为 Pod 或容器配置安全性上下文

安全上下文(Security Context)定义 Pod 或 Container 的特权与访问控制设置。 安全上下文包括但不限于:

  • AppArmor:使用程序框架来限制个别程序的权能。
  • Seccomp:过滤进程的系统调用。
  • AllowPrivilegeEscalation:控制进程是否可以获得超出其父进程的特权。 此布尔值直接控制是否为容器进程设置 no_new_privs标志。 当容器以特权模式运行或者具有 CAP_SYS_ADMIN 权能时,AllowPrivilegeEscalation 总是为 true。
  • readOnlyRootFilesystem:以只读方式加载容器的根文件系统。

以上条目不是安全上下文设置的完整列表 -- 请参阅 SecurityContext 了解其完整列表。

关于在 Linux 系统中的安全机制的更多信息,可参阅 Linux 内核安全性能力概述

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.

为 Pod 设置安全性上下文

要为 Pod 设置安全性设置,可在 Pod 规约中包含 securityContext 字段。securityContext 字段值是一个 PodSecurityContext 对象。你为 Pod 所设置的安全性配置会应用到 Pod 中所有 Container 上。 下面是一个 Pod 的配置文件,该 Pod 定义了 securityContext 和一个 emptyDir 卷:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: security-context-demo
spec:
  securityContext:
    runAsUser: 1000
    runAsGroup: 3000
    fsGroup: 2000
  volumes:
  - name: sec-ctx-vol
    emptyDir: {}
  containers:
  - name: sec-ctx-demo
    image: busybox
    command: [ "sh", "-c", "sleep 1h" ]
    volumeMounts:
    - name: sec-ctx-vol
      mountPath: /data/demo
    securityContext:
      allowPrivilegeEscalation: false

在配置文件中,runAsUser 字段指定 Pod 中的所有容器内的进程都使用用户 ID 1000 来运行。runAsGroup 字段指定所有容器中的进程都以主组 ID 3000 来运行。 如果忽略此字段,则容器的主组 ID 将是 root(0)。 当 runAsGroup 被设置时,所有创建的文件也会划归用户 1000 和组 3000。 由于 fsGroup 被设置,容器中所有进程也会是附组 ID 2000 的一部分。 卷 /data/demo 及在该卷中创建的任何文件的属主都会是组 ID 2000。

创建该 Pod:

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/pods/security/security-context.yaml

检查 Pod 的容器处于运行状态:

kubectl get pod security-context-demo

开启一个 Shell 进入到运行中的容器:

kubectl exec -it security-context-demo -- sh

在你的 Shell 中,列举运行中的进程:

ps

输出显示进程以用户 1000 运行,即 runAsUser 所设置的值:

PID   USER     TIME  COMMAND
    1 1000      0:00 sleep 1h
    6 1000      0:00 sh
...

在你的 Shell 中,进入 /data 目录列举其内容:

cd /data
ls -l

输出显示 /data/demo 目录的组 ID 为 2000,即 fsGroup 的设置值:

drwxrwsrwx 2 root 2000 4096 Jun  6 20:08 demo

在你的 Shell 中,进入到 /data/demo 目录下创建一个文件:

cd demo
echo hello > testfile

列举 /data/demo 目录下的文件:

ls -l

输出显示 testfile 的组 ID 为 2000,也就是 fsGroup 所设置的值:

-rw-r--r-- 1 1000 2000 6 Jun  6 20:08 testfile

运行下面的命令:

id

输出为:

uid=1000 gid=3000 groups=2000

你会看到 gid 值为 3000,也就是 runAsGroup 字段的值。 如果 runAsGroup 被忽略,则 gid 会取值 0(root),而进程就能够与 root 用户组所拥有以及要求 root 用户组访问权限的文件交互。

退出你的 Shell:

exit

为 Pod 配置卷访问权限和属主变更策略

FEATURE STATE: Kubernetes v1.18 [alpha]

