水平自动扩容和缩容HPA；API资源对象NetworkPolicy；Kubernetes用户安全控制；Kubernetes创建普通用户示例

水平自动扩容和缩容HPA（本部分操作适合K8s版本>=1.23.x)

HPA全称是Horizontal Pod Autoscaler，翻译成中文是POD水平自动伸缩，HPA可以基于CPU利用率对replication controller、deployment和replicaset中的pod数量进行自动扩缩容（除了CPU利用率也可以基于其他应程序提供的度量指标custom metrics进行自动扩缩容）。pod自动缩放不适用于无法缩放的对象，比如DaemonSets。

HPA由Kubernetes API资源和控制器实现。资源决定了控制器的行为。控制器会周期性的获取目标资源指标（如，平均CPU利用率），并与目标值相比较后来调整Pod副本数量。

创建测试Deployment

vi php-apache.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: php-apache
spec:selector:matchLabels:run: php-apachereplicas: 1template:metadata:labels:run: php-apachespec:containers:- name: php-apacheimage: tanglinux/hpa-exampleports:- containerPort: 80resources:limits:cpu: 500m  ##限制Pod CPU资源最多使用500mrequests:cpu: 200m  ##K8s要保证Pod使用的最小cpu资源为200m
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: php-apachelabels:run: php-apache
spec:ports:- port: 80selector:run: php-apache

kubectl apply -f php-apache.yaml

安装merics-server（通过它才能获取到具体的资源使用情况）

下载yaml文件

wget https://github.com/kubernetes-sigs/metrics-server/releases/latest/download/high-availability-1.21+.yaml

修改YAML文件

vi high-availability-1.21+.yaml

将image: k8s.gcr.io/metrics-server/metrics-server:v0.6.2 修改为 image: tanglinux/metrics-server:v0.6.2

在image: 这行上面增加一行: - --kubelet-insecure-tls

应用此YAML文件

kubectl apply -f high-availability-1.21+.yaml

创建HPA

vi hpa-php-apache.yaml

apiVersion: autoscaling/v2
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:name: php-apache
spec:scaleTargetRef:apiVersion: apps/v1kind: Deploymentname: php-apacheminReplicas: 1  ##最小Pod数为1maxReplicas: 10  ##最大Pod数为10metrics:- type: Resourceresource:name: cputarget:type: UtilizationaverageUtilization: 50  ##当Pod的CPU使用率超过50%时，需要自动扩容

应用YAML

kubectl apply -f hpa-php-apache.yaml

模拟php-apache Pod CPU使用率增加

再开一个终端，执行
kubectl run -i --tty load-generator --rm --image=busybox:1.28 --restart=Never -- /bin/sh -c "while sleep 0.01; do wget -q -O- http://php-apache; done"

回到原来终端查看hap和po

kubectl get deployment,po,hpa |egrep 'NAME|php-apache' ##php-apache Pod副本会逐渐增加，hpa的TARGETS列CPU使用率会越来越高，当超过50%就会自动生成新的Pod副本

API资源对象NetworkPolicy

NetworkPolicy用来控制Pod与Pod之间的网络通信，它也支持针对Namespace进行限制。基于白名单模式，符合规则的对象通过，不符合的拒绝。

应用场景举例：

• Pod A不能访问Pod B；
• 开发环境所有Pod不能访问测试命名空间的Pod；
• 提供对外访问时，限制外部IP；

官方NetworkPolicy YAML示例：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:name: test-network-policynamespace: default
spec:podSelector:matchLabels:role: dbpolicyTypes:- Ingress- Egressingress:- from:- ipBlock:cidr: 172.17.0.0/16except:- 172.17.1.0/24- namespaceSelector:matchLabels:project: myproject- podSelector:matchLabels:role: frontendports:- protocol: TCPport: 6379egress:- to:- ipBlock:cidr: 10.0.0.0/24ports:- protocol: TCPport: 5978

