在 Kubernetes 集群中使用 sysctl

FEATURE STATE: Kubernetes v1.12 [beta]

本文档介绍如何通过 sysctl用于获取和设置 Unix 内核参数的接口 接口在 Kubernetes 集群中配置和使用内核参数。

准备开始

你必须拥有一个 Kubernetes 的集群,同时你的 Kubernetes 集群必须带有 kubectl 命令行工具。 如果你还没有集群,你可以通过 Minikube 构建一 个你自己的集群,或者你可以使用下面任意一个 Kubernetes 工具构建:

要获知版本信息,请输入 kubectl version.

获取 Sysctl 的参数列表

在 Linux 中,管理员可以通过 sysctl 接口修改内核运行时的参数。在 /proc/sys/ 虚拟文件系统下存放许多内核参数。这些参数涉及了多个内核子系统,如:

  • 内核子系统(通常前缀为: kernel.
  • 网络子系统(通常前缀为: net.
  • 虚拟内存子系统(通常前缀为: vm.
  • MDADM 子系统(通常前缀为: dev.
  • 更多子系统请参见内核文档

若要获取完整的参数列表,请执行以下命令

sudo sysctl -a

启用非安全的 Sysctl 参数

sysctl 参数分为 安全非安全的安全 sysctl 参数除了需要设置恰当的命名空间外,在同一 node 上的不同 Pod 之间也必须是 相互隔离的。这意味着在 Pod 上设置 安全 sysctl 参数

  • 必须不能影响到节点上的其他 Pod
  • 必须不能损害节点的健康
  • 必须不允许使用超出 Pod 的资源限制的 CPU 或内存资源。

至今为止,大多数 有命名空间的 sysctl 参数不一定被认为是 安全 的。 以下几种 sysctl 参数是 安全的

  • kernel.shm_rmid_forced
  • net.ipv4.ip_local_port_range
  • net.ipv4.tcp_syncookies
  • net.ipv4.ping_group_range (从 Kubernetes 1.18 开始)
说明: 示例中的 net.ipv4.tcp_syncookies 在Linux 内核 4.4 或更低的版本中是无命名空间的。

在未来的 Kubernetes 版本中,若 kubelet 支持更好的隔离机制,则上述列表中将会 列出更多 安全的 sysctl 参数。

所有 安全的 sysctl 参数都默认启用。

所有 非安全的 sysctl 参数都默认禁用,且必须由集群管理员在每个节点上手动开启。 那些设置了不安全 sysctl 参数的 Pod 仍会被调度,但无法正常启动。

参考上述警告,集群管理员只有在一些非常特殊的情况下(如:高可用或实时应用调整), 才可以启用特定的 非安全的 sysctl 参数。 如需启用 非安全的 sysctl 参数,请你在每个节点上分别设置 kubelet 命令行参数,例如:

kubelet --allowed-unsafe-sysctls \
  'kernel.msg*,net.core.somaxconn' ...

如果你使用 MinikubeMinikube 是用来在本地运行 Kubernetes 的一种工具。 ,可以通过 extra-config 参数来配置:

minikube start --extra-config="kubelet.AllowedUnsafeSysctls=kernel.msg*,net.core.somaxconn"...

只有 有命名空间的 sysctl 参数可以通过该方式启用。

设置 Pod 的 Sysctl 参数

目前,在 Linux 内核中,有许多的 sysctl 参数都是 有命名空间的 。 这就意味着可以为节点上的每个 Pod 分别去设置它们的 sysctl 参数。 在 Kubernetes 中,只有那些有命名空间的 sysctl 参数可以通过 Pod 的 securityContext 对其进行配置。

以下列出有命名空间的 sysctl 参数,在未来的 Linux 内核版本中,此列表可能会发生变化。

  • kernel.shm*,
  • kernel.msg*,
  • kernel.sem,
  • fs.mqueue.*,
  • net.*(内核中可以在容器命名空间里被更改的网络配置项相关参数)。然而也有一些特例 (例如,net.netfilter.nf_conntrack_maxnet.netfilter.nf_conntrack_expect_max 可以在容器命名空间里被更改,但它们是非命名空间的)。

