使用kubernetes/cluster/kube-up.sh脚本在装有Ubuntu操作系统的bare metal上搭建的Kubernetes集群并不安全，甚至可以说是“完全不设防的”，这是因为Kubernetes集群的核心组件：kube-apiserver启用了insecure-port。insecure-port背后的api server默认完全信任访问该端口的流量，内部无任何安全机制。并且监听insecure-port的api server bind的insecure-address为0.0.0.0。也就是说任何内外部请求，都可以通过insecure-port端口任意操作Kubernetes集群。我们的平台虽小，但“裸奔”的k8s集群也并不是我们想看到的，适当的安全配置是需要的。

在本文中，我将和大家一起学习一下Kubernetes提供的安全机制，并通过安全配置调整，实现K8s集群的“有限”安全。

一、集群现状

我们先来“回顾”一下集群现状，为后续配置调整提供一个可回溯和可比对的“基线”。

1、Nodes

集群基本信息：

# kubectl cluster-info
Kubernetes master is running at http://10.47.136.60:8080
KubeDNS is running at http://10.47.136.60:8080/api/v1/proxy/namespaces/kube-system/services/kube-dns

To further debug and diagnose cluster problems, use 'kubectl cluster-info dump'.

当前集群逻辑上由一个master node和两个worker nodes组成：

单master： 10.47.136.60
worker nodes： 10.47.136.60和10.46.181.146

# kubectl get node --show-labels=true
NAME            STATUS    AGE       LABELS
10.46.181.146   Ready     41d       beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/hostname=10.46.181.146
10.47.136.60    Ready     41d       beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/hostname=10.47.136.60

2、kubernetes核心组件的启动参数

我们再来明确一下当前集群中各k8s核心组件的启动参数，这些参数决定着组件背后的行为：

master node & worker node1 – 10.47.136.60上：

root       22000       1  0 Oct17 ?        03:52:55 /opt/bin/kube-controller-manager --master=127.0.0.1:8080 --root-ca-file=/srv/kubernetes/ca.crt --service-account-private-key-file=/srv/kubernetes/server.key --logtostderr=true

root       22021       1  1 Oct17 ?        17:11:15 /opt/bin/kube-apiserver --insecure-bind-address=0.0.0.0 --insecure-port=8080 --etcd-servers=http://127.0.0.1:4001 --logtostderr=true --service-cluster-ip-range=192.168.3.0/24 --admission-control=NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount,SecurityContextDeny,ResourceQuota --service-node-port-range=30000-32767 --advertise-address=10.47.136.60 --client-ca-file=/srv/kubernetes/ca.crt --tls-cert-file=/srv/kubernetes/server.cert --tls-private-key-file=/srv/kubernetes/server.key

root       22121       1  0 Oct17 ?        00:22:30 /opt/bin/kube-scheduler --logtostderr=true --master=127.0.0.1:8080

root     2140405       1  0 Nov15 ?        00:05:26 /opt/bin/kube-proxy --hostname-override=10.47.136.60 --master=http://10.47.136.60:8080 --logtostderr=true

root     1912455       1  1 Nov15 ?        03:43:09 /opt/bin/kubelet --hostname-override=10.47.136.60 --api-servers=http://10.47.136.60:8080 --logtostderr=true --cluster-dns=192.168.3.10 --cluster-domain=cluster.local --config=

worker node2 – 10.46.181.146上:

root      7934     1  1 Nov15 ?        03:06:00 /opt/bin/kubelet --hostname-override=10.46.181.146 --api-servers=http://10.47.136.60:8080 --logtostderr=true --cluster-dns=192.168.3.10 --cluster-domain=cluster.local --config=
root     23026     1  0 Nov15 ?        00:04:49 /opt/bin/kube-proxy --hostname-override=10.46.181.146 --master=http://10.47.136.60:8080 --logtostderr=true

从master node的核心组件kube-apiserver 的启动命令行参数也可以看出我们在开篇处所提到的那样：apiserver insecure-port开启，且bind 0.0.0.0:8080，可以任意访问，连basic_auth都没有。当然api server不只是监听这一个端口，在api server源码中，我们可以看到默认情况下，apiserver还监听了另外一个secure port，该端口的默认值是6443，通过lsof命令查看6443端口的监听进程也可以印证这一点：

//master node上

# lsof -i tcp:6443
COMMAND     PID USER   FD   TYPE DEVICE SIZE/OFF NODE NAME
kube-apis 22021 root   46u  IPv6 921529      0t0  TCP *:6443 (LISTEN)

3、私钥文件和公钥证书

通过安装脚本在bare-metal上安装的k8s集群，在master node上你会发现如下文件：

root@node1:/srv/kubernetes# ls
ca.crt  kubecfg.crt  kubecfg.key  server.cert  server.key

这些私钥文件和公钥证书是在k8s(1.3.7)集群安装过程由安装脚本创建的，在kubernetes/cluster/common.sh中你可以发现function create-certs这样一个函数，这些文件就是它创建的。

