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<h2><center>kubernetes 安全认证</center></h2>
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## 一：安全认证
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### 1. 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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### 2. 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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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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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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- 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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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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**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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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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2. 客户端和服务端的双向认证
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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，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。
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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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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。
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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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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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### 3. 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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- 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）
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- 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
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- Webhook：通过调用外部REST服务对用户进行授权
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- Node：是一种专用模式，用于对kubelet发出的请求进行访问控制
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- RBAC：基于角色的访问控制（kubeadm安装方式下的默认选项）
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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
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其中涉及到了下面几个概念：
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- 对象：User、Groups、ServiceAccount
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- 角色：代表着一组定义在资源上的可操作动作(权限)的集合
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- 绑定：将定义好的角色跟用户绑定在一起
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RBAC引入了4个顶级资源对象：
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- Role、ClusterRole：角色，用于指定一组权限
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- RoleBinding、ClusterRoleBinding：角色绑定，用于将角色（权限）赋予给对象
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**Role、ClusterRole**
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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）。
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```yaml
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# Role只能对命名空间内的资源进行授权，需要指定nameapce
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kind: Role
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apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
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metadata:
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namespace: dev
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name: authorization-role
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rules:
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- apiGroups: [""] # 支持的API组列表,"" 空字符串，表示核心API群
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resources: ["pods"] # 支持的资源对象列表
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verbs: ["get", "watch", "list"] # 允许的对资源对象的操作方法列表
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```
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```yaml
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# 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
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kind: ClusterRole
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||
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
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||
metadata:
|
||
name: authorization-clusterrole
|
||
rules:
|
||
- apiGroups: [""]
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resources: ["pods"]
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verbs: ["get", "watch", "list"]
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```
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需要详细说明的是，rules中的参数：
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- apiGroups: 支持的API组列表
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```bash
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"","apps", "autoscaling", "batch"
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```
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- resources：支持的资源对象列表
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```bash
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"services", "endpoints", "pods","secrets","configmaps","crontabs","deployments","jobs",
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"nodes","rolebindings","clusterroles","daemonsets","replicasets","statefulsets",
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||
"horizontalpodautoscalers","replicationcontrollers","cronjobs"
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```
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- verbs：对资源对象的操作方法列表
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```bash
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"get", "list", "watch", "create", "update", "patch", "delete", "exec"
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```
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**RoleBinding、ClusterRoleBinding**
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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。
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```yaml
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# 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
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||
kind: RoleBinding
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apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
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||
metadata:
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name: authorization-role-binding
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||
namespace: dev
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||
subjects:
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- kind: User
|
||
name: heima
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||
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
|
||
roleRef:
|
||
kind: Role
|
||
name: authorization-role
|
||
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
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||
```
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```yaml
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||
# 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
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kind: ClusterRoleBinding
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||
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
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||
```
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**RoleBinding引用ClusterRole进行授权**
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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。
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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。
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```yaml
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# 虽然authorization-clusterrole是一个集群角色，但是因为使用了RoleBinding
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# 所以heima只能读取dev命名空间中的资源
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kind: RoleBinding
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apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
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metadata:
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name: authorization-role-binding-ns
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namespace: dev
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subjects:
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||
- kind: User
|
||
name: heima
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apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
|
||
roleRef:
|
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kind: ClusterRole
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||
name: authorization-clusterrole
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apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
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```
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**实战：创建一个只能管理dev空间下Pods资源的账号**
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1. 创建账号
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```bash
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# 1) 创建证书
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[root@master ~]# cd /etc/kubernetes/pki/
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[root@master pki]# (umask 077;openssl genrsa -out devman.key 2048)
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Generating RSA private key, 2048 bit long modulus
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...........................................................................+++
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...................+++
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e is 65537 (0x10001)
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# 2) 用apiserver的证书去签署
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# 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"
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# 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
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Signature ok
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subject=/CN=devman/O=devgroup
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Getting CA Private Key
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# 3) 设置集群、用户、上下文信息
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[root@master pki]# kubectl config set-cluster kubernetes --embed-certs=true --certificate-authority=/etc/kubernetes/pki/ca.crt --server=https://192.168.159.130:6443
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Cluster "kubernetes" set.
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[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
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User "devman" set.
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[root@master pki]# kubectl config set-context devman@kubernetes --cluster=kubernetes --user=devman
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Context "devman@kubernetes" created.
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# 切换账户到devman
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[root@master pki]# kubectl config use-context devman@kubernetes
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Switched to context "devman@kubernetes".
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# 查看dev下pod，发现没有权限
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[root@master pki]# kubectl get pods -n dev
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Error from server (Forbidden): pods is forbidden: User "devman" cannot list resource "pods" in API group "" in the namespace "dev"
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# 切换到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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2. 创建Role和RoleBinding，为devman用户授权
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```yaml
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kind: Role
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apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
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metadata:
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namespace: dev
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name: dev-role
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rules:
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- apiGroups: [""]
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resources: ["pods"]
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verbs: ["get", "watch", "list"]
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kind: RoleBinding
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||
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
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metadata:
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name: authorization-role-binding
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||
namespace: dev
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subjects:
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||
- kind: User
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name: devman
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||
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
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||
roleRef:
|
||
kind: Role
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name: dev-role
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||
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
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```
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```bash
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[root@master pki]# kubectl create -f dev-role.yaml
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role.rbac.authorization.k8s.io/dev-role created
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rolebinding.rbac.authorization.k8s.io/authorization-role-binding created
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```
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3. 切换账户，再次验证
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```bash
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# 切换账户到devman
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[root@master pki]# kubectl config use-context devman@kubernetes
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Switched to context "devman@kubernetes".
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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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### 4. 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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```bash
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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 |