没有命名空间的 sysctl 参数称为 节点级别的 sysctl 参数。 如果需要对其进行设置,则必须在每个节点的操作系统上手动地去配置它们, 或者通过在 DaemonSet 中运行特权模式容器来配置。

可使用 Pod 的 securityContext 来配置有命名空间的 sysctl 参数, securityContext 应用于同一个 Pod 中的所有容器。

此示例中,使用 Pod SecurityContext 来对一个安全的 sysctl 参数 kernel.shm_rmid_forced 以及两个非安全的 sysctl 参数 net.core.somaxconnkernel.msgmax 进行设置。 在 Pod 规约中对 安全的非安全的 sysctl 参数不做区分。

警告: 为了避免破坏操作系统的稳定性,请你在了解变更后果之后再修改 sysctl 参数。
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: sysctl-example
spec:
  securityContext:
    sysctls:
    - name: kernel.shm_rmid_forced
      value: "0"
    - name: net.core.somaxconn
      value: "1024"
    - name: kernel.msgmax
      value: "65536"
  ...
警告: 由于 非安全的 sysctl 参数其本身具有不稳定性,在使用 非安全的 sysctl 参数 时可能会导致一些严重问题,如容器的错误行为、机器资源不足或节点被完全破坏, 用户需自行承担风险。

最佳实践方案是将集群中具有特殊 sysctl 设置的节点视为 有污点的,并且只调度 需要使用到特殊 sysctl 设置的 Pod 到这些节点上。 建议使用 Kubernetes 的 污点和容忍度特性 来实现它。

设置了 非安全的 sysctl 参数的 Pod 在禁用了这两种 非安全的 sysctl 参数配置 的节点上启动都会失败。与 节点级别的 sysctl 一样,建议开启 污点和容忍度特性为节点配置污点 以便将 Pod 调度到正确的节点之上。

PodSecurityPolicy

你可以通过在 PodSecurityPolicy 的 forbiddenSysctls 和/或 allowedUnsafeSysctls 字段中,指定 sysctl 或填写 sysctl 匹配模式来进一步为 Pod 设置 sysctl 参数。 sysctl 参数匹配模式以 * 字符结尾,如 kernel.*。 单独的 * 字符匹配所有 sysctl 参数。

所有 安全的 sysctl 参数都默认启用。

forbiddenSysctlsallowedUnsafeSysctls 的值都是字符串列表类型, 可以添加 sysctl 参数名称,也可以添加 sysctl 参数匹配模式(以*结尾)。 只填写 * 则匹配所有的 sysctl 参数。

forbiddenSysctls 字段用于禁用特定的 sysctl 参数。 你可以在列表中禁用安全和非安全的 sysctl 参数的组合。 要禁用所有的 sysctl 参数,请设置为 *

如果要在 allowedUnsafeSysctls 字段中指定一个非安全的 sysctl 参数, 并且它在 forbiddenSysctls 字段中未被禁用,则可以在 Pod 中通过 PodSecurityPolicy 启用该 sysctl 参数。 若要在 PodSecurityPolicy 中开启所有非安全的 sysctl 参数, 请设 allowedUnsafeSysctls 字段值为 *

allowedUnsafeSysctlsforbiddenSysctls 两字段的配置不能重叠, 否则这就意味着存在某个 sysctl 参数既被启用又被禁用。

警告: 如果你通过 PodSecurityPolicy 中的 allowedUnsafeSysctls 字段将非安全的 sysctl 参数列入白名单,但该 sysctl 参数未通过 kubelet 命令行参数 --allowed-unsafe-sysctls 在节点上将其列入白名单,则设置了这个 sysctl 参数的 Pod 将会启动失败。

以下示例设置启用了以 kernel.msg 为前缀的非安全的 sysctl 参数,同时禁用了 sysctl 参数 kernel.shm_rmid_forced

apiVersion: policy/v1beta1
kind: PodSecurityPolicy
metadata:
  name: sysctl-psp
spec:
  allowedUnsafeSysctls:
  - kernel.msg*
  forbiddenSysctls:
  - kernel.shm_rmid_forced
 ...
最后修改 August 15, 2020 at 11:30 AM PST: [zh] Tidy up and fix links in tasks section (7/10) (30423d108)