs -f volume-emptydir -n dev -c busybox
	10.244.0.0 - - [13/Apr/2020:10:58:47 +0000] "GET / HTTP/1.1" 200 612 "-" "curl/7.29.0" "-"

# HostPath

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。

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。

创建一个 volume-hostpath.yaml：

	apiVersion: v1
	kind: Pod
	metadata:
	name: volume-hostpath
	namespace: dev
	spec:
	containers:
	- name: nginx
	image: nginx:1.17.1
	ports:
	- containerPort: 80
	volumeMounts:
	- name: logs-volume
	mountPath: /var/log/nginx
	- name: busybox
	image: busybox:1.30
	command: ["/bin/sh","-c","tail -f /logs/access.log"]
	volumeMounts:
	- name: logs-volume
	mountPath: /logs
	volumes:
	- name: logs-volume
	hostPath:
	path: /root/logs
	type: DirectoryOrCreate # 目录存在就使用，不存在就先创建后使用

	关于type的值的一点说明：
	DirectoryOrCreate 目录存在就使用，不存在就先创建后使用
	Directory 目录必须存在
	FileOrCreate 文件存在就使用，不存在就先创建后使用
	File 文件必须存在
	Socket unix套接字必须存在
	CharDevice 字符设备必须存在
	BlockDevice 块设备必须存在

	# 创建 Pod
	[root@master ~]# kubectl create -f volume-hostpath.yaml
	pod/volume-hostpath created

	# 查看 Pod
	[root@master ~]# kubectl get pods volume-hostpath -n dev -o wide
	NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE ......
	pod-volume-hostpath 2/2 Running 0 16s 10.244.1.104 node1 ......

	#访问 nginx
	[root@master ~]# curl 10.244.1.104

	# 接下来就可以去 host 的 /root/logs 目录下查看存储的文件了
	### 注意：下面的操作需要到 Pod 所在的节点运行（案例中是 node1）
	[root@node1 ~]# ls /root/logs/
	access.log error.log

	# 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

# NFS

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。

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。

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

	# 在 master 上安装 nfs 服务
	[root@master ~]# yum install nfs-utils -y

	# 准备一个共享目录
	[root@master ~]# mkdir /root/data/nfs -pv

	# 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
	[root@master ~]# vim /etc/exports
	[root@master ~]# more /etc/exports
	/root/data/nfs 192.168.109.0/24(rw,no_root_squash)

	# 启动 nfs 服务
	[root@master ~]# systemctl start nfs

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

	# 在 node 上安装 nfs 服务，注意不需要启动
	[root@master ~]# yum install nfs-utils -y

3）接下来，就可以编写 pod 的配置文件了，创建 volume-nfs.yaml

	apiVersion: v1
	kind: Pod
	metadata:
	name: volume-nfs
	namespace: dev
	spec:
	containers:
	- name: nginx
	image: nginx:1.17.1
	ports:
	- containerPort: 80
	volumeMounts:
	- name: logs-volume
	mountPath: /var/log/nginx
	- name: busybox
	image: busybox:1.30
	command: ["/bin/sh","-c","tail -f /logs/access.log"]
	volumeMounts:
	- name: logs-volume
	mountPath: /logs
	volumes:
	- name: logs-volume
	nfs:
	server: 192.168.109.100 #nfs 服务器地址
	path: /root/data/nfs #共享文件路径

4）最后，运行下 pod，观察结果

	# 创建 pod
	[root@master ~]# kubectl create -f volume-nfs.yaml
	pod/volume-nfs created

	# 查看 pod
	[root@master ~]# kubectl get pods volume-nfs -n dev
	NAME READY STATUS RESTARTS AGE
	volume-nfs 2/2 Running 0 2m9s