# Create certificate pairs for the cluster.
# $1: The public IP for the master.
#
# These are used for static cert distribution (e.g. static clustering) at
# cluster creation time. This will be obsoleted once we implement dynamic
# clustering.
#
# The following certificate pairs are created:
#
#  - ca (the cluster's certificate authority)
#  - server
#  - kubelet
#  - kubecfg (for kubectl)
#
# TODO(roberthbailey): Replace easyrsa with a simple Go program to generate
# the certs that we need.
#
# Assumed vars
#   KUBE_TEMP
#
# Vars set:
#   CERT_DIR
#   CA_CERT_BASE64
#   MASTER_CERT_BASE64
#   MASTER_KEY_BASE64
#   KUBELET_CERT_BASE64
#   KUBELET_KEY_BASE64
#   KUBECFG_CERT_BASE64
#   KUBECFG_KEY_BASE64
function create-certs {
  local -r primary_cn="${1}"
  ... ...

}

简单描述一下这些文件的用途：

- ca.crt：the cluster's certificate authority，CA证书，即根证书，内置CA公钥，用于验证某.crt文件，是否是CA签发的证书；
- server.cert：kube-apiserver服务端公钥数字证书；
- server.key：kube-apiserver服务端私钥文件；
- kubecfg.crt 和kubecfg.key：按照 create-certs函数注释中的说法：这两个文件是为kubectl访问apiserver[双向证书验证](http://tonybai.com/2015/04/30/go-and-https/)时使用的。

不过，这里我们没有CA的key，无法签发新证书，如果要用这几个文件，那么就仅能限于这几个文件。我们可以利用kubecfg.crt 和kubecfg.key 作为访问api server的client端的key和crt使用。我们来查看一下这几个文件：

查看ca.crt：

#openssl x509 -noout -text -in ca.crt
... ...
Certificate:
    Data:
        Version: 3 (0x2)
        Serial Number: 16946557986148168970 (0xeb2e44b3a1ebb50a)
    Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
        Issuer: CN=10.47.136.60@1476362758
        Validity
            Not Before: Oct 13 12:45:58 2016 GMT
            Not After : Oct 11 12:45:58 2026 GMT
        Subject: CN=10.47.136.60@1476362758
... ..

查看server.cert：

...
 Data:
        Version: 3 (0x2)
        Serial Number: 1 (0x1)
    Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
        Issuer: CN=10.47.136.60@1476362758
        Validity
            Not Before: Oct 13 12:45:59 2016 GMT
            Not After : Oct 11 12:45:59 2026 GMT
        Subject: CN=kubernetes-master
...

查看kubecfg.crt：

...
Certificate:
    Data:
        Version: 3 (0x2)
        Serial Number: 2 (0x2)
    Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
        Issuer: CN=10.47.136.60@1476362758
        Validity
            Not Before: Oct 13 12:45:59 2016 GMT
            Not After : Oct 11 12:45:59 2026 GMT
        Subject: CN=kubecfg
...

再来验证一下server.cert和kubecfg.crt是否是ca.crt签发的：

# openssl verify -CAfile ca.crt kubecfg.crt
kubecfg.crt: OK

# openssl verify -CAfile ca.crt server.cert
server.cert: OK

在前面的apiserver的启动参数展示中，我们已经看到kube-apiserver使用了ca.crt, server.cert和server.key：

/opt/bin/kube-apiserver --insecure-bind-address=0.0.0.0 --insecure-port=8080 --etcd-servers=http://127.0.0.1:4001 --logtostderr=true --service-cluster-ip-range=192.168.3.0/24 --admission-control=NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount,SecurityContextDeny,ResourceQuota --service-node-port-range=30000-32767 --advertise-address=10.47.136.60 --client-ca-file=/srv/kubernetes/ca.crt --tls-cert-file=/srv/kubernetes/server.cert --tls-private-key-file=/srv/kubernetes/server.key

在后续章节中，我们还会详细说明这些密钥和公钥证书在K8s集群安全中所起到的作用。

二、集群环境

还是那句话，Kubernetes在active development中，老版本和新版本的安全机制可能有较大变动，本篇中的配置方案和步骤都是针对一定环境有效的，我们的环境如下：

OS：
Ubuntu 14.04.4 LTS Kernel：3.19.0-70-generic #78~14.04.1-Ubuntu SMP Fri Sep 23 17:39:18 UTC 2016 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

Docker：
# docker version
Client:
 Version:      1.12.2
 API version:  1.24
 Go version:   go1.6.3
 Git commit:   bb80604
 Built:        Tue Oct 11 17:00:50 2016
 OS/Arch:      linux/amd64

Server:
 Version:      1.12.2
 API version:  1.24
 Go version:   go1.6.3
 Git commit:   bb80604
 Built:        Tue Oct 11 17:00:50 2016
 OS/Arch:      linux/amd64

