探秘 Kubernetes：在本地环境中玩转容器技术

在云计算时代，Kubernetes 已成为云原生技术的真正基石。它是应用程序容器的编排动力源，可跨多个集群自动部署、扩展和运行容器。Kubernetes 不仅仅是一个流行词，它还是一种模式转变，是现代软件可扩展性和敏捷性的基础。

虽然 Kubernetes 经常与云原生联系在一起，但它对本地基础设施的适应性证明了它的多功能性。出于监管、安全或数据主权等原因而偏好或要求本地的公司越来越多地转向 Kubernetes，以便在其受控环境中利用云原生功能。

事实证明，Kubernetes 已经被证实能够弥合传统设置与云原生实践所倡导的动态、面向服务架构之间的差距。CNCF 在 2022 年的调查中对这一趋势进行了分析，强调了 Kubernetes 在本地环境中的应用日益增多。在初创企业中，22% 的企业使用私有云作为 Kubernetes 基础架构，而在员工人数超过 5000 人的大型企业中，这一比例为 15%。

本文旨在为技术从业人员提供有关在本地环境中确保 Kubernetes 安全的深刻见解。

Kubernetes：架起本地与云原生的桥梁

Kubernetes 的核心是一个不受特定平台限制的容器编排系统。它设计用于在任何地方运行——从本地开发机器到云中的大规模生产环境，以及最重要的本地数据中心。本地 Kubernetes 并不是云计算的简单移植，而是专门为解决企业私有基础设施的独特限制和可能性而量身定制的。

Kubernetes 是这些环境中传统做法与云原生创新的融合点。它为本地基础架构提供了灵活性，使其能够以通常与云相关的速度和敏捷性部署应用程序，同时保持企业本地解决方案所特有的治理、合规性和安全性要求。

本地用户采用云原生方法的好处

在本地采用 Kubernetes 有很多好处。它使团队能够：

• 利用容器化和 Kubernetes 强大的编排功能，更快地部署应用程序

• 根据应用需求动态扩展资源，就像在云中一样

• 利用 Kubernetes 的自愈功能简化操作，例如自动重启故障容器和分配负载，以保持服务的连续性

• 通过更有效地管理底层基础设施提高资源利用率，确保应用程序使用最佳资源量

这些优势不仅仅是理论上的。它们代表着在生产率、成本效益和敏捷性方面的切实收益，可对组织的运维动态产生重大影响。

本地基础设施适应云原生实践的挑战

在本地采用 Kubernetes 会面临一系列独特的挑战。

缺乏云供应商管理

与云托管解决方案不同，大多数本地的设置都不由云供应商直接管理。这就意味着，Kubernetes 集群的设置往往需要深入了解和手动配置，需要更多的实践和经验。

硬件管理

与云环境相比，本地基础设施需要手动配置和管理硬件；这可能既耗时又耗费资源。

网络复杂性

在本地为 Kubernetes 设置网络更为复杂，经常需要与现有网络基础设施进行深度整合；企业还必须应对覆盖网络和 ingress 控制等挑战。

虽然 ingress 控制是云原生环境的一个常见方面，但其在本地中的实施带来了特定的挑战。在这些环境中，必须对 ingress 进行精心配置，以便与现有网络架构无缝协作，通常包括遗留系统和自定义配置。

存储注意事项

必须仔细管理本地环境中的持久性存储，便于为有状态应用程序提供所需的稳健性；这通常需要与现有的 SAN/NAS 解决方案或分布式存储系统进行整合。

这些挑战凸显了对本地 Kubernetes 采取细致方法的必要性，这种方法既要尊重对基础设施和专业知识的现有投资，又要朝着更加敏捷和自动化的未来发展。

Kubernetes 如何满足本地的特定需求

Kubernetes 并非一成不变的实体；它是一个不断发展的生态系统，能够适应用户的需求。为了满足本地环境的特定需求，Kubernetes 不断发展，支持各种附加组件和集成，包括：

• 可定制的网络解决方案：Calico、Flannel 和 Weave 等工具提供了灵活的网络选项，可根据本地的具体需求进行定制。

• 存储协调：Kubernetes 支持一系列存储解决方案，包括本地存储、网络文件系统（NFS），以及通过容器存储接口（CSI）提供的更复杂的动态配置选项。

• 可扩展性和定制化：Operators 和自定义资源定义（CRD）使企业能够使用自定义资源和管理逻辑扩展 Kubernetes，为本地提供必要的控制。

通过这些功能和其他功能，Kubernetes 不仅弥合了本地和云环境之间的差距，而且还实现了一种弹性和适应变化的基础设施管理新模式。

托管 Kubernetes 服务：简化本地管理

在不断壮大的服务提供商生态系统的支持下，本地数据中心已开始采用 Kubernetes。在云服务提供商（CSP）提供托管 Kubernetes 解决方案的同时，Rancher/SUSE、VMware vSphere 和 Red Hat OpenShift 等专业实体也丰富了本地环境。这些提供商将 Kubernetes 的覆盖范围扩展到云之外，将其优势带入数据中心。

Giant Swarm 和 Platform9 等众多规模较小、云中立的公司也为这种多样性做出了贡献，它们针对本地需求提供完全托管的体验。这些解决方案旨在减轻运维负担，提供兼顾本地控制与云便利性的 Kubernetes 体验。