说明：必需字段：apiVersion、 kind 和 metadata 字段。

podSelector：定义目标Pod的匹配标签，即哪些Pod会生效此策略；

policyTypes：表示给定的策略是应用于目标Pod的入站流量（Ingress）还是出站流量（Egress），或两者兼有。 如果NetworkPolicy未指定policyTypes则默认情况下始终设置Ingress。

ingress：定义入流量限制规则，from用来定义白名单对象，比如网段、命名空间、Pod标签，Ports定义目标端口。

egress：定义出流量限制规则，定义可以访问哪些IP和端口

案例一：

需求：tang命名空间下所有Pod可以互相访问，也可以访问其他命名空间Pod，但其他命名空间不能访问tang命名空间Pod。

首先创建几个Pod：

kubectl run busybox --image=busybox -- sleep 3600  ## default命名空间里创建busybox Pod
kubectl run busybox --image=busybox -n tang -- sleep 3600    ## tang命名空间里创建busybox Pod
kubectl run web --image=nginx:1.23.2 -n tang  ## tang命名空间里创建web pod

怎么查看ip：

kubectl get po -o wide

在没有创建NetworkPolicy的情况下测试：

kubectl exec busybox -n tang -- ping 10.18.213.18  ##tang命名空间的busybox ping default命名空间的busybox IP 
kubectl exec busybox -n tang -- ping 10.18.235.162 ##tang命名空间的busybox ping tang命名空间的web IP
kubectl exec busybox -- ping 10.18.235.162 ##default命名空间的busybox ping tang命名空间的web IP

创建networkpolicy的YAML

vi deny-all-namespaces.yaml

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:name: deny-all-namespacesnamespace: tang
spec:podSelector: {} # 为空，表示匹配本命名空间所有PodpolicyTypes:- Ingressingress:- from:- podSelector: {} # 为空，表示匹配该命名空间所有Pod，即允许该命名空间所有Pod访问，没有定义namespaceSelector，也就是说不允许其它namespace的Pod访问。

应用YAML

kubectl apply -f deny-all-namespaces.yaml

测试：

kubectl exec busybox -n tang -- ping 10.18.235.161  ##tang命名空间的busybox ping default命名空间的busybox IP
kubectl exec busybox -n tang -- ping 10.18.235.162 ##tang命名空间的busybox ping tang命名空间的web IP
kubectl exec busybox -- ping 10.18.235.162 ##default命名空间的busybox ping tang命名空间的web IP

将刚刚创建的所有资源删除：

kubectl delete po busybox  --force
kubectl delete po busybox -n tang --force
kubectl delete po web -n tang
kubectl delete -f deny-all-namespaces.yaml

案例二：

通过PodSelector限制

vi pod-selector.yaml

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:name: app-to-appnamespace: tang
spec:podSelector:matchLabels:app: testpolicyTypes:- Ingressingress:- from:- podSelector:matchLabels:app: devports:- protocol: TCPport: 80

应用YAML

kubectl apply -f pod-selector.yaml

创建测试pod

kubectl run web01 --image=nginx:1.23.2 -n tang -l 'app=test'  #创建Pod时，指定label
kubectl get pod web01 -n tang --show-labels # 查看label
kubectl describe po web01 -n tang|grep -i label # 查看label
# 如果label创建错了，也可以修改，在本实验中不需要做如下操作 
# kubectl label pod busybox app=test123 --overwrite 
kubectl run app01 --image=nginx:1.23.2 -n tang -l 'app=dev' 
kubectl run app02 --image=nginx:1.23.2 -n tang  

查看web01的IP

kubectl describe po web01 -n tang |grep -i ip

怎么查看ip：

kubectl get po -n tang -o wide

测试

kubectl exec -n tang app01 -- curl 10.18.213.20
kubectl exec -n tang app02 -- curl 10.18.108.139

测试成功后，删除掉刚刚创建的资源

kubectl delete po app01 -n tang
kubectl delete po app02 -n tang
kubectl delete po web01 -n tang
kubectl delete -f pod-selector.yaml

案例三：

限制namespace

vi allow-ns.yaml

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:name: allow-nsnamespace: tang
spec:podSelector: {}policyTypes:- Ingressingress:- from:- namespaceSelector:matchLabels:name: testports:- protocol: TCPport: 80