Kubernetes集群：1.3.7

私有镜像仓库：阿里云镜像仓库

三、目标

目前，我们尚不具备一步迈向“绝对安全”的能力，在目标设定时，我们的一致想法是在当前阶段“有限安全”的K8s集群更适合我们。在这一原则下，我们针对不同情况提出不同的目标设定。

前面说过，k8s针对insecure port(–insecure-bind-address=0.0.0.0 –insecure-port=8080)的流量没有任何安全机制限制，相当于k8s“裸奔”。但是走k8s apiserver secure port(–bind-address=0.0.0.0 –secure-port=6443)的流量，将会遇到验证、授权等安全机制的限制。具体使用哪个端口与API server的交互方式，要视情况而定。

在分情况说明之前，将api server的insecure port的bind address由0.0.0.0改为local address是必须要做的。

1、Cluster -> Master(apiserver)

从集群到Apiserver的流量也可以细分为几种情况：

a) kubernetes component on master node -> apiserver

由于master node上的components与apiserver运行在一台机器上，因此可以通过local address的insecure-port访问apiserver，无需走insecure port。从现状中当前master上的component组件的启动参数来看，目前已经符合要求，于是针对这些components，我们无需再做配置上的调整。

b) kubernetes component on worker node -> apiserver

目标是实现kubernetes components on worker node和运行于master上的apiserver之间的基于https的双向认证。kubernetes的各个组件均支持在命令行参数中传入tls相关参数，比如ca文件路径，比如client端的cert文件和key等。

c) componet in pod for kubernetes -> apiserver

像kube dns和kube dashboard这些运行于pod中的k8s 组件也是在k8s cluster范围内调度的，它们可能运行在任何一个worker node上。理想情况下，它们与master上api server的通信也应该是基于一定安全机制的。不过在本篇中，我们暂时不动它们的设置，以免对其他目标的实现造成一定障碍和更多的工作量，在后续文章中，可能会专门将dns和dashboard拿出来做安全加固说明。因此，dns和dashboard在这里仍然使用的是insecure-port：

root     10531 10515  0 Nov15 ?        00:03:02 /dashboard --port=9090 --apiserver-host=http://10.47.136.60:8080
root     2018255 2018240  0 Nov15 ?        00:03:50 /kube-dns --domain=cluster.local. --dns-port=10053 --kube-master-url=http://10.47.136.60:8080

d) user service in pod -> apiserver

我们的集群管理程序也是以service的形式运行在k8s cluster中的，这些程序如何访问apiserver才是我们关心的重点，我们希望管理程序通过secure-port，在一定的安全机制下与apiserver交互。

2、Master(apiserver) -> Cluster

apiserver作为client端访问Cluster，在k8s文档中，这个访问路径主要包含两种情况：

a) apiserver与各个node上kubelet交互，采集Pod的log；
b) apiserver通过自身的proxy功能访问node、pod以及集群中的各种service。

在“有限安全”的原则下，我们暂不考虑这种情况下的安全机制。

四、Kubernetes的安全机制

kube-apiserver是整个kubernetes集群的核心，无论是kubectl还是通过api管理集群，最终都会落到与kube-apiserver的交互，apiserver是集群管理命令的入口。kube-apiserver同时监听两个端口：insecure-port和secure-port。之前提到过：通过insecure-port进入apiserver的流量可以有控制整个集群的全部权限；而通过secure-port的流量将经过k8s的安全机制的重重考验，这也是这一节我们重要要说明的。insecure-port的存在一般是为了集群bootstrap或集群开发调试使用的。官方文档建议：集群外部流量都应该走secure port。insecure-port可通过firewall rule使外部流量unreachable。

下面这幅官方图示准确解释了通过secure port的流量将要通过的“安全关卡”：

我们可以看到外界到APIServer的请求先后经过了：

安全通道(tls) -> Authentication(身份验证) -> Authorization（授权）-> Admission Control(入口条件控制)

• 安全通道：即基于tls的https的安全通道建立，对流量进行加密，防止嗅探、身份冒充和篡改；

• Authentication：即身份验证，这个环节它面对的输入是整个http request。它负责对来自client的请求进行身份校验，支持的方法包括：client证书验证（https双向验证）、basic auth、普通token以及jwt token(用于serviceaccount)。APIServer启动时，可以指定一种Authentication方法，也可以指定多种方法。如果指定了多种方法，那么APIServer将会逐个使用这些方法对客户端请求进行验证，只要请求数据通过其中一种方法的验证，APIServer就会认为Authentication成功；

• Authorization：授权。这个阶段面对的输入是http request context中的各种属性，包括：user、group、request path（比如：/api/v1、/healthz、/version等）、request verb(比如：get、list、create等)。APIServer会将这些属性值与事先配置好的访问策略(access policy）相比较。APIServer支持多种authorization mode，包括AlwaysAllow、AlwaysDeny、ABAC、RBAC和Webhook。APIServer启动时，可以指定一种authorization mode，也可以指定多种authorization mode，如果是后者，只要Request通过了其中一种mode的授权，那么该环节的最终结果就是授权成功。