	# 查看 nfs 服务器上的共享目录，发现已经有文件了
	[root@master ~]# ls /root/data/
	access.log error.log

## 高级存储

# PV 和 PVC

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。

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。

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。

使用了 PV 和 PVC 之后，工作可以得到进一步的细分：

存储：存储工程师维护
PV： kubernetes 管理员维护
PVC：kubernetes 用户维护

# PV

PV 是存储资源的抽象，下面是资源清单文件:

	apiVersion: v1
	kind: PersistentVolume
	metadata:
	name: pv2
	spec:
	nfs: # 存储类型，与底层真正存储对应
	capacity: # 存储能力，目前只支持存储空间的设置
	storage: 2Gi
	accessModes: # 访问模式
	storageClassName: # 存储类别
	persistentVolumeReclaimPolicy: # 回收策略

PV 的关键配置参数说明：

存储类型
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
存储能力（capacity）

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

访问模式（accessModes）
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：
- ReadWriteOnce（RWO）：读写权限，但是只能被单个节点挂载
- ReadOnlyMany（ROX）：只读权限，可以被多个节点挂载
- ReadWriteMany（RWX）：读写权限，可以被多个节点挂载
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
回收策略（persistentVolumeReclaimPolicy）
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：
- Retain （保留）保留数据，需要管理员手工清理数据
- Recycle（回收）清除 PV 中的数据，效果相当于执行 rm -rf /thevolume/*
- 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
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
存储类别
PV 可以通过 storageClassName 参数指定一个存储类别
- 具有特定类别的 PV 只能与请求了该类别的 PVC 进行绑定
- 未设定类别的 PV 则只能与不请求任何类别的 PVC 进行绑定
状态（status）
一个 PV 的生命周期中，可能会处于 4 中不同的阶段：
- Available（可用）：表示可用状态，还未被任何 PVC 绑定
- Bound（已绑定）：表示 PV 已经被 PVC 绑定
- Released（已释放）：表示 PVC 被删除，但是资源还未被集群重新声明
- Failed（失败）：表示该 PV 的自动回收失败

实验

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。

准备 NFS 环境

	# 创建目录
	[root@master ~]# mkdir /root/data/{pv1,pv2,pv3} -pv

	# 暴露服务
	[root@master ~]# more /etc/exports
	/root/data/pv1 192.168.109.0/24(rw,no_root_squash)
	/root/data/pv2 192.168.109.0/24(rw,no_root_squash)
	/root/data/pv3 192.168.109.0/24(rw,no_root_squash)

	# 重启服务
	[root@master ~]# systemctl restart nfs

创建 pv.yaml

	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

	# 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

# 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:

	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

PVC 的关键配置参数说明：

访问模式（accessModes）

用于描述用户应用对存储资源的访问权限

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

创建 pvc.yaml，申请 pv

	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

	# 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

创建 pods.yaml, 使用 pv

	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

	# 创建 pod
	[root@master ~]# kubectl create -f pods.yaml
	pod/pod1 created
	pod/pod2 created

	# 查看 pod
	[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

	# 查看 pvc
	[root@master ~]# kubectl get pvc -n dev -o wide
	NAME STATUS VOLUME CAPACITY ACCESS MODES AGE VOLUMEMODE
	pvc1 Bound pv1 1Gi RWX 94m Filesystem
	pvc2 Bound pv2 2Gi RWX 94m Filesystem
	pvc3 Bound pv3 3Gi RWX 94m Filesystem

	# 查看 pv
	[root@master ~]# kubectl get pv -n dev -o wide
	NAME CAPACITY ACCESS MODES RECLAIM POLICY STATUS CLAIM AGE VOLUMEMODE
	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

	# 查看 nfs 中的文件存储
	[root@master ~]# more /root/data/pv1/out.txt
	node1
	node1
	[root@master ~]# more /root/data/pv2/out.txt
	node2
	node2

# 生命周期

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：

资源供应：管理员手动创建底层存储和 PV
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
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
- 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
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
资源使用：用户可在 pod 中像 volume 一样使用 pvc
Pod 使用 Volume 的定义，将 PVC 挂载到容器内的某个路径进行使用。
资源释放：用户删除 pvc 来释放 pv
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
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