应用YAML

kubectl apply -f allow-ns.yaml

创建测试ns

kubectl create ns test

创建测试pod

kubectl run web01 --image=nginx:1.23.2 -n tang
kubectl run web02 --image=nginx:1.23.2 -n test
kubectl run web03 --image=nginx:1.23.2 
kubectl run web04 --image=nginx:1.23.2 -n tang

查看web01的IP

kubectl describe po web01 -n tang |grep -i ip

查看ns label

kubectl get ns --show-labels

给ns设置标签

kubectl label namespace test name=test

测试：

kubectl -n test exec web02 -- curl 10.18.235.172  #可以访问
kubectl exec web03 -- curl 10.18.235.172 #不可以访问
kubectl -n tang exec web04 -- curl 10.18.235.172  #不可以访问，即使同一个命名空间也无法访问

Kubernetes用户安全控制

1）安全控制三阶段

三阶段： 认证（Authentication）、授权（Authorization）、准入控制（Admission Control）

① 所谓认证，就是先验证用户的身份是否合法，比如看看其证书是否合法有效，看看其Token是否正确；

② 所谓授权，就是看看这个用户是否有权限来访问或者操作K8s的资源；

③ 所谓准入控制，就是检查对应客户端的请求是否符合对应请求或操作API规范，检查传递参数是否是正确的。比如创建Pod，它会检查提交的信息是否符合创建Pod的规范，如果不符合规范就拒绝。另外，准入控制还会帮助我们把我们没有明确指定的字段信息，通过默认值的方式把对应的字段填充到客户端请求中，然后把填充好的信息一并由APIserver把客户端请求更新到对应资源在etcd中的对应信息上。

2）K8s认证（Authentication）

两种认证方式：

① Kubeconfig 这种是基于https ca证书认证，咱们命令行管理K8s用的就是这种认证

② Token 这种通过一个Token来识别用户，比如前面我们讲dashboard时，有创建一个serviceaccount，然后再获取其token

3）K8s授权（Authorization）

授权模式：

• AlwaysDeny：表示拒绝所有的请求，一般用于测试
• AlwaysAllow：允许接收所有请求，如果集群不需要授权流程，则可以采用该策略
• ABAC（Attribute-Based Access Control）：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（老版本采用的方式，也就是定义属性的访问类型，如果用户拥有这个属性就能访问对应的资源。需要定义一长串的属性，并且ABAC修改完之后并不能生效，现在淘汰了）
• Webbook：通过调用外部 REST 服务对用户进行授权（在集群外部对集群鉴权）
• RBAC（Role-Based Access Control）：基于角色的访问控制，现行的默认规则（拥有角色就代表拥有访问资源某些权限）

查看你的K8s授权模式：

cat /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml |grep authorization-mode- --authorization-mode=Node,RBAC

RBAC 授权模式

RBAC（Role-Based Access Control）基于角色的访问控制，在 Kubernetes 1.5 中引入，现行版本成为默认标准。相对其它访问控制方式，拥有以下优势：

• 对集群中的资源（pod deploy cpu…）和非资源（元信息如pod状态）均拥有完整的覆盖
• 整个 RBAC 完全由几个 API 对象完成，同其它 API 对象一样，可以用 kubectl 或 API 进行操作
• 可以在运行时进行调整，无需重启API Server即可生效

RBAC 的 API 资源对象说明

RBAC资源对象：Subject（包括：User, Group, ServiceAccount）Role（角色）、ClusterRole（集群角色）、RoleBinding（角色绑定）、ClusterRoleBinding（集群角色绑定）

主体（subject）

• User：用户

• Group：用户组

• ServiceAccount：服务账号

角色

• Role：授权特定命名空间的访问权限

• ClusterRole：授权所有命名空间的访问权限

角色绑定

• RoleBinding：将角色绑定到主体（即subject）

• ClusterRoleBinding：将集群角色绑定到主体

4）K8s准入控制（Adminssion Control）

Adminssion Control实际上是一个准入控制器插件列表，发送到API Server的请求都需要经过这个列表中的每个准入控制器插件的检查，检查不通过，则拒绝请求。