• Admission Control：从技术的角度看，Admission control就像a chain of interceptors（拦截器链模式），它拦截那些已经顺利通过authentication和authorization的http请求。http请求沿着APIServer启动时配置的admission control chain顺序逐一被拦截和处理，如果某个interceptor拒绝了该http请求，那么request将会被直接reject掉，而不是像authentication或authorization那样有继续尝试其他interceptor的机会。

五、实现安全传输通道（https)与身份校验(authentication)

在建立安全传输通道、身份校验环节，我们根据”目标“设定一节中的分类，也分为三种情况：

a) 运行于master上的核心k8s components走insecure port，这个暂不用修改配置；
b) worker node上的k8s组件配置通过insecure-port访问，并采用https双向认证的身份验证机制；
c) pod in k8s访问apiserver，通过https+ basic auth的方式进行身份验证。

APIServer直接使用了集群创建时创建的ca.crt、server.cert和server.key，由于没有ca.key，所以我们只能直接利用其它两个文件: kubecfg.key和kubecfg.crt作为客户端的私钥文件和公钥证书。当然你也可以手动重新创建ca，并将apiserver使用的.key、.crt以及各个components的client.key和client.crt都生成一份，并用你生成的Ca签发。这里我们就偷个懒儿了。

在开始之前，我们再来看看apiserver的启动参数：

root       22021       1  1 Oct17 ?        17:11:15 /opt/bin/kube-apiserver --insecure-bind-address=0.0.0.0 --insecure-port=8080 --etcd-servers=http://127.0.0.1:4001 --logtostderr=true --service-cluster-ip-range=192.168.3.0/24 --admission-control=NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount,SecurityContextDeny,ResourceQuota --service-node-port-range=30000-32767 --advertise-address=10.47.136.60 --client-ca-file=/srv/kubernetes/ca.crt --tls-cert-file=/srv/kubernetes/server.cert --tls-private-key-file=/srv/kubernetes/server.key

由于之前简述了Kubernetes的安全机制，于是我们对这些参数又有了进一步认识

https安全通道建立阶段：端口6443(通过 /opt/bin/kube-apiserver --help查看options说明可以得到)，公钥证书server.cert ，私钥文件：server.key。
Authentication阶段：从当前启动参数中，我们仅能看到一种机制：--client-ca-file=/srv/kubernetes/ca.crt，也就是client证书校验机制。apiserver会用/srv/kubernetes/ca.crt对client端发过来的client.crt进行验证。
Authorization阶段：通过 /opt/bin/kube-apiserver --help查看options说明可以得到：--authorization-mode="AlwaysAllow"，也就是说在这一环节，所有Request都可以顺利通过。
Admission Control阶段：apiserver指定了“NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount,SecurityContextDeny,ResourceQuota”这样一个interceptor链。

我们首先来测试一下通过kubecfg.key和kubecfg.crt访问APIServer的insecure-port，验证一下kubecfg.key和kubecfg.crt作为client端私钥文件和公钥证书的可行性：

# curl https://10.47.136.60:6443/version --cert /srv/kubernetes/kubecfg.crt --key /srv/kubernetes/kubecfg.key --cacert /srv/kubernetes/ca.crt
{
  "major": "1",
  "minor": "3",
  "gitVersion": "v1.3.7",
  "gitCommit": "a2cba278cba1f6881bb0a7704d9cac6fca6ed435",
  "gitTreeState": "clean",
  "buildDate": "2016-09-12T23:08:43Z",
  "goVersion": "go1.6.2",
  "compiler": "gc",
  "platform": "linux/amd64"
}

接下来，我们就来开始调整k8s配置。

第一个场景：components on worker node -> master

worker node上有两个k8s components：kubelet和kube-proxy，当前它们的启动参数为：

root      7934     1  1 Nov15 ?        03:33:35 /opt/bin/kubelet --hostname-override=10.46.181.146 --api-servers=http://10.47.136.60:8080 --logtostderr=true --cluster-dns=192.168.3.10 --cluster-domain=cluster.local --config=
root      8140     1  0 14:59 ?        00:00:00 /opt/bin/kube-proxy --hostname-override=10.46.181.146 --master=http://10.47.136.60:8080 --logtostderr=true

我们将ca.crt、kubecfg.key和kubecfg.crt scp到其他各个Worker node的/srv/kubernetes目录下：

root@node1:/srv/kubernetes# scp ca.crt root@10.46.181.146:/srv/kubernetes
ca.crt                                                                                                                                        100% 1220     1.2KB/s   00:00
root@node1:/srv/kubernetes# scp kubecfg.crt root@10.46.181.146:/srv/kubernetes
kubecfg.crt                                                                                                                                   100% 4417     4.3KB/s   00:00
root@node1:/srv/kubernetes# scp kubecfg.key root@10.46.181.146:/srv/kubernetes
kubecfg.key