# 配置存储

# ConfigMap

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。

创建 configmap.yaml，内容如下：

	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

	# 创建 configmap
	[root@master ~]# kubectl create -f configmap.yaml
	configmap/configmap created

	# 查看 configmap 详情
	[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

	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

	# 创建 pod
	[root@master ~]# kubectl create -f pod-configmap.yaml
	pod/pod-configmap created

	# 查看 pod
	[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
	[root@master ~]# kubectl exec -it pod-configmap -n dev /bin/sh
	# cd /configmap/config/
	# ls
	info
	# more info
	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
	# key---> 文件 value----> 文件中的内容
	# 此时如果更新 configmap 的内容，容器中的值也会动态更新

# Secret

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。

首先使用 base64 对数据进行编码

	[root@master ~]# echo -n 'admin' \| base64 #准备 username
	YWRtaW4=
	[root@master ~]# echo -n '123456' \| base64 #准备 password
	MTIzNDU2

接下来编写 secret.yaml，并创建 Secret

	apiVersion: v1
	kind: Secret
	metadata:
	name: secret
	namespace: dev
	type: Opaque
	data:
	username: YWRtaW4=
	password: MTIzNDU2

	# 创建 secret
	[root@master ~]# kubectl create -f secret.yaml
	secret/secret created

	# 查看 secret 详情
	[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

创建 pod-secret.yaml，将上面创建的 secret 挂载进去：

	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

	# 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

	# 进入容器，查看 secret 信息，发现已经自动解码了
	[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

至此，已经实现了利用 secret 实现了信息的编码。

# 第九章安全认证

本章节主要介绍 Kubernetes 的安全认证机制。

# 访问控制概述

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。

客户端

在 Kubernetes 集群中，客户端通常有两类：

User Account：一般是独立于 kubernetes 之外的其他服务管理的用户账号。
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。

认证、授权与准入控制

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：

Authentication（认证）：身份鉴别，只有正确的账号才能够通过认证
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
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。

# 认证管理

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：

HTTP Base 认证：通过用户名 + 密码的方式认证

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。

HTTP Token 认证：通过一个 Token 来识别合法用户

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。

HTTPS 证书认证：基于 CA 根证书签名的双向数字证书认证方式

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。

HTTPS 认证大体分为 3 个过程：

证书申请和下发

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

客户端和服务端的双向认证

	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，
	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

服务器端和客户端进行通信

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

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

# 授权管理

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。

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。

API Server 目前支持以下几种授权策略：

AlwaysDeny：表示拒绝所有请求，一般用于测试
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：

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）。

	# 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

	# 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
"","apps", "autoscaling", "batch"

resources：支持的资源对象列表

"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

"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。

	# 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

	# 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。

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。

	# 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

创建账号

	# 1) 创建证书
	[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
	[root@master pki]# openssl req -new -key devman.key -out devman.csr -subj "/CN=devman/O=devgroup"
	# 2-2) 签署证书
	[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
	[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

	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

	[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

切换账户，再次验证

	# 切换账户到 devman
	[root@master pki]# kubectl config use-context devman@kubernetes
	Switched to context "devman@kubernetes".

	# 再次查看
	[root@master pki]# kubectl get pods -n dev
	NAME READY STATUS RESTARTS AGE
	nginx-deployment-66cb59b984-8wp2k 1/1 Running 0 4d1h
	nginx-deployment-66cb59b984-dc46j 1/1 Running 0 4d1h
	nginx-deployment-66cb59b984-thfck 1/1 Running 0 4d1h

	# 为了不影响后面的学习，切回 admin 账户
	[root@master pki]# kubectl config use-context kubernetes-admin@kubernetes
	Switched to context "kubernetes-admin@kubernetes".