此外，主要的 CSP 也提供本地，即 Google Cloud Anthos、Azure Arc 和 Amazon EKS Anywhere。这些解决方案对于在云中运行由 CSP 管理的 Kubernetes 并将其扩展到本地，从而有效创建混合云解决方案的企业来说非常有吸引力。但是，这些解决方案并不是 air-gapped 环境的最佳解决方案。

驾驭内部部署 Kubernetes 的复杂性

托管 Kubernetes 服务正日益成为企业在内部采用 Kubernetes 的网关，而无需复杂地设置和维护整个堆栈。这些服务通常提供：

• 简化安装和升级，通过自动化流程简化 Kubernetes 集群的设置和维护

• 增强的安全功能，提供开箱即用的强大安全配置，这对本地至关重要

• 支持多集群运维，从而实现跨多个集群（无论是本地部署还是云中部署）的治理和运维效率

• 获取专业知识和支持，指导企业完成错综复杂的 Kubernetes 操作

本地 Kubernetes 中的关键管理方面

保护本地 Kubernetes 环境需要保护各种系统组件。让我们回顾一下需要严格安全措施的关键领域，以及保护 Kubernetes 基础架构的最佳实践。

etcd 加密：Kubernetes 安全的基石

etcd 数据库是 Kubernetes 集群的核心，存储着所有系统和服务状态。确保 etcd 的安全并非可有可无，而是势在必行。对静态的 etcd 数据进行加密可以防止未经授权访问这些敏感信息，是一项基本的安全实践。

设置 etcd 加密的原则和应避免的陷阱

• 利用 Kubernetes 对静态数据加密的内置支持，在保存敏感资源之前对其进行加密。

• 采用强大的

• 加密标准，如 AES-CBC 或 AES-GCM 算法，以确保数据的机密性。

• 避免长期使用同一加密密钥。定期轮换密钥，最大限度地降低与密钥泄露相关的风险。

• 确保 etcd 数据库的备份也经过加密。不安全的备份可能与未加密的数据库一样脆弱。

保护 API 服务器：基础知识之外

Kubernetes API 服务器是集群的开端，因此其安全配置是重中之重。

加固 API 服务器配置的指导原则

• 执行身份验证和授权机制，并添加本地 RBAC（基于角色的访问控制）层，确保只有经过许可的用户和服务才能访问集群并在上执行操作。

• 启用审计日志，全面记录向 API 服务器发出的所有请求，这对事故后分析至关重要。

• 实施监控解决方案，监视可疑活动或配置异常。

• 定期审核 API 服务器日志，并使用 Falco 或 kube-bench 等工具进行持续安全评估。

kubelet 配置：确保节点完整性

kubelet 是主要的节点代理。它管理每个节点的状态，确保容器正常运行。

kubelet 安全配置的最佳实践

• 使用 TLS 加密技术确保 kubelet 与 API 服务器之间的通信安全。

• 通过尽量减少使用特权容器和 Pod Security Admission 来限制 kubelet 的权限。

• 为 kubelet 实施自动更新流程，确保其运行最新、最安全的版本。

• 使用 kured 或强大的 CI/CD 流水线等工具自动管理这些更新。

组件间通信：使用 TLS 保障安全

确保 Kubernetes 组件之间的通信安全对于防止中间人攻击和未经授权的数据访问至关重要。

组件（API 服务器、调度器、控制器管理器等）必须通过安全通道进行通信，以确保其交互的完整性和保密性。

为组件间通信实施 TLS

• 对集群内的所有通信路径采用 TLS。确保所有组件都验证与之通信的组件的 TLS 证书。

• 使用强大的密码套件和最新版本的 TLS（目前为 1.3），以确保最稳健的加密。

• 为所有服务间通信部署相互 TLS (mTLS)，以执行通信的双向验证。

• 自动轮换 TLS 证书，降低泄密风险。

• 利用 cert-manager 等工具管理集群内的证书发放和轮换。

接下来的讨论将扩展到高级安全措施，以进一步了解如何加强本地 Kubernetes 集群的安全态势。也就是实施强大的 TLS 协议、密钥轮换实践以及在动态环境中保持高安全标准。

Kubernetes 的高级安全措施

在像 Kubernetes 这样的动态环境中，容器会不断被创建和销毁，因此需要不断保持警惕，以维持高安全标准。

领先于安全漏洞的策略

• 实施可实时检测漏洞的持续安全监控解决方案。

• 订阅安全公告，随时了解与 Kubernetes 和容器技术相关的新漏洞和补丁。

使用准入控制器执行安全策略

• Kubernetes 中的准入控制器允许企业在整个集群生命周期内定义并执行治理和最佳实践。

• 它们可以限制不符合组织安全策略的操作，例如防止创建具有较高权限的容器。

持续安全评估：定期审计的工具和实践

• 使用 Kubescape 或 ARMO Platform 等工具定期进行安全评估，这些工具可以扫描漏洞、错误配置以及是否符合安全策略。

• 定期进行渗透测试和安全审计，以发现自动化工具可能遗漏的潜在弱点。

结论：充分利用本地的 Kubernetes

企业必须将 Kubernetes 视为战略资产。本地用户可从 Kubernetes 提供的敏捷性、可扩展性和弹性中受益，使他们能够在数字经济中竞争，同时满足严格的安全性和合规性要求。它促进了与现有基础设施无缝集成的云原生方法，缩小了新旧、传统与创新之间的差距。

对于愿意投资于 Kubernetes 潜力的企业来说，在本地 Kubernetes 可以带来变革。有了正确的方法、工具和思维方式，Kubernetes 可以推动您的本地基础架构进入云原生计算的未来。