在worker node: 10.46.181.146上：

# ls -l
total 16
-rw-r----- 1 root root 1220 Nov 25 15:51 ca.crt
-rw------- 1 root root 4417 Nov 25 15:51 kubecfg.crt
-rw------- 1 root root 1708 Nov 25 15:51 kubecfg.key

创建worker node上kubelet和kube-proxy所要使用的config文件：/root/.kube/config

/root/.kube/config

apiVersion: v1
kind: Config
preferences: {}
users:
- name: kubecfg
  user:
    client-certificate: /srv/kubernetes/kubecfg.crt
    client-key: /srv/kubernetes/kubecfg.key
clusters:
- cluster:
    certificate-authority: /srv/kubernetes/ca.crt
  name: ubuntu
contexts:
- context:
    cluster: ubuntu
    user: kubecfg
  name: ubuntu
current-context: ubuntu

这个文件参考了master node上的/root/.kube/config文件的格式，你也可以在master node上使用kubectl config view查看config文件内容：

# kubectl config view
apiVersion: v1
clusters:
- cluster:
    insecure-skip-tls-verify: true
    server: http://10.47.136.60:8080
  name: ubuntu
contexts:
- context:
    cluster: ubuntu
    user: ubuntu
  name: ubuntu
current-context: ubuntu
kind: Config
preferences: {}
users:
- name: ubuntu
  user:
    password: xxxxxA
    username: admin

Worker node上/root/.kube/config中的user.name使用的是kubecfg，这也是在前面查看kubecfg.crt时，kubecfg.crt在/CN域中使用的值。

接下来我们来修改worker node上的/etc/default/kubelet文件：

KUBELET_OPTS=" --hostname-override=10.46.181.146  --api-servers=https://10.47.136.60:6443 --logtostderr=true  --cluster-dns=192.168.3.10  --cluster-domain=cluster.local  --kubeconfig=/root/.kube/config"
#KUBELET_OPTS=" --hostname-override=10.46.181.146  --api-servers=http://10.47.136.60:8080  --logtostderr=true  --cluster-dns=192.168.3.10  --cluster-domain=cluster.local  --config=  "

在worker node上重启kubelet并查看/var/log/upstart/kubelet.log：

# service kubelet restart
kubelet stop/waiting
kubelet start/running, process 9716

///var/log/upstart/kubelet.log
... ...
I1125 16:12:26.332652    9716 server.go:784] Watching apiserver
W1125 16:12:26.338581    9716 kubelet.go:572] Hairpin mode set to "promiscuous-bridge" but configureCBR0 is false, falling back to "hairpin-veth"
I1125 16:12:26.338641    9716 kubelet.go:393] Hairpin mode set to "hairpin-veth"
I1125 16:12:26.366600    9716 docker_manager.go:235] Setting dockerRoot to /var/lib/docker
I1125 16:12:26.367067    9716 server.go:746] Started kubelet v1.3.7
E1125 16:12:26.369508    9716 kubelet.go:954] Image garbage collection failed: unable to find data for container /
I1125 16:12:26.370534    9716 fs_resource_analyzer.go:66] Starting FS ResourceAnalyzer
I1125 16:12:26.370567    9716 status_manager.go:123] Starting to sync pod status with apiserver
I1125 16:12:26.370601    9716 kubelet.go:2501] Starting kubelet main sync loop.
I1125 16:12:26.370632    9716 kubelet.go:2510] skipping pod synchronization - [network state unknown container runtime is down]
I1125 16:12:26.370981    9716 server.go:117] Starting to listen on 0.0.0.0:10250
I1125 16:12:26.384336    9716 volume_manager.go:227] Starting Kubelet Volume Manager
I1125 16:12:26.480387    9716 factory.go:295] Registering Docker factory
I1125 16:12:26.480483    9716 factory.go:54] Registering systemd factory
I1125 16:12:26.481446    9716 factory.go:86] Registering Raw factory
I1125 16:12:26.482888    9716 manager.go:1072] Started watching for new ooms in manager
I1125 16:12:26.484242    9716 oomparser.go:200] OOM parser using kernel log file: "/var/log/kern.log"
I1125 16:12:26.485330    9716 manager.go:281] Starting recovery of all containers
I1125 16:12:26.562959    9716 kubelet.go:1213] Node 10.46.181.146 was previously registered
I1125 16:12:26.712150    9716 manager.go:286] Recovery completed

一次点亮！

再来修改worker node上kube-proxy的配置：/etc/default/kube-proxy:

// /etc/default/kube-proxy
KUBE_PROXY_OPTS=" --hostname-override=10.46.181.146  --master=https://10.47.136.60:6443  --logtostderr=true --kubeconfig=/root/.kube/config"
#KUBE_PROXY_OPTS=" --hostname-override=10.46.181.146  --master=http://10.47.136.60:8080  --logtostderr=true  "

在worker node上重启kube-proxy并查看/var/log/upstart/kube-proxy.log：

# service kube-proxy restart
kube-proxy stop/waiting
kube-proxy start/running, process 26185

// /var/log/upstart/kube-proxy.log
I1125 16:30:28.224491   26185 server.go:202] Using iptables Proxier.
I1125 16:30:28.228067   26185 server.go:214] Tearing down userspace rules.
I1125 16:30:28.245634   26185 conntrack.go:40] Setting nf_conntrack_max to 65536
I1125 16:30:28.247422   26185 conntrack.go:57] Setting conntrack hashsize to 16384
I1125 16:30:28.249456   26185 conntrack.go:62] Setting nf_conntrack_tcp_timeout_established to 86400

从日志上看不出有啥异常，算是成功！:)

第二个场景：pod in cluster -> master

通过阅读K8s的官方文档“Accessing the api from a pod”，我们知道K8s cluster为Pod访问API Server做了很多“预备”工作，最重要的一点就是在Pod被创建的时候，一个serviceaccount 被自动mount到/var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount路径下：

#kubectl describe pod/my-golang-1147314274-0qms5

Name:        my-golang-1147314274-0qms5
Namespace:    default
Node:        10.47.136.60/10.47.136.60
Start Time:    Thu, 24 Nov 2016 14:59:52 +0800
Labels:        pod-template-hash=1147314274
        run=my-golang
Status:        Running
IP:        172.16.99.9
... ...

Containers:
  my-golang:
    ... ...
    Volume Mounts:
      /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount from default-token-40z0x (ro)
    Environment Variables:    <none>
... ...
Volumes:
  default-token-40z0x:
    Type:    Secret (a volume populated by a Secret)
    SecretName:    default-token-40z0x
QoS Class:    BestEffort
Tolerations:    <none>

serviceaccount顾名思义，是Pod中程序访问APIServer所要使用的账户信息，我们来看看都有啥：

# kubectl get serviceaccount
NAME      SECRETS   AGE
default   1         43d

# kubectl describe serviceaccount/default
Name:        default
Namespace:    default
Labels:        <none>

Image pull secrets:    <none>

Mountable secrets:     default-token-40z0x

Tokens:                default-token-40z0x

# kubectl describe secret/default-token-40z0x
Name:        default-token-40z0x
Namespace:    default
Labels:        <none>
Annotations:    kubernetes.io/service-account.name=default
        kubernetes.io/service-account.uid=90de59ad-9120-11e6-a0a6-00163e1625a9

Type:    kubernetes.io/service-account-token

Data
====
ca.crt:        1220 bytes
namespace:    7 bytes
token:        {Token data}

mount到Pod中/var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount路径下的default-token-40z0x volume包含三个文件：

• ca.crt：CA的公钥证书
• namspace文件：里面的内容为：”default”
• token：用在Pod访问APIServer时候的身份验证。

理论上，使用这些信息Pod可以成功访问APIServer，我们来测试一下。注意在Pod的世界中，APIServer也是一个Service，通过kubectl get service可以看到：

# kubectl get services
NAME           CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
kubernetes     192.168.3.1     <none>        443/TCP    43d

kubernetes这个Service监听的端口是443，也就是说在Pod的视角中，APIServer暴露的仅仅是insecure-port。并且使用”kubernetes”这个名字，我们可以通过kube-dns获得APIServer的ClusterIP。

启动一个基于golang:latest的pod，pod.yaml如下：

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-golang
spec:
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        run: my-golang
    spec:
      containers:
      - name: my-golang
        image: golang:latest
        command: ["tail", "-f", "/var/log/bootstrap.log"]

Pod启动后，docker exec -it container-id /bin/bash切入container，并执行如下命令：

# TOKEN="$(cat /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/token)"
# curl --cacert /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/ca.crt https://kubernetes:443/version -H "Authorization: Bearer $TOKEN"
Unauthorized

查看API Server的log：

E1125 17:30:22.504059 2743425 handlers.go:54] Unable to authenticate the request due to an error: crypto/rsa: verification error

似乎是验证token失败。这个问题在kubernetes的github issue中也有被提及，目前尚未解决。

不过仔细想了想，如果每个Pod都默认可以访问APIServer，显然也是不安全的，虽然我们可以通过authority和admission control对默认的token访问做出限制，但总感觉不那么“安全”。

我们来试试basic auth方式（这种方式的弊端是API Server运行中，无法在运行时动态更新auth文件，对于auth文件的修改，必须重启APIServer后生效）。

