Kubernetes 資源管理與安全最佳實踐

– 7 分鐘閱讀

Kubernetes 叢集的資源管理對於應用程式穩定性和效能至關重要。精確的資源請求與限制設定，能確保 Pod 獲得必要資源，同時避免資源浪費。名稱空間資源配額則允許限制特定名稱空間的資源總量，防止單一應用程式過度消耗資源。LimitRanger admission controller 則扮演資源守門員的角色，自動驗證 Pod 資源組態，避免錯誤設定。此外，安全性也是 Kubernetes 叢集管理的重點，透過 PodSecurityPolicy、網路策略、安全上下文等機制，可以有效提升叢集的安全性。映像掃描工具如 Anchore Engine 則能協助檢測容器映像中的漏洞，進一步強化安全性。實務上，建議定期監控資源使用狀況，並根據應用程式需求調整資源組態，才能確保 Kubernetes 叢集的穩定運作。

Kubernetes 資源管理最佳實踐：從配額到 LimitRanger 的全方位解析

在 Kubernetes 叢集中，資源管理是確保應用程式穩定執行和效能最佳化的關鍵。本文將深入探討 Kubernetes 資源管理的核心概念，包括資源請求與限制、名稱空間資源配額以及 LimitRanger admission controller，並分享實際操作中的心得體會，幫助您構建高效穩定的 Kubernetes 叢集。

資源請求與限制：精準控制 Pod 資源使用

資源請求和限制是 Kubernetes 資源管理的基礎。資源請求定義了 Pod 正常執行所需的最小資源量，而資源限制則設定了 Pod 可使用的最大資源量。

資源請求：確保 Pod 獲得必要資源

以下是一個設定資源請求的 YAML 檔案範例：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: demo-pod
spec:
  containers:
  - name: demo-container
    image: nginx:latest
    resources:
      requests:
        cpu: 500m
        memory: 300Mi
        hugepages-2Mi: 100Mi

資源限制：防止 Pod 佔用過多資源

以下是一個設定資源限制的 YAML 檔案範例：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: stress-test-pod
spec:
  containers:
  - name: stress-test-container
    image: polinux/stress
    resources:
      limits:
        memory: "150Mi"
    command: ["stress"]
    args: ["--vm", "1", "--vm-bytes", "150M", "--vm-hang", "1"]

名稱空間資源配額：全域性掌控資源分配

名稱空間資源配額用於限制名稱空間內所有物件可使用的資源總量。以下是一個設定名稱空間資源配額的 YAML 檔案範例：

apiVersion: v1
kind: ResourceQuota
metadata:
  name: compute-resources-quota
spec:
  hard:
    requests.cpu: "1"
    limits.memory: "2Gi"

LimitRanger Admission Controller：強化資源管理的守門員

LimitRanger admission controller 能在 Pod 建立時自動驗證其資源請求和限制是否符合預設值或名稱空間配額，防止錯誤組態導致的資源浪費或服務中斷。

實戰經驗分享與最佳實踐建議

根據實際經驗，有效管理 Kubernetes 資源需要結合以上機制，並根據應用程式的實際需求和叢集的資源容量，設定合理的資源請求、限制和配額。

以下是一些最佳實踐建議：

  1. 監控資源使用情況：定期監控資源使用情況，並根據實際情況調整組態。
  2. 設定合理的資源請求和限制：避免過度分配或分配不足。
  3. 使用名稱空間資源配額：限制名稱空間的資源總量。
  4. 啟用 LimitRanger Admission Controller：強化資源管理。

Kubernetes 網路架構與安全

Kubernetes 網路架構包括服務型別、Ingress 和 CNI 外掛等元件。正確組態這些元件對於確保應用程式的可靠性和高效能至關重要。

服務型別

Kubernetes 支援多種服務型別，包括 ClusterIP、NodePort 和 LoadBalancer。

Ingress 與 Ingress Controller

Ingress 定義了外部流量如何路由到叢集內的服務。Ingress Controller 是 Ingress 規則的實際執行者。

  graph LR
    Internet --> IngressController[Ingress Controller] --> Service1[Service 1]
    Internet --> IngressController --> Service2[Service 2]

CNI：容器網路介面的靈活擴充套件

CNI（Container Network Interface）定義了容器執行時與網路外掛之間的介面規範。常見的 CNI 外掛包括 Calico、Weave 和 Flannel。

  flowchart LR
    A[Kubernetes] --> B["CNI Plugin"]
    B --> C["Pod Network"]

Kubernetes 元件互動與威脅建模

瞭解 Kubernetes 元件之間的互動對於確保叢集的安全性和穩定性至關重要。

  graph LR
    subgraph Master節點
        A[kube-apiserver] --> B(etcd)
        C[kube-scheduler] --> A
        D[kube-controller-manager] --> A
    end
    subgraph Worker節點
        F[kubelet] --> A
        G[kube-proxy] --> A
    end

Kubernetes 威脅建模

Kubernetes 的複雜性帶來了安全挑戰。瞭解潛在的攻擊面和威脅參與者，才能有效地保護叢集。

安全最佳實踐

  1. 使用 PodSecurityPolicy（PSP）：限制 Pod 的安全相關設定。
  2. 組態網路策略：控制 Pod 間網路流量。
  3. 使用安全上下文：定義 Pod 和容器的安全性設定。

PodSecurityPolicy 示例

apiVersion: policy/v1beta1
kind: PodSecurityPolicy
metadata:
  name: restricted-psp
spec:
  privileged: false
  allowPrivilegeEscalation: false
  runAsUser:
    rule: MustRunAsNonRoot

網路策略示例

kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: allow-from-namespace
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: web
  ingress:
  - from:
    - namespaceSelector:
        matchLabels:
          app: frontend