查看可以启用的准入控制器列表：

kubectl exec kube-apiserver-tanglinux01 -n kube-system -- kube-apiserver -h | grep '  --enable-admission-plugins'

查看当前K8s启用的准入控制器：

grep 'admission' /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml
或者 
ps aux|grep apiserver|grep admission

更改准入控制器：

vi /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml  #找到--enable-admission-plugins那一行，直接修改

以下为admission控制器列表以及说明

Admission 控制器	说明
AlwaysPullImages	强制要求每个容器始终从镜像仓库拉取最新的镜像。
DenyEscalatingExec	防止容器执行特权操作，例如以root用户执行exec命令。
ExtendedResourceToleration	允许 Pod 通过指定容忍性来请求使用扩展资源，如GPU。
InitialResources	自动为 Pod 分配初始资源，例如 CPU 和内存。
LimitPodHardAntiAffinityTopology	在同一拓扑域中，强制对 Pod 应用硬亲和度规则，以保证高可用性和冗余性。
LimitRanger	实现资源限制（如 CPU、内存、存储等）的默认值和最大值，限制 Pod 和容器的资源使用。
MutatingAdmissionWebhook	在资源提交到 API Server 之前，用于对请求进行修改，例如注入辅助容器、自动挂载存储等。
NamespaceLifecycle	管理命名空间的生命周期，拦截 Kubernetes API 服务器对命名空间的创建、删除和更新请求，并在进行处理之前进行验证和审查。
NodeRestriction	用于保护节点安全，限制 Pod 的访问权限以确保节点的安全性。
PodNodeSelector	强制将 Pod 调度到与其节点选择器匹配的节点上。
PodPreset	在创建 Pod 时，从预定义的资源清单中注入额外的容器配置或环境变量。
PodSecurityPolicy	通过定义 Pod 所允许的行为，帮助管理员确保容器在运行时遵守安全最佳实践。
Priority	通过定义优先级，帮助 Kubernetes 确定 Pod 调度顺序。
ReplicaSet	对 ReplicaSet 资源的请求进行验证和审查，例如确保模板的正确性和匹配标签选择器。
ResourceQuota	管理 Kubernetes 中的资源配额，限制命名空间中的资源使用量。
SecurityContextDeny	防止 Pod 和容器在启动时执行不安全的操作，例如使用特权模式、访问主机网络等。
ServiceAccount	用于自动为每个命名空间创建默认的 ServiceAccount，并为 ServiceAccount 分配适当的权限。
ServiceAccountTTL	为 ServiceAccount 指定生存期，以避免积累不需要的 ServiceAccount。
ValidatingAdmissionWebhook	在资源提交到 API Server 之前，用于对请求进行验证和审查，以确保符合预期的策略和规则。
ValidatingPodWebhook	在 Pod 提交到 API Server 之前， 用于对 Pod 对象进行验证和审查。例如审查Pod 的标签、注释、容器规范和卷规范等，以确保它们符合预期和安全性最佳实践。
VolumeBinding	强制在调度期间将 Pod 中的所有卷绑定到可用的节点上，以确保卷的可用性。
VolumeSubpath	允许将子路径添加到 Pod 中的卷，从而更灵活地控制卷的使用方式。
ValidatingMutation	在资源提交到 API Server 之前，用于对请求进行验证和修改。相较于 MutatingAdmissionWebhook，该插件不仅可以修改请求，还可以拒绝它。
PodOverhead	允许 Kubernetes 在计算 Pod 资源使用量时考虑它们的开销。
PodSecurityPolicyReview	在 PodSecurityPolicy 中增加了 Review 操作。可以使用 kubectl create、apply 和 delete 命令，以进行审计和测试。
RuntimeClass	允许运行时类别动态定义 Kubernetes 节点上容器运行的属性和配置。
VolumeSnapshotDataSource	允许使用 Snapshot 数据源创建 PV，以简化卷恢复过程。
CertificateApproval	允许批准和拒绝凭证签发请求，确保凭证的安全性和正确性。
Certificates.k8s.io	提供了一组用于管理和创建证书和私钥的 API，例如 CertificateSigningRequest 和 CertificateSigningRequestApproval。
CSI	允许扩展 Kubernetes 的存储解决方案。CSI（Container Storage Interface）为存储厂商提供了一种通用的接口，从而简化了存储插件的开发和部署。
ImagePolicyWebhook	在拉取镜像之前，用于对镜像进行验证和审查，以确保它们符合安全最佳实践和策略。
PodDisruptionBudget	确保在进行计划性维护、故障排除和升级时，Pod 可以正常运行，防止应用程序的不可用。
PodPresets	允许在创建 Pod 时注入容器配置和环境变量。
ValidatingResourceQuota	允许管理员创建规则以确保 Kubernetes 中的资源分配和使用符合预期。
ValidatingSecurityContext	在 Pod 提交到 API Server 之前，用于对安全上下文进行验证和审查，以确保 Pod 与集群中其他资源的安全性相匹配。
ValidatingVolumeMounts	验证 Pod 中的卷是否正确挂载。