我们首先在APIServer侧为APIServer创建一个basic auth file：

// /srv/kubernetes/basic_auth_file
admin123,admin,admin

basic_auth_file中每一行的格式：password,username,useruid

修改APIServer的启动参数，将basic_auth_file传入并重启apiserver：

KUBE_APISERVER_OPTS=" --insecure-bind-address=10.47.136.60 --insecure-port=8080 --etcd-servers=http://127.0.0.1:4001 --logtostderr=true --service-cluster-ip-range=192.168.3.0/24 --admission-control=NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount,SecurityContextDeny,ResourceQuota --service-node-port-range=30000-32767 --advertise-address=10.47.136.60 --basic-auth-file=/srv/kubernetes/basic_auth_file --client-ca-file=/srv/kubernetes/ca.crt --tls-cert-file=/srv/kubernetes/server.cert --tls-private-key-file=/srv/kubernetes/server.key"

我们在Pod中使用basic auth访问API Server：

# curl --cacert /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/ca.crt https://kubernetes:443/version -basic -u admin:admin123
{
  "major": "1",
  "minor": "3",
  "gitVersion": "v1.3.7",
  "gitCommit": "a2cba278cba1f6881bb0a7704d9cac6fca6ed435",
  "gitTreeState": "clean",
  "buildDate": "2016-09-12T23:08:43Z",
  "goVersion": "go1.6.2",
  "compiler": "gc",
  "platform": "linux/amd64"
}

Pod to APIServer authentication成功了。

六、小结

再重申一次：上述配置不是绝对安全的理想配置方案，只是阶段性满足我目前项目需求的一个“有限安全”方案，大家谨慎参考。

到目前为止，我们的“有限安全”也仅仅做到Authentication这一步，至于Authority和Admission Control，目前尚未有相关实践，可能会在后续的文章中做单独说明。

七、参考资料

• Master <-> Node Communication – http://kubernetes.io/docs/admin/master-node-communication/
• Authentication – http://kubernetes.io/docs/admin/authentication/
• Using Authorization Plugins – http://kubernetes.io/docs/admin/authorization/
• Accessing the API – http://kubernetes.io/docs/admin/accessing-the-api/
• Managing Service Accounts – http://kubernetes.io/docs/admin/service-accounts-admin/
• Authenticating Across Clusters with kubeconfig — http://kubernetes.io/docs/user-guide/kubeconfig-file/
• Service Accounts — https://docs.openshift.com/enterprise/3.1/dev_guide/service_accounts.html
• 4S: SERVICES ACCOUNT, SECRET, SECURITY CONTEXT AND SECURITY IN KUBERNETES — http://www.sel.zju.edu.cn/?p=588
• KUBERNETES APISERVER源码分析——API请求的认证过程 – http://www.sel.zju.edu.cn/?p=609
• Kubernetes安全配置案例 – http://www.cnblogs.com/breg/p/5923604.html

这段日子，一直在搞与Kubernetes有关的东东：像什么Kubernetes集群搭建、DNS插件安装和配置、集成Ceph RBD持久卷、Private Registry镜像库访问等，这些都缘于正在开发的一个类PaaS小平台的需要：“平台虽小，五脏俱全”。整个平台由Kubernetes集群承载，对于K8s集群内部的Service来说，目前还欠缺一个服务入口。之前的《Kubernetes集群中的Nginx配置热更新方案》一文实际上就是入口方案设计的一个前奏，而本文则是说明一下Nginx入口服务部署设计和实施过程中遇到的一些坑。

一、Nginx入口方案简述

Nginx作为集群入口服务，从功能上说，一般都是充当反向代理和负载均衡的角色。在我们这里它更多是用于反向代理，因为负载均衡的事情“移交”给了K8s去实现了。k8s通过ClusterIP- 一种VIP机制，默认基于iptables的负载分担实现服务请求的负载均衡（如iptable nat table的规则：-m statistic –mode random –probability 0.33332999982），查看iptables nat链的rules，可以看到如下样例：

# iptables -t nat -nL
... ...
Chain KUBE-SVC-UQG6736T32JE3S7H (2 references)
target     prot opt source               destination
KUBE-SEP-Z7UQLD332S673VAF  all  --  0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            /* default/nginx-kit: */ statistic mode random probability 0.50000000000
KUBE-SEP-TWOIACCAJCPK3HWO  all  --  0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            /* default/nginx-kit: */
... ..

