探秘Kubernetes：在本地環境中玩轉容器技術

在雲端計算時代，Kubernetes 已成為雲原生技術的真正基石。它是應用程式容器的編排動力源，可跨多個叢集自動部署、擴充套件和執行容器。Kubernetes 不僅僅是一個流行詞，它還是一種模式轉變，是現代軟體可擴充套件性和敏捷性的基礎。

雖然 Kubernetes 經常與雲原生聯絡在一起，但它對本地基礎設施的適應性證明了它的多功能性。出於監管、安全或資料主權等原因而偏好或要求本地的公司越來越多地轉向 Kubernetes，以便在其受控環境中利用雲原生功能。

事實證明，Kubernetes 已經被證實能夠彌合傳統設定與雲原生實踐所倡導的動態、面向服務架構之間的差距。CNCF 在2022年的調查中對這一趨勢進行了分析，強調了Kubernetes在本地環境中的應用日益增多。在初創企業中，22% 的企業使用私有云作為 Kubernetes 基礎架構，而在員工人數超過 5000 人的大型企業中，這一比例為 15%。

本文旨在為技術從業人員提供有關在本地環境中確保 Kubernetes 安全的深刻見解。

Kubernetes：架起本地與雲原生的橋樑

Kubernetes 的核心是一個不受特定平臺限制的容器編排系統。它設計用於在任何地方執行——從本地開發機器到雲中的大規模生產環境，以及最重要的本地資料中心。本地 Kubernetes 並不是雲端計算的簡單移植，而是專門為解決企業私有基礎設施的獨特限制和可能性而量身定製的。

Kubernetes 是這些環境中傳統做法與雲原生創新的融合點。它為本地基礎架構提供了靈活性，使其能夠以通常與雲相關的速度和敏捷性部署應用程式，同時保持企業本地解決方案所特有的治理、合規性和安全性要求。

本地使用者採用雲原生方法的好處

在本地採用 Kubernetes 有很多好處。它使團隊能夠：

• 利用容器化和 Kubernetes 強大的編排功能，更快地部署應用程式

• 根據應用需求動態擴充套件資源，就像在雲中一樣

• 利用 Kubernetes 的自愈功能簡化操作，例如自動重啟故障容器和分配負載，以保持服務的連續性

• 透過更有效地管理底層基礎設施提高資源利用率，確保應用程式使用最佳資源量

這些優勢不僅僅是理論上的。它們代表著在生產率、成本效益和敏捷性方面的切實收益，可對組織的運維動態產生重大影響。

本地基礎設施適應雲原生實踐的挑戰

在本地採用 Kubernetes 會面臨一系列獨特的挑戰。

缺乏雲供應商管理

與雲託管解決方案不同，大多數本地的設定都不由雲供應商直接管理。這就意味著，Kubernetes 叢集的設定往往需要深入瞭解和手動配置，需要更多的實踐和經驗。

硬體管理

與雲環境相比，本地基礎設施需要手動配置和管理硬體；這可能既耗時又耗費資源。

網路複雜性

在本地為 Kubernetes 設定網路更為複雜，經常需要與現有網路基礎設施進行深度整合；企業還必須應對覆蓋網路和 ingress 控制等挑戰。

雖然ingress 控制是雲原生環境的一個常見方面，但其在本地中的實施帶來了特定的挑戰。在這些環境中，必須對 ingress 進行精心配置，以便與現有網路架構無縫協作，通常包括遺留系統和自定義配置。

儲存注意事項

必須仔細管理本地環境中的永續性儲存，便於為有狀態應用程式提供所需的穩健性；這通常需要與現有的 SAN/NAS 解決方案或分散式儲存系統進行整合。

這些挑戰凸顯了對本地 Kubernetes 採取細緻方法的必要性，這種方法既要尊重對基礎設施和專業知識的現有投資，又要朝著更加敏捷和自動化的未來發展。

Kubernetes 如何滿足本地的特定需求

Kubernetes 並非一成不變的實體；它是一個不斷髮展的生態系統，能夠適應使用者的需求。為了滿足本地環境的特定需求，Kubernetes 不斷髮展，支援各種附加元件和整合，包括：

• 可定製的網路解決方案：Calico、Flannel 和 Weave 等工具提供了靈活的網路選項，可根據本地的具體需求進行定製。

• 儲存協調：Kubernetes 支援一系列儲存解決方案，包括本地儲存、網路檔案系統（NFS），以及透過容器儲存介面（CSI）提供的更復雜的動態配置選項。

• 可擴充套件性和定製化：Operators 和自定義資源定義（CRD）使企業能夠使用自定義資源和管理邏輯擴充套件 Kubernetes，為本地提供必要的控制。

透過這些功能和其他功能，Kubernetes 不僅彌合了本地和雲環境之間的差距，而且還實現了一種彈性和適應變化的基礎設施管理新模式。

託管 Kubernetes 服務：簡化本地管理

在不斷壯大的服務提供商生態系統的支援下，本地資料中心已開始採用 Kubernetes。在雲服務提供商（CSP）提供託管 Kubernetes 解決方案的同時，Rancher/SUSE、VMware vSphere 和 Red Hat OpenShift 等專業實體也豐富了本地環境。這些提供商將 Kubernetes 的覆蓋範圍擴充套件到雲之外，將其優勢帶入資料中心。

Giant Swarm 和 Platform9 等眾多規模較小、雲中立的公司也為這種多樣性做出了貢獻，它們針對本地需求提供完全託管的體驗。這些解決方案旨在減輕運維負擔，提供兼顧本地控制與雲便利性的 Kubernetes 體驗。