默认情况下,Kubernetes 在挂载一个卷时,会递归地更改每个卷中的内容的属主和访问权限,使之与 Pod 的 securityContext 中指定的 fsGroup 匹配。 对于较大的数据卷,检查和变更属主与访问权限可能会花费很长时间,降低 Pod 启动速度。 你可以在 securityContext 中使用 fsGroupChangePolicy 字段来控制 Kubernetes 检查和管理卷属主和访问权限的方式。

fsGroupChangePolicy - fsGroupChangePolicy 定义在卷被暴露给 Pod 内部之前对其 内容的属主和访问许可进行变更的行为。此字段仅适用于那些支持使用 fsGroup 来 控制属主与访问权限的卷类型。此字段的取值可以是:

  • OnRootMismatch:只有根目录的属主与访问权限与卷所期望的权限不一致时, 才改变其中内容的属主和访问权限。这一设置有助于缩短更改卷的属主与访问 权限所需要的时间。
  • Always:在挂载卷时总是更改卷中内容的属主和访问权限。

例如:

securityContext:
  runAsUser: 1000
  runAsGroup: 3000
  fsGroup: 2000
  fsGroupChangePolicy: "OnRootMismatch"

这是一个 Alpha 阶段的功能特性。要使用此特性,需要在 kube-apiserverkube-controller-managerkubelet 上启用 ConfigurableFSGroupPolicy 特性门控

说明: 此字段对于secretconfigMapemptydir 这类临时性存储无效。

为 Container 设置安全性上下文

若要为 Container 设置安全性配置,可以在 Container 清单中包含 securityContext 字段。securityContext 字段的取值是一个 SecurityContext 对象。你为 Container 设置的安全性配置仅适用于该容器本身,并且所指定的设置 在与 Pod 层面设置的内容发生重叠时,会重载后者。Container 层面的设置不会影响 到 Pod 的卷。

下面是一个 Pod 的配置文件,其中包含一个 Container。Pod 和 Container 都有 securityContext 字段:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: security-context-demo-2
spec:
  securityContext:
    runAsUser: 1000
  containers:
  - name: sec-ctx-demo-2
    image: gcr.io/google-samples/node-hello:1.0
    securityContext:
      runAsUser: 2000
      allowPrivilegeEscalation: false

创建该 Pod:

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/pods/security/security-context-2.yaml

验证 Pod 中的容器处于运行状态:

kubectl get pod security-context-demo-2

启动一个 Shell 进入到运行中的容器内:

kubectl exec -it security-context-demo-2 -- sh

在你的 Shell 中,列举运行中的进程:

ps aux

输出显示进程以用户 2000 账号运行。该值是在 Container 的 runAsUser 中设置的。 该设置值重载了 Pod 层面所设置的值 1000。

USER       PID %CPU %MEM    VSZ   RSS TTY      STAT START   TIME COMMAND
2000         1  0.0  0.0   4336   764 ?        Ss   20:36   0:00 /bin/sh -c node server.js
2000         8  0.1  0.5 772124 22604 ?        Sl   20:36   0:00 node server.js
...

退出你的 Shell:

exit

为 Container 设置权能

使用 Linux 权能,你可以 赋予进程 root 用户所拥有的某些特权,但不必赋予其全部特权。 要为 Container 添加或移除 Linux 权能,可以在 Container 清单的 securityContext 节 包含 capabilities 字段。

首先,查看不包含 capabilities 字段时候会发生什么。 下面是一个配置文件,其中没有添加或移除容器的权能:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: security-context-demo-3
spec:
  containers:
  - name: sec-ctx-3
    image: gcr.io/google-samples/node-hello:1.0



创建该 Pod:

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/pods/security/security-context-3.yaml