接下来，我们简单说说我们的Nginx入口方案。事先声明：这绝对不是一个理想的方案，因为它还有诸多缺陷，只是在目前平台需求上下文和资源的约束前提下，它可以作为我们的一个可用的过渡方案，方案示意图如下：

• Nginx以Kubernetes service的形式运行于K8s cluster内部，并限制只能被K8s调度到带有label: role=entry的Node上；
• 最外层，通过DNS域名的轮询机制，实现用户请求在Node这一层上的“负载均衡”；
• 访问某个NodeIP:NodePort的请求，被转发到Nginx ClusterIP: Port，并通过iptables nat的负载机制，分发到Nginx service的多个real endpoints上；
• 位于real endpoint上的Nginx程序处理用户请求，并根据配置，将请求proxy_pass到后端服务的ClusterIP:Port上，并最终由k8s实现将请求均衡分发到后端服务的endpoint。

二、Nginx入口服务部署

部署前，我们先来给运行Nginx Pod的Node打label：

# kubectl label node/10.47.136.60 role=entry
node "10.47.136.60" labeled

# kubectl label node/10.47.136.60 role=entry
node "10.47.136.60" labeled

# kubectl get nodes --show-labels
NAME            STATUS    AGE       LABELS
10.46.181.146   Ready     39d       beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/hostname=10.46.181.146,role=entry,zone=ceph
10.47.136.60    Ready     39d       beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/hostname=10.47.136.60,role=entry,zone=ceph

在Nginx配置热加载方案一文中，我们提到一个nginx pod中包含三个Container：nginx、nginx-conf-generator和init container，Nginx service的yaml示例如下：

//nginx-kit.yaml

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-kit
spec:
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        run: nginx-kit
      annotations:
        pod.beta.kubernetes.io/init-containers: '[
          {
               "name": "nginx-kit-init-container",
               "image": "registry.cn-beijing.aliyuncs.com/xxxx/nginx-conf-generator",
               "imagePullPolicy": "IfNotPresent",
               "command": ["/root/conf-generator/nginx-conf-gen", "-mode", "gen-once"],
               "volumeMounts": [
                   {
                      "name": "conf-volume",
                      "mountPath": "/etc/nginx/conf.d"
                   }
               ]
          }
        ]'
    spec:
      containers:
      - name: nginx-conf-generator
        volumeMounts:
        - mountPath: /etc/nginx/conf.d
          name: conf-volume
        image: registry.cn-beijing.aliyuncs.com/xxxx/nginx-conf-generator:latest
        imagePullPolicy: IfNotPresent
      - name: xxxx-nginx
        volumeMounts:
        - mountPath: /etc/nginx/conf.d
          name: conf-volume
        image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/xxxx/nginx:latest
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        command: ["/home/auto-reload-nginx.sh"]
        ports:
        - containerPort: 80
      volumes:
      - name: conf-volume
        emptyDir: {}
      nodeSelector:
        role: entry
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-kit
  labels:
    run: nginx-kit
spec:
  type: NodePort
  ports:
  - port: 80
    nodePort: 28888
    protocol: TCP
  selector:
    run: nginx-kit

关于这个yaml，有几点我们是必须要说说的：

1、关于init container

通过上述yaml文件内容，我们可以看到init container和nginx-conf-generator container都是基于同一镜像创建的，只是工作mode不同罢了。在deployment描述文件中，init container的描述需要放在deployment.spec.template.metadata下面，而不是deployment的metadata下面。如果按照后者编写，那么init container将不会被创建和启动，nginx container启动后也就会提示：找不到”default.conf”。

另外，虽然源自同一个image，但init container启动时却提示在$PATH里找不到名为”-mode”的可执行程序，显然init container中的ENTRYPOINT并不起作用，nginx-conf-generator的Dockerfile节选如下：

//Dockerfile
From ubuntu:14.04
... ...
ENTRYPOINT ["/root/conf-generator/nginx-conf-gen"]

为此我们在init container的”command”命令参数中增加了可执行程序全路径以供container执行：

 "command" : ["/root/conf-generator/nginx-conf-gen", "-mode", "gen-once"],

最后，通过上面yaml文件创建nginx-kit服务依旧要用kubectl apply，而不是kubectl create，否则init container不会被理会。

2、关于nginx conf模板

由于种种原因，当前我们是通过server host的location path来映射后端cluster中的不同Service的，nginx default.conf模板如下：

server {
    listen 80;
    #server_name opp.neusoft.com;

    {{range .}}
    location {{.Path}} {
        proxy_pass http://{{.ClusterIP}}:{{.Port}}/;
        proxy_redirect off;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    }
    {{end}}

    #error_page  404              /404.html;

    # redirect server error pages to the static page /50x.html
    #
    error_page   500 502 503 504  /50x.html;
    location = /50x.html {
        root   /usr/share/nginx/html;
    }
}

这里要注意的是proxy_pass directive后面值的写法，如果你选择这样写：

proxy_pass http://{{.ClusterIP}}:{{.Port}};

那么当访问某个路径时，比如：localhost/volume/api/v1/pools时，nginx后端的Service收到的url访问路径将是：/volume/api/v1/pools，volume这个location path并不能被去除，后端的Service在做路由匹配时基本都是会出错的。fix的方法是赋予proxy_pass directive下面这样的值：

proxy_pass http://{{.ClusterIP}}:{{.Port}}/;

没错，在最后加上一个”/”，这样nginx所反向代理的Service将会收到/api/v1/pools这样的访问URl路径。