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周伟 0f006e4e9b add
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<p id="tip" align="center"></p>
<div><h1>08 应用配置管理</h1>
<p><strong>本节课程要点</strong></p>
<ol>
<li>ConfigMaps 和 Secret 资源的创建和使用；</li>
<li>Pod 身份认证的实现和原理；</li>
<li>容器资源、安全、前置校验等配置和使用。</li>
</ol>
<p>细分为以下八个方面：</p>
<p><img src="assets/Fjsb4Hne8BIfKR3lDG8UBDnYGIhm" alt="avatar" /></p>
<h2>需求来源</h2>
<h3>背景问题</h3>
<p>首先一起来看一下需求来源。大家应该都有过这样的经验，就是用一个容器镜像来启动一个 container。要启动这个容器，其实有很多需要配套的问题待解决：</p>
<ul>
<li>第一，比如说一些可变的配置。因为我们不可能把一些可变的配置写到镜像里面，当这个配置需要变化的时候，可能需要我们重新编译一次镜像，这个肯定是不能接受的；</li>
<li>第二就是一些敏感信息的存储和使用。比如说应用需要使用一些密码，或者用一些 token；</li>
<li>第三就是我们容器要访问集群自身。比如我要访问 kube-apiserver，那么本身就有一个身份认证的问题；</li>
<li>第四就是容器在节点上运行之后，它的资源需求；</li>
<li>第五个就是容器在节点上，它们是共享内核的，那么它的一个安全管控怎么办？</li>
<li>最后一点我们说一下容器启动之前的一个前置条件检验。比如说，一个容器启动之前，我可能要确认一下 DNS 服务是不是好用？又或者确认一下网络是不是联通的？那么这些其实就是一些前置的校验。</li>
</ul>
<h3>Pod 的配置管理</h3>
<p>在 Kubernetes 里面，它是怎么做这些配置管理的呢？如下图所示：</p>
<p><img src="assets/Fqq-GY63MRwTa0dMQJUYjH_V09c5" alt="avatar" /></p>
<ul>
<li>可变配置就用 ConfigMap；</li>
<li>敏感信息是用 Secret；</li>
<li>身份认证是用 ServiceAccount 这几个独立的资源来实现的；</li>
<li>资源配置是用 Resources；</li>
<li>安全管控是用 SecurityContext；</li>
<li>前置校验是用 InitContainers 这几个在 spec 里面加的字段，来实现的这些配置管理。</li>
</ul>
<h2>ConfigMap</h2>
<h3>ConfigMap 介绍</h3>
<p>下面我们来介绍第一个部分，就是 ConfigMap。我们先来介绍 ConfigMap 它是用来做什么的、以及它带来的一个好处。它其实主要是管理一些可变配置信息，比如说我们应用的一些配置文件，或者说它里面的一些环境变量，或者一些命令行参数。</p>
<p>它的好处在于它可以让一些可变配置和容器镜像进行解耦，这样也保证了容器的可移植性。看一下下图中右边的编排文件截图。</p>
<p><img src="assets/Ft1ZSVs2DzkFQF5sPF5WW4nGezPx" alt="avatar" /></p>
<p>这是 ConfigMap 本身的一个定义，它包括两个部分：一个是 ConfigMap 元信息，我们关注 name 和 namespace 这两个信息。接下来这个 data 里面，可以看到它管理了两个配置文件。它的结构其实是这样的：从名字看ConfigMap中包含Map单词，Map 其实就是 key:value，key 是一个文件名，value 是这个文件的内容。</p>
<h3>ConfigMap 创建</h3>
<p>看过介绍之后，再具体看一下它是怎么创建的。我们推荐用 kubectl 这个命令来创建，它带的参数主要有两个：一个是指定 name，第二个是 DATA。其中 DATA 可以通过指定文件或者指定目录，以及直接指定键值对，下面可以看一下这个例子。</p>
<p><img src="assets/FvrNuDtWTmrInGsc7UqXxhzSB-sq" alt="avatar" /></p>
<p>指定文件的话，文件名就是 Map 中的 key，文件内容就是 Map 中的 value。然后指定键值对就是指定数据键值对，即：key:value 形式，直接映射到 Map 的key:value。</p>
<h3>ConfigMap 使用</h3>
