基於 KubeSphere 的分級管理實踐

作者：許偉，航天網信研發工程師

K8s 是容器編排和分佈式應用部署領域的領導者，在 K8s 環境中，我們只需要關心應用的業務邏輯，減輕了我們服務器網絡以及存儲等方面的管理負擔。對於一個用戶而言，K8s 是一個很複雜的容器編排平臺，學習成本非常高。KubeSphere 抽象了底層的 K8s，並進行了高度的產品化，構建了一個全棧的多租戶容器雲平臺，爲用戶提供了一個健壯、安全、功能豐富、具備極致體驗的 Web 控制檯，解決了 K8s 使用門檻高和雲原生生態工具龐雜等痛點，使我們可以專注於業務的快速迭代，其多維度的數據監控，對於問題的定位，提供了很大的幫助。

爲什麼要在 KuberSphere 上實現分級管理

在 KubeSphere 中，資源可以在租戶之間共享，根據分配的不同角色，可以對各種資源進行操作。租戶與資源之間、資源與資源之間的自由度很高，權限粒度也比較大。在我們的系統中，資源是有權限等級的，像是低等級用戶可以通過邀請、賦予權限等操作來操作高等級資源，或者像是低等級項目中的 Pod 可以調度到高等級的節點上，對資源。諸如此類跨等級操作資源等問題，我們在 KubeSphere 基礎上來實現了分級管理。

什麼是分級體系

分級，顧名思義就是按照既定的標準對整體進行分解、分類。我們將其抽象成一個金字塔模型，從地基到塔頂會有很多個層級，我們將公共資源作爲金字塔的地基，擁有最高權限的 admin 作爲塔頂，其他資源按照權限等級劃分成不同等級。低層級資源是不能訪問高等級資源，高等級資源可以獲取它等級之下的所有資源，構建了這樣一個權益遞減、層級間隔離的分級體系。

如何實現分級管理

我們定義了一個代表等級的標籤 kubernetes.io/level。以一個多節點的集羣爲例，首先我們會給用戶、企業空間、節點等資源打上代表等級的標籤。在邀請用戶加入企業空間或者項目時，要求加入的企業空間或者項目的等級不得高於用戶的等級，同樣項目在綁定企業空間時，也要求項目的等級不得高於企業空間的等級，才能對資源進行納管；我們認爲同一項目下的資源的等級是相同的，基於項目創建的負載、Pod、服務等資源的等級跟項目保持一致；同時 Pod 中加入節點親和性，以使 Pod 調度到不高於其權限等級的節點上。

例如這裏，我們創建了一個權限等級是 3 的用戶 demo-user，他可以加入權限等級不高於3的企業空間或者項目中。

kind: User
apiVersion: iam.kubesphere.io/v1alpha2
metadata:
  name: demo-user
  labels:
    kubernetes.io/level: 3
spec:
  email: [email protected]

創建一個權限等級是 2 的項目 demo-ns，那麼基於項目創建的負載、Pod、存儲等資源的權限等級也是 2。

apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
   name: demo-ns
   labels:
     kubernetes.io/level: 2

基於 demo-ns 項目創建了一個nginx 的 Pod，他的權限等級也是 2，同時加入節點親和性，要求其調度到權限等級不高於 2 的節點上。

apiVersion: apps/v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    kubernetes.io/level: 2
  name: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    ports:
    - containerPort: 80
      protocol: TCP
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
       nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/level
            operator: Lt
            values:
            - 2
        - matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/level
            operator: In
            values:
            - 2

如何實現資源的升降級

在分級管理體系中，支持等級的無限劃分，只需要定義一箇中間值，就可以在兩個等級之間插入一個新的等級，無需操作其他資源；在對資源進行升降級時，只需要修改對應資源的 label 標籤，就可以對資源進行升降級操作。當然，在對資源進行升降級的時候，我們需要對資源進行檢測，保證升級時，其上層資源的權限等級不得低於目標等級；同時，降級時，其下層資源的權限等級不得高於目標等級。在不滿足升降級操作條件時，需要將對應資源也做相應調整纔可以。

不同層級間 Pod 的網絡隔離

在分級體系中，我們要求高等級的 Pod 能訪問低等級的 Pod，但是低等級的 Pod 不能訪問高等級的 Pod，那我們需要如何保證不同層級間 Pod 的網絡通信呢。

項目在不開啓網絡隔離的情況下，Pod 間的網絡是互通的，所以這裏會新增一個黑名單的網絡策略。

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: deny-all
  namespace: demo-ns
  labels:
    kubernetes.io/level: 2
spec:
  podSelector: {}
  policyTypes:
  - Ingress

podSelector:{} 作用於項目中所有 Pod，阻止所有流量的流入。

然後放行標籤等級大於目標等級（這裏是 2）的流量流入（我們對 Ingress 流量沒有做限制）。

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: level-match-network-policy
  namespace: demo-ns
  labels:
    kubernetes.io/level: 2
spec:
  podSelector:
    matchExpressions:
    - key: kubernetes.io/level
      operator: Gt
      values:
      - 2
  policyTypes:
  - Ingress

總結

KubeSphere 解決了用戶構建、部署、管理和可觀測性等方面的痛點，它的資源可以在多個租戶之間共享。但是在資源有權限等級的場景中，低等級資源可以操作高等級資源，造成資源越權管理的問題。爲解決這一問題，我們在 KubeSphere 的基礎上進行了改造，以適應租戶與資源之間和資源與資源之間的分級管理，同時在項目的網絡策略中，增加黑名單和白名單策略，增強了項目間的網絡隔離，讓資源的管理更安全。

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