验证 Pod 的容器处于运行状态:

kubectl get pod security-context-demo-3

启动一个 Shell 进入到运行中的容器:

kubectl exec -it security-context-demo-3 -- sh

在你的 Shell 中,列举运行中的进程:

ps aux

输出显示容器中进程 ID(PIDs):

USER  PID %CPU %MEM    VSZ   RSS TTY   STAT START   TIME COMMAND
root    1  0.0  0.0   4336   796 ?     Ss   18:17   0:00 /bin/sh -c node server.js
root    5  0.1  0.5 772124 22700 ?     Sl   18:17   0:00 node server.js

在你的 Shell 中,查看进程 1 的状态:

cd /proc/1
cat status

输出显示进程的权能位图:

...
CapPrm:	00000000a80425fb
CapEff:	00000000a80425fb
...

记下进程权能位图,之后退出你的 Shell:

exit

接下来运行一个与前例中容器相同的容器,只是这个容器有一些额外的权能设置。

下面是一个 Pod 的配置,其中运行一个容器。配置为容器添加 CAP_NET_ADMINCAP_SYS_TIME 权能:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: security-context-demo-4
spec:
  containers:
  - name: sec-ctx-4
    image: gcr.io/google-samples/node-hello:1.0
    securityContext:
      capabilities:
        add: ["NET_ADMIN", "SYS_TIME"]

创建 Pod:

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/pods/security/security-context-4.yaml

启动一个 Shell,进入到运行中的容器:

kubectl exec -it security-context-demo-4 -- sh

在你的 Shell 中,查看进程 1 的权能:

cd /proc/1
cat status

输出显示的是进程的权能位图:

...
CapPrm:	00000000aa0435fb
CapEff:	00000000aa0435fb
...

比较两个容器的权能位图:

00000000a80425fb
00000000aa0435fb

在第一个容器的权能位图中,位 12 和 25 是没有设置的。在第二个容器中,位 12 和 25 是设置了的。位 12 是 CAP_NET_ADMIN 而位 25 则是 CAP_SYS_TIME。 参见 capability.h 了解权能常数的定义。

说明: Linux 权能常数定义的形式为 CAP_XXX。但是你在 Container 清单中列举权能时, 要将权能名称中的 CAP_ 部分去掉。例如,要添加 CAP_SYS_TIME,可在权能 列表中添加 SYS_TIME

为 Container 赋予 SELinux 标签

若要给 Container 设置 SELinux 标签,可以在 Pod 或 Container 清单的 securityContext 节包含 seLinuxOptions 字段。 seLinuxOptions 字段的取值是一个 SELinuxOptions 对象。下面是一个应用 SELinux 标签的例子:

...
securityContext:
  seLinuxOptions:
    level: "s0:c123,c456"
说明: 要指定 SELinux,需要在宿主操作系统中装载 SELinux 安全性模块。

讨论

Pod 的安全上下文适用于 Pod 中的容器,也适用于 Pod 所挂载的卷(如果有的话)。 尤其是,fsGroupseLinuxOptions 按下面的方式应用到挂载卷上:

  • fsGroup:支持属主管理的卷会被修改,将其属主变更为 fsGroup 所指定的 GID, 并且对该 GID 可写。进一步的细节可参阅 属主变更设计文档

  • seLinuxOptions:支持 SELinux 标签的卷会被重新打标签,以便可被 seLinuxOptions 下所设置的标签访问。通常你只需要设置 level 部分。 该部分设置的是赋予 Pod 中所有容器及卷的 多类别安全性(Multi-Category Security,MCS)标签。

    警告: 在为 Pod 设置 MCS 标签之后,所有带有相同标签的 Pod 可以访问该卷。 如果你需要跨 Pod 的保护,你必须为每个 Pod 赋予独特的 MCS 标签。

清理

删除之前创建的所有 Pod:

kubectl delete pod security-context-demo
kubectl delete pod security-context-demo-2
kubectl delete pod security-context-demo-3
kubectl delete pod security-context-demo-4

接下来