<p>创建完了之后，应该怎么使用呢？</p>
<p><img src="assets/FqyXJnlGMqWcgjH3qzTp4Ell1fIV" alt="avatar" /></p>
<p>如上图所示，主要是在 pod 里来使用 ConfigMap：</p>
<ul>
<li>第一种是环境变量。环境变量的话通过 valueFrom，然后 ConfigMapKeyRef 这个字段，下面的 name 是指定 ConfigMap 名，key 是 ConfigMap.data 里面的 key。这样的话，在 busybox 容器启动后容器中执行 env 将看到一个 SPECIAL<em>LEVEL</em>KEY 环境变量；</li>
<li>第二个是命令行参数。命令行参数其实是第一行的环境变量直接拿到 cmd 这个字段里面来用；</li>
<li>最后一个是通过 volume 挂载的方式直接挂到容器的某一个目录下面去。上面的例子是把 special-config 这个 ConfigMap 里面的内容挂到容器里面的 /etc/config 目录下，这个也是使用的一种方式。</li>
</ul>
<h3>ConfigMap 注意要点</h3>
<p>现在对 ConfigMap 的使用做一个总结，以及它的一些注意点，注意点一共列了以下五条：</p>
<ol>
<li>ConfigMap 文件的大小。虽然说 ConfigMap 文件没有大小限制，但是在 ETCD 里面，数据的写入是有大小限制的，现在是限制在 1MB 以内；</li>
<li>第二个注意点是 pod 引入 ConfigMap 的时候，必须是相同的 Namespace 中的 ConfigMap，前面其实可以看到，ConfigMap.metadata 里面是有 namespace 字段的；</li>
<li>第三个是 pod 引用的 ConfigMap。假如这个 ConfigMap 不存在，那么这个 pod 是无法创建成功的，其实这也表示在创建 pod 前，必须先把要引用的 ConfigMap 创建好；</li>
<li>第四点就是使用 envFrom 的方式。把 ConfigMap 里面所有的信息导入成环境变量时，如果 ConfigMap 里有些 key 是无效的，比如 key 的名字里面带有数字，那么这个环境变量其实是不会注入容器的，它会被忽略。但是这个 pod 本身是可以创建的。这个和第三点是不一样的方式，是 ConfigMap 文件存在基础上，整体导入成环境变量的一种形式；</li>
<li>最后一点是：什么样的 pod 才能使用 ConfigMap？这里只有通过 K8s api 创建的 pod 才能使用 ConfigMap，比如说通过用命令行 kubectl 来创建的 pod，肯定是可以使用 ConfigMap 的，但其他方式创建的 pod，比如说 kubelet 通过 manifest 创建的 static pod，它是不能使用 ConfigMap 的。</li>
</ol>
<h2>Secret</h2>
<h3>Secret 介绍</h3>
<p>现在我们讲一下 Secret，Secret 是一个主要用来存储密码 token 等一些敏感信息的资源对象。其中，敏感信息是采用 base-64 编码保存起来的，我们来看下图中 Secret 数据的定义。</p>
<p><img src="assets/FgAZG4jdQ3l_Ef-PpNIWvhJHNAOd" alt="avatar" /></p>
<p>元数据的话，里面主要是 name、namespace 两个字段；接下来是 type，它是非常重要的一个字段，是指 Secret 的一个类型。Secret 类型种类比较多，下面列了常用的四种类型：</p>
<ul>
<li>第一种是 Opaque，它是普通的 Secret 文件；</li>
<li>第二种是 service-account-token，是用于 service-account 身份认证用的 Secret；</li>
<li>第三种是 dockerconfigjson，这是拉取私有仓库镜像的用的一种 Secret；</li>
<li>第四种是 bootstrap.token，是用于节点接入集群校验用的 Secret。</li>
</ul>
<p>再接下来是 data，是存储的 Secret 的数据，它也是 key-value 的形式存储的。</p>
<h3>Secret 创建</h3>
<p>接下来我们看一下 Secret 的创建。</p>
<p><img src="assets/Fscn9lbK1vZiMXu46Gaz0DWwTldC" alt="avatar" /></p>
<p>如上图所示，有两种创建方式：</p>
<ul>
<li>系统创建：比如 K8s 为每一个 namespace 的默认用户（default ServiceAccount）创建 Secret；</li>