# 准入控制

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。

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：

	--admission-control=NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount,PersistentVolumeLabel,
	DefaultStorageClass,ResourceQuota,DefaultTolerationSeconds

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。

当前可配置的 Admission Control 准入控制如下：

AlwaysAdmit：允许所有请求
AlwaysDeny：禁止所有请求，一般用于测试
AlwaysPullImages：在启动容器之前总去下载镜像
DenyExecOnPrivileged：它会拦截所有想在 Privileged Container 上执行命令的请求
ImagePolicyWebhook：这个插件将允许后端的一个 Webhook 程序来完成 admission controller 的功能。
Service Account：实现 ServiceAccount 实现了自动化
SecurityContextDeny：这个插件将使用 SecurityContext 的 Pod 中的定义全部失效
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
LimitRanger：用于资源限制管理，作用于 namespace 上，确保对 Pod 进行资源限制
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
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。
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
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
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

# 第十章 DashBoard

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。

# 部署 Dashboard

下载 yaml，并运行 Dashboard

	# 下载 yaml
	[root@master ~]# wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/dashboard/v2.0.0/aio/deploy/recommended.yaml

	# 修改 kubernetes-dashboard 的 Service 类型
	kind: Service
	apiVersion: v1
	metadata:
	labels:
	k8s-app: kubernetes-dashboard
	name: kubernetes-dashboard
	namespace: kubernetes-dashboard
	spec:
	type: NodePort # 新增
	ports:
	- port: 443
	targetPort: 8443
	nodePort: 30009 # 新增
	selector:
	k8s-app: kubernetes-dashboard

	# 部署
	[root@master ~]# kubectl create -f recommended.yaml

	# 查看 namespace 下的 kubernetes-dashboard 下的资源
	[root@master ~]# kubectl get pod,svc -n kubernetes-dashboard
	NAME READY STATUS RESTARTS AGE
	pod/dashboard-metrics-scraper-c79c65bb7-zwfvw 1/1 Running 0 111s
	pod/kubernetes-dashboard-56484d4c5-z95z5 1/1 Running 0 111s

	NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
	service/dashboard-metrics-scraper ClusterIP 10.96.89.218 <none> 8000/TCP 111s
	service/kubernetes-dashboard NodePort 10.104.178.171 <none> 443:30009/TCP 111s

2）创建访问账户，获取 token

	# 创建账号
	[root@master-1 ~]# kubectl create serviceaccount dashboard-admin -n kubernetes-dashboard

	# 授权
	[root@master-1 ~]# kubectl create clusterrolebinding dashboard-admin-rb --clusterrole=cluster-admin --serviceaccount=kubernetes-dashboard:dashboard-admin

	# 获取账号 token
	[root@master ~]# kubectl get secrets -n kubernetes-dashboard \| grep dashboard-admin
	dashboard-admin-token-xbqhh kubernetes.io/service-account-token 3 2m35s

	[root@master ~]# kubectl describe secrets dashboard-admin-token-xbqhh -n kubernetes-dashboard
	Name: dashboard-admin-token-xbqhh
	Namespace: kubernetes-dashboard
	Labels: <none>
	Annotations: kubernetes.io/service-account.name: dashboard-admin
	kubernetes.io/service-account.uid: 95d84d80-be7a-4d10-a2e0-68f90222d039

	Type: kubernetes.io/service-account-token

	Data
	====
	namespace: 20 bytes
	token: eyJhbGciOiJSUzI1NiIsImtpZCI6ImJrYkF4bW5XcDhWcmNGUGJtek5NODFuSXl1aWptMmU2M3o4LTY5a2FKS2cifQ.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.NAl7e8ZfWWdDoPxkqzJzTB46sK9E8iuJYnUI9vnBaY3Jts7T1g1msjsBnbxzQSYgAG--cV0WYxjndzJY_UWCwaGPrQrt_GunxmOK9AUnzURqm55GR2RXIZtjsWVP2EBatsDgHRmuUbQvTFOvdJB4x3nXcYLN2opAaMqg3rnU2rr-A8zCrIuX_eca12wIp_QiuP3SF-tzpdLpsyRfegTJZl6YnSGyaVkC9id-cxZRb307qdCfXPfCHR_2rt5FVfxARgg_C0e3eFHaaYQO7CitxsnIoIXpOFNAR8aUrmopJyODQIPqBWUehb7FhlU1DCduHnIIXVC_UICZ-MKYewBDLw
	ca.crt: 1025 bytes