Kubernetes创建普通用户示例

需求1：创建一个Role和ServiceAccount并把他们绑定起来。ServiceAccount有get、list、watch的权限

创建YAML文件

cat  > testsa.yaml <<EOF
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:name: testsa---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:name: testsa-role
rules:
- apiGroups:  # api组，例如apps组，空值表示是核心API组，像namespace、pod、service、pv、pvc都在里面- ""resources: #资源名称（复数），例如pods, deployments, services- podsverbs: # 允许的操作，这里允许get, list, watch- get- list- watch---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:name: testsa-rolebinding
roleRef:apiGroup: rbac.authorization.k8s.iokind: Rolename: testsa-role
subjects:
- kind: ServiceAccountname: testsa
EOF

应用此YAML

kubectl apply -f testsa.yaml

生成token

kubectl create token testsa

需求2：

给user1用户授权tang命名空间Pod读取权限

① 生成ca证书

cd /etc/kubernetes/pki/openssl genrsa -out user1.key 2048
openssl req -new -key user1.key -out user1.csr -subj "/CN=user1"
openssl x509 -req -in user1.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -out user1.crt -days 3650

② 生成kubeconfig授权文件

# 设置集群
kubectl config set-cluster myk8s \
--certificate-authority=/etc/kubernetes/pki/ca.crt \
--embed-certs=true \
--server=https://192.168.222.101:6443 \
--kubeconfig=/root/user1.kubecfg# 查看user1配置，users和context都为空
kubectl config view --kubeconfig=/root/user1.kubecfg# 设置客户端认证
kubectl config set-credentials user1 \
--client-key=user1.key \
--client-certificate=user1.crt \
--embed-certs=true \
--kubeconfig=/root/user1.kubecfg# 查看user1配置，users有内容了
kubectl config view --kubeconfig=/root/user1.kubecfg# 设置context
kubectl config set-context user1@myk8s \
--cluster=myk8s \
--user=user1 \
--kubeconfig=/root/user1.kubecfg# 查看user1配置，context已经有内容了
kubectl config view --kubeconfig=/root/user1.kubecfg# 切换context
kubectl config use-context user1@myk8s --kubeconfig=/root/user1.kubecfg

③ 创建角色

cat > user1-role.yaml <<EOF
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:namespace: tangname: user1-role
rules:
- apiGroups:  - ""resources:  - podsverbs: - get- list- watch
EOFkubectl apply -f user1-role.yaml

④ 将用户与角色绑定

cat > user1-rolebinding.yaml <<EOF
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:name: user1-rolebindingnamespace: tang
roleRef:apiGroup: rbac.authorization.k8s.iokind: Rolename: user1-role
subjects:
- kind: Username: user1apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
EOFkubectl apply -f user1-rolebinding.yaml

⑤ 创建系统用户并使用user1的配置

useradd tang
mkdir /home/tang/.kube
cp /root/user1.kubecfg /home/tang/.kube/config
chown -R tang.tang /home/tang/.kube/

⑥ 切换到普通用下并访问k8s

su - tang
$ kubectl get po
$ kubectl get po -n tang
$ kubectl get deploy -n tang