<li>用户手动创建：手动创建命令，推荐 kubectl 这个命令行工具，它相对 ConfigMap 会多一个 type 参数。其中 data 也是一样，它也是可以指定文件和键值对的。type 的话，要是你不指定的话，默认是 Opaque 类型。</li>
</ul>
<p>上图中两个例子。第一个是通过指定文件，创建了一个拉取私有仓库镜像的 Secret，指定的文件是 /root/.docker/config.json。type 的话指定的是 dockerconfigjson，另外一个我们指定键值对，我们 type 没有指定，默认是 Opaque。键值对是 key:value 的形式，其中对 value 内容进行 base64 加密。创建 Secret 就是这么一个情况。</p>
<h3>Secret 使用</h3>
<p>创建完 Secret 之后，再来看一下如何使用它。它主要是被 pod 来使用，一般是通过 volume 形式挂载到容器里指定的目录，然后容器里的业务进程再到目录下读取 Secret 来进行使用。另外在需要访问私有镜像仓库时，也是通过引用 Secret 来实现。</p>
<p><img src="assets/FsdNm_pTBcnlLZZfu46xrUPogZ65" alt="avatar" /></p>
<p>我们先来看一下挂载到用户指定目录的方式：</p>
<ul>
<li>第一种方式：如上图左侧所示，用户直接指定，把 mysecret 挂载到容器 /etc/foo 目录下面；</li>
<li>第二种方式：如上图右侧所示，系统自动生成，把 serviceaccount-secret 自动挂载到容器 /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount 目录下，它会生成两个文件，一个是 ca.crt，一个是 token。这是两个保存了认证信息的证书文件。</li>
</ul>
<h3>使用私有镜像库</h3>
<p>下面看一下用 Secret 来使用私有镜像仓库。首先，私有镜像仓库的信息是存储在 Secret 里面的(具体参照上述的Secret创建章节)，然后拉取私有仓库镜像，那么通过下图中两种方法的配置就可以：</p>
<ul>
<li>第一种方式：如下图左侧所示，直接在 pod 里面，通过 imagePullSecrets 字段来配置；</li>
<li>第二种方式是自动注入。用户提前在 pod 会使用的 serviceaccount 里配置 imagePullSecrets，Pod创建时系统自动注入这个 imagePullSecrets。</li>
</ul>
<p><img src="assets/FvaOlw27b0oI3XT5U4oiAZqSC8Hj" alt="avatar" /></p>
<h3>Secret 使用注意要点</h3>
<p>最后来看一下 Secret 使用的一些注意点，下面列了三点：</p>
<ol>
<li>第一个是 Secret 的文件大小限制。这个跟 ConfigMap 一样，也是 1MB；</li>
<li>第二个是 Secret 采用了 base-64 编码，但是它跟明文也没有太大区别。所以说，如果有一些机密信息要用 Secret 来存储的话，还是要很慎重考虑。也就是说谁会来访问你这个集群，谁会来用你这个 Secret，还是要慎重考虑，因为它如果能够访问这个集群，就能拿到这个 Secret。</li>
</ol>
<p>如果是对 Secret 敏感信息要求很高，对加密这块有很强的需求，推荐可以使用 Kubernetes 和开源的 vault做一个解决方案，来解决敏感信息的加密和权限管理。</p>
<ol>
<li>第三个就是 Secret 读取的最佳实践，建议不要用 list/watch，如果用 list/watch 操作的话，会把 namespace 下的所有 Secret 全部拉取下来，这样其实暴露了更多的信息。推荐使用 GET 的方法，这样只获取你自己需要的那个 Secret。</li>
</ol>
<h2>ServiceAccount</h2>
<h3>ServiceAccount 介绍</h3>
<p>接下来，我们讲一下 ServiceAccount。ServiceAccount 首先是用于解决 pod 在集群里面的身份认证问题，身份认证信息是存在于 Secret 里面。</p>
<p><img src="assets/FlztCbpkZqPleUn4jWjlpTK1yR9K" alt="avatar" /></p>