此外，主要的 CSP 也提供本地，即 Google Cloud Anthos、Azure Arc 和 Amazon EKS Anywhere。這些解決方案對於在雲中執行由 CSP 管理的 Kubernetes 並將其擴充套件到本地，從而有效建立混合雲解決方案的企業來說非常有吸引力。但是，這些解決方案並不是 air-gapped 環境的最佳解決方案。

駕馭內部部署 Kubernetes 的複雜性

託管 Kubernetes 服務正日益成為企業在內部採用 Kubernetes 的閘道器，而無需複雜地設定和維護整個堆疊。這些服務通常提供：

• 簡化安裝和升級，透過自動化流程簡化 Kubernetes 叢集的設定和維護

• 增強的安全功能，提供開箱即用的強大安全配置，這對本地至關重要

• 支援多叢集運維，從而實現跨多個叢集（無論是本地部署還是雲中部署）的治理和運維效率

• 獲取專業知識和支援，指導企業完成錯綜複雜的 Kubernetes 操作

本地 Kubernetes 中的關鍵管理方面

保護本地 Kubernetes 環境需要保護各種系統元件。讓我們回顧一下需要嚴格安全措施的關鍵領域，以及保護 Kubernetes 基礎架構的最佳實踐。

etcd 加密：Kubernetes 安全的基石

etcd 資料庫是 Kubernetes 叢集的核心，儲存著所有系統和服務狀態。確保 etcd 的安全並非可有可無，而是勢在必行。對靜態的 etcd 資料進行加密可以防止未經授權訪問這些敏感資訊，是一項基本的安全實踐。

設定 etcd 加密的原則和應避免的陷阱

• 利用 Kubernetes 對靜態資料加密的內建支援，在儲存敏感資源之前對其進行加密。

• 採用強大的

• 加密標準，如 AES-CBC 或 AES-GCM 演算法，以確保資料的機密性。

• 避免長期使用同一加密金鑰。定期輪換金鑰，最大限度地降低與金鑰洩露相關的風險。

• 確保 etcd 資料庫的備份也經過加密。不安全的備份可能與未加密的資料庫一樣脆弱。

保護 API 伺服器：基礎知識之外

Kubernetes API 伺服器是叢集的開端，因此其安全配置是重中之重。

加固 API 伺服器配置的指導原則

• 執行身份驗證和授權機制，並新增本地 RBAC（基於角色的訪問控制）層，確保只有經過許可的使用者和服務才能訪問叢集並在上執行操作。

• 啟用審計日誌，全面記錄向 API 伺服器發出的所有請求，這對事故後分析至關重要。

• 實施監控解決方案，監視可疑活動或配置異常。

• 定期稽核 API 伺服器日誌，並使用 Falco 或 kube-bench 等工具進行持續安全評估。

kubelet 配置：確保節點完整性

kubelet 是主要的節點代理。它管理每個節點的狀態，確保容器正常執行。

kubelet 安全配置的最佳實踐

• 使用 TLS 加密技術確保 kubelet 與 API 伺服器之間的通訊安全。

• 透過儘量減少使用特權容器和 Pod Security Admission 來限制 kubelet 的許可權。

• 為 kubelet 實施自動更新流程，確保其執行最新、最安全的版本。

• 使用 kured 或強大的 CI/CD 流水線等工具自動管理這些更新。

元件間通訊：使用 TLS 保障安全

確保 Kubernetes 元件之間的通訊安全對於防止中間人攻擊和未經授權的資料訪問至關重要。

元件（API 伺服器、排程器、控制器管理器等）必須透過安全通道進行通訊，以確保其互動的完整性和保密性。

為元件間通訊實施 TLS

• 對叢集內的所有通訊路徑採用 TLS。確保所有元件都驗證與之通訊的元件的 TLS 證書。

• 使用強大的密碼套件和最新版本的 TLS（目前為 1.3），以確保最穩健的加密。

• 為所有服務間通訊部署相互 TLS (mTLS)，以執行通訊的雙向驗證。

• 自動輪換 TLS 證書，降低洩密風險。

• 利用 cert-manager 等工具管理叢集內的證書發放和輪換。

接下來的討論將擴充套件到高階安全措施，以進一步瞭解如何加強本地 Kubernetes 叢集的安全態勢。也就是實施強大的 TLS 協議、金鑰輪換實踐以及在動態環境中保持高安全標準。

Kubernetes 的高階安全措施

在像 Kubernetes 這樣的動態環境中，容器會不斷被建立和銷燬，因此需要不斷保持警惕，以維持高安全標準。

領先於安全漏洞的策略

• 實施可實時檢測漏洞的持續安全監控解決方案。

• 訂閱安全公告，隨時瞭解與 Kubernetes 和容器技術相關的新漏洞和補丁。

使用准入控制器執行安全策略

• Kubernetes 中的准入控制器允許企業在整個叢集生命週期內定義並執行治理和最佳實踐。

• 它們可以限制不符合組織安全策略的操作，例如防止建立具有較高許可權的容器。

持續安全評估：定期審計的工具和實踐

• 使用 Kubescape 或 ARMO Platform 等工具定期進行安全評估，這些工具可以掃描漏洞、錯誤配置以及是否符合安全策略。

• 定期進行滲透測試和安全審計，以發現自動化工具可能遺漏的潛在弱點。

結論：充分利用本地的 Kubernetes

企業必須將 Kubernetes 視為戰略資產。本地使用者可從 Kubernetes 提供的敏捷性、可擴充套件性和彈性中受益，使他們能夠在數字經濟中競爭，同時滿足嚴格的安全性和合規性要求。它促進了與現有基礎設施無縫整合的雲原生方法，縮小了新舊、傳統與創新之間的差距。

對於願意投資於 Kubernetes 潛力的企業來說，在本地 Kubernetes 可以帶來變革。有了正確的方法、工具和思維方式，Kubernetes 可以推動您的本地基礎架構進入雲原生計算的未來。