透過以上策略，您可以構建一個高效、穩定的 Kubernetes 叢集，充分發揮雲原生應用的優勢。合理的資源管理策略不僅能提升系統的穩定性和效能，還能降低維運成本。希望這篇文章能幫助您更好地掌握 Kubernetes 資源管理的技巧，構建更健壯的雲原生應用。

Kubernetes 安全性與資源管理最佳實踐

Kubernetes作為現代容器協調平臺，其安全性與資源管理對於確保應用程式的穩定運作至關重要。本文將深入探討Kubernetes中的PodSecurityPolicy、映像掃描、資源請求與限制等關鍵安全機制，並提供具體的實施。

PodSecurityPolicy：強化容器安全性

PodSecurityPolicy（PSP）是Kubernetes中用於控制Pod建立的重要安全機制。它允許管理員定義Pod執行所需的安全組態，確保容器遵循既定的安全標準。

受限PodSecurityPolicy範例

以下是一個名為restricted的PodSecurityPolicy示例：

apiVersion: policy/v1beta1
kind: PodSecurityPolicy
metadata:
  name: restricted
spec:
  privileged: false
  allowPrivilegeEscalation: false
  volumes:
    - 'configMap'
    - 'emptyDir'
    - 'projected'
    - 'secret'
    - 'downwardAPI'
  hostNetwork: false
  hostIPC: false
  hostPID: false
  runAsUser:
    rule: 'MustRunAsNonRoot'
  seLinux:
    rule: 'RunAsAny'
  supplementalGroups:
    rule: 'RunAsAny'
  fsGroup:
    rule: 'RunAsAny'
  readOnlyRootFilesystem: false

內容解密：

此PSP組態禁止Pod以特權模式執行，不允許許可權提升，並限制了可使用的卷型別。此外，它要求Pod以非root使用者身份執行，並禁止使用主機的PID、網路和IPC名稱空間，有效提升了容器的隔離性和安全性。

使用kube-psp-advisor最佳化PodSecurityPolicy

kube-psp-advisor是一個開源工具，能夠根據叢集中執行的Pod建議合適的PodSecurityPolicy。透過分析現有Pod的安全組態，生成符合這些設定的PSP，避免過於嚴格或寬鬆的策略。

使用步驟：

  1. 安裝kube-psp-advisor。
  2. 執行kube-psp-advisor命令，分析叢集中的Pod並生成建議的PodSecurityPolicy。
  3. 根據建議的PSP建立或更新現有的PodSecurityPolicy。

結合多重安全機制提升叢集安全性

PodSecurityPolicy只是Kubernetes安全體系的一部分。為構建更全面的安全防禦體系，建議結合其他安全機制，如：

  • NetworkPolicy：控制Pod間的網路流量。
  • ResourceQuota：限制Pod可使用的資源量。
  • RBAC：控制使用者和服務賬戶的許可權。
  • ImagePolicyWebhook：控制可佈署到叢集中的映像。
  graph LR
A[PodSecurityPolicy] --> B(privileged)
A --> C(hostPID)
A --> D(hostNetwork)
A --> E(hostIPC)
A --> F(allowPrivilegeEscalation)
A --> G(allowedCapabilities)
A --> H(volumes)

圖表翻譯：

此圖展示了PodSecurityPolicy的主要控制項，包括特權模式、主機PID、網路和IPC名稱空間存取許可權等關鍵安全設定。

映像掃描：保障容器安全

使用Anchore Engine進行映像掃描是確保容器安全的重要步驟。Anchore Engine能夠分析容器映像，檢測已知漏洞和安全問題。

安裝Anchore Engine：

helm repo update
helm install anchore anchore/anchore-engine --namespace anchore --create-namespace

驗證安裝：

kubectl get pods -n anchore

使用Anchore CLI進行映像分析：

docker run --rm --net=host -v /var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock anchore/anchore-cli:latest image add nginx:latest
docker run --rm --net=host -v /var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock anchore/anchore-cli:latest image vuln nginx:latest all

映像掃描流程：

  graph LR
A[新增映像] --> B(Anchore Engine 分析)
B --> C{漏洞掃描}
C --> D[策略評估]
D -- 符合 --> E[佈署]
D -- 不符合 --> F[修復]

圖表翻譯：

此流程圖展示了Anchore Engine如何分析映像、執行漏洞掃描和策略評估，並根據評估結果決定是否允許佈署映像。

資源管理：確保應用程式穩定性

在Kubernetes中，資源請求和限制是確保應用程式穩定執行的關鍵組態。

資源請求範例：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  containers:
  - name: my-container
    image: nginx:latest
    resources:
      requests:
        cpu: "500m"
        memory: "1Gi"

資源限制範例：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  containers:
  - name: my-container
    image: nginx:latest
    resources:
      limits:
        cpu: "1000m"
        memory: "2Gi"

名稱空間資源配額：

apiVersion: v1
kind: ResourceQuota
metadata:
  name: my-resource-quota
spec:
  hard:
    cpu: "2"
    memory: "4Gi"
    pods: "10"

LimitRanger：自動調整資源組態

LimitRanger能夠根據容器的映像自動設定資源請求和限制，簡化資源管理流程。

  graph LR
subgraph "Pod 規格"
A[資源請求] --> C(LimitRanger)
B[資源限制] --> C
end
C --> D{自動調整}
D --> E[最佳化資源分配]

圖表翻譯：

此圖展示了LimitRanger如何根據Pod規格中的資源請求和限制自動調整資源分配，以達到最佳化組態。

玄貓

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技術愛好者，專注於分享程式開發、雲端技術與 AI 應用的心得體會。