<p>先看一下上面的左侧截图，可以看到最下面的红框里，有一个 Secret 字段，它指定 ServiceAccount 用哪一个 Secret，这个是 K8s 自动为 ServiceAccount 加上的。然后再来看一下上图中的右侧截图，它对应的 Secret 的 data 里有两块数据，一个是 ca.crt，一个是 token。ca.crt 用于对服务端的校验，token 用于 Pod 的身份认证，它们都是用 base64 编码过的。然后可以看到 metadata 即元信息里，其实是有关联 ServiceAccount 信息的（这个 secret 被哪个 ServiceAccount 使用）。最后我们注意一下 type，这个就是 service-account-token 这种类型。</p>
<h3>举例：Pod 里的应用访问它所属的 K8s 集群</h3>
<p>介绍完 ServiceAccount 以及它对应的 secret 后，我们来看一下，pod 是怎么利用 ServiceAccount 或者说它是怎么利用 secret 来访问所属 K8s 集群的。</p>
<p>其实 pod 创建的时候，首先它会把这个 secret 挂载到容器固定的目录下，这是 K8s 功能上实现的。它要把这个 ca.crt 和 token 这两个文件挂载到固定目录下面。</p>
<p>pod 要访问集群的时候，它是怎么来利用这个文件的呢？我们看一下下面的代码截图：</p>
<p><img src="assets/FjIXm36m_N0xMO22XI3Msds0gfjv" alt="avatar" /></p>
<p>我们在 Go 里面实现 Pod 访问 K8s 集群时，一般直接会调一个 InClusterConfig 方法，来生成这个访问服务 Client 的一些信息。然后可以看一下，最后这个 Config 里面有两部分信息：</p>
<ul>
<li>一个是 tlsClientConfig，这个主要是用于 ca.crt 校验服务端；</li>
<li>第二个是 Bearer Token，这个就是 pod 的身份认证。在服务端，会利用 token 对 pod 进行一个身份认证。</li>
</ul>
<p>再次回到上图左侧。认证完之后 pod 的身份信息会有两部分：一个是 Group，一个是 User。身份认证是就是认证这两部分信息。接着可以使用 RBAC 功能，对 pod 进行一个授权管理。</p>
<p>假如 RBAC 没有配置的话，默认的 pod 具有资源 GET 权限，就是可以从所属的 K8s 集群里 get 数据。如果是需要更多的权限，那么就需要 自行配置 RBAC 。RBAC 的相关知识，我们在后面的课程里面会详细介绍，大家可以关注一下。</p>
<h2>Resource</h2>
<h3>容器资源配合管理</h3>
<p>下面介绍一下 Resource，即：容器的一个资源配置管理。</p>
<p>目前内部支持类型有三种：CPU、内存，以及临时存储。当用户觉得这三种不够，有自己的一些资源，比如说 GPU，或者其他资源，也可以自己来定义，但配置时，指定的数量必须为整数。目前资源配置主要分成 request 和 limit 两种类型，一个是需要的数量，一个是资源的界限。CPU、内存以及临时存储都是在 container 下的 Resource 字段里进行一个声明。</p>
<p><img src="assets/FoChGRBMolmK6AuzgDMF3Ug4Jm30" alt="avatar" /></p>
<p>举个例子，wordpress 容器的资源需求，一个是 request ，一个是 limits，它分别对需要的资源和资源临界进行一个声明。</p>
<h3>Pod 服务质量 (QoS) 配置</h3>
<p>根据 CPU 对容器内存资源的需求，我们对 pod 的服务质量进行一个分类，分别是 Guaranteed、Burstable 和 BestEffort。</p>
<ul>
<li>Guaranteed ：pod 里面每个容器都必须有内存和 CPU 的 request 以及 limit 的一个声明，且 request 和 limit 必须是一样的，这就是 Guaranteed；</li>
<li>Burstable：Burstable 至少有一个容器存在内存和 CPU 的一个 request；</li>
<li>BestEffort：只要不是 Guaranteed 和 Burstable，那就是 BestEffort。</li>
</ul>
<p>那么这个服务质量是什么样的呢？资源配置好后，当这个节点上 pod 容器运行，比如说节点上 memory 配额资源不足，kubelet会把一些低优先级的，或者说服务质量要求不高的（如：BestEffort、Burstable）pod 驱逐掉。它们是按照先去除 BestEffort，再去除 Burstable 的一个顺序来驱逐 pod 的。</p>
<h2>SecurityContext</h2>
<h3>SecurityContext 介绍</h3>
<p>SecurityContext 主要是用于限制容器的一个行为，它能保证系统和其他容器的安全。这一块的能力不是 Kubernetes 或者容器 runtime 本身的能力，而是 Kubernetes 和 runtime 通过用户的配置，最后下传到内核里，再通过内核的机制让 SecurityContext 来生效。所以这里讲的内容，会比较简单或者说比较抽象一点。</p>
<p>SecurityContext 主要分为三个级别：</p>
<ul>
<li>第一个是容器级别，仅对容器生效；</li>
<li>第二个是 pod 级别，对 pod 里所有容器生效；</li>
<li>第三个是集群级别，就是 PSP，对集群内所有 pod 生效。</li>
</ul>
<p>权限和访问控制设置项，现在一共列有七项（这个数量后续可能会变化）：</p>
<ol>
<li>第一个就是通过用户 ID 和组 ID 来控制文件访问权限；</li>
<li>第二个是 SELinux，它是通过策略配置来控制用户或者进程对文件的访问控制；</li>
<li>第三个是特权容器；</li>
<li>第四个是 Capabilities，它也是给特定进程来配置一个 privileged 能力；</li>
<li>第五个是 AppArmor，它也是通过一些配置文件来控制可执行文件的一个访问控制权限，比如说一些端口的读写；</li>
<li>第六个是一个对系统调用的控制；</li>
<li>第七个是对子进程能否获取比父亲更多的权限的一个限制。</li>
</ol>
<p>最后其实都是落到内核来控制它的一些权限。</p>
<p><img src="assets/FtKrtLFM1bSpO8fc51PWMvnEyB-v" alt="avatar" /></p>
<p>上图是对 pod 级别和容器级别配置 SecurityContext 的一个例子，如果大家对这些内容有更多的需求，可以根据这些信息去搜索更深入的资料来学习。</p>
<h2>InitContainer</h2>
<h3>InitContainer 介绍</h3>
<p>接下来看一下 InitContainer，首先介绍 InitContainer 和普通 container 的区别，有以下三点内容：</p>
<ol>
<li>InitContainer 首先会比普通 container 先启动，并且直到所有的 InitContainer 执行成功后，普通 container 才会被启动；</li>
<li>InitContainer 之间是按定义的次序去启动执行的，执行成功一个之后再执行第二个，而普通的 container 是并发启动的；</li>
<li>InitContainer 执行成功后就结束退出，而普通容器可能会一直在执行。它可能是一个 longtime 的，或者说失败了会重启，这个也是 InitContainer 和普通 container 不同的地方。</li>
</ol>
<p>根据上面三点内容，我们看一下 InitContainer 的一个用途。它其实主要为普通 container 服务，比如说它可以为普通 container 启动之前做一个初始化，或者为它准备一些配置文件， 配置文件可能是一些变化的东西。再比如做一些前置条件的校验，如网络是否联通。</p>
<p><img src="assets/FvTri6pAVaBUBv3tFPeabdtIlG1j" alt="avatar" /></p>
<p>上面的截图是 flannel 组件的 InitContainer 的一个配置，它的 InitContainer 主要是为 kube-flannel 这个普通容器启动之前准备一些网络配置文件。</p>
<h2>结束语</h2>
<ul>
<li>ConfigMap 和 Secret: 首先介绍了 ConfigMap 和 Secret 的创建方法和使用场景，然后对 ConfigMap 和 Secret 的常见使用注意点进行了分类和整理。最后介绍了私有仓库镜像的使用和配置；</li>
<li>Pod 身份认证: 首先介绍了 ServiceAccount 和 Secret 的关联关系，然后从源码角度对 Pod 身份认证流程和实现细节进行剖析，同时引出了 Pod 的权限管理(即 RBAC 的配置管理)；</li>
<li>容器资源和安全： 首先介绍了容器常见资源类型 (CPU/Memory) 的配置，然后对 Pod 服务质量分类进行详细的介绍。同时对 SecurityContext 有效层级和权限配置项进行简要说明；</li>
<li>InitContainer: 首先介绍了 InitContainer 和普通 container 的区别以及 InitContainer 的用途。然后基于实际用例对 InitContainer 的用途进行了说明。</li>
</ul>
<p>好的，我们今天的内容讲到这里，谢谢大家。</p>
</div>
</div>
<div>
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