为 Pod 或容器配置安全上下文

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：

• 自主访问控制（Discretionary Access Control）： 基于用户 ID（UID）和组 ID（GID） 来判定对对象（例如文件）的访问权限。

• 安全性增强的 Linux（SELinux）： 为对象赋予安全性标签。

• 以特权模式或者非特权模式运行。

• Linux 权能: 为进程赋予 root 用户的部分特权而非全部特权。

• AppArmor：使用程序配置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。 当容器满足一下条件之一时，allowPrivilegeEscalation 总是为 true：

  • 以特权模式运行，或者
  • 具有 CAP_SYS_ADMIN 权能

• 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。

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。 建议在至少有两个节点的集群上运行本教程，且这些节点不作为控制平面主机。 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：

• Killercoda
• 玩转 Kubernetes

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：

pods/security/security-context.yaml

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:1.28
    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

输出类似于：

uid=1000 gid=3000 groups=2000

从输出中你会看到 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

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"

将卷权限和所有权更改委派给 CSI 驱动程序

如果你部署了一个容器存储接口 (CSI) 驱动，而该驱动支持 VOLUME_MOUNT_GROUP NodeServiceCapability， 在 securityContext 中指定 fsGroup 来设置文件所有权和权限的过程将由 CSI 驱动而不是 Kubernetes 来执行。在这种情况下，由于 Kubernetes 不执行任何所有权和权限更改， fsGroupChangePolicy 不会生效，并且按照 CSI 的规定，CSI 驱动应该使用所指定的 fsGroup 来挂载卷，从而生成了一个对 fsGroup 可读/可写的卷.

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，会重写 Pod 层面的设置。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：

pods/security/security-context-2.yaml

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 运行。该值是在 Container 的 runAsUser 中设置的。 该设置值重写了 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，看一下不包含 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：

pods/security/security-context-3.yaml

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_ADMIN 和 CAP_SYS_TIME 权能：

pods/security/security-context-4.yaml

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。

为容器设置 Seccomp 配置

若要为容器设置 Seccomp 配置（Profile），可在你的 Pod 或 Container 清单的 securityContext 节中包含 seccompProfile 字段。该字段是一个 SeccompProfile 对象，包含 type 和 localhostProfile 属性。 type 的合法选项包括 RuntimeDefault、Unconfined 和 Localhost。 localhostProfile 只能在 type: Localhost 配置下才可以设置。 该字段标明节点上预先设定的配置的路径，路径是相对于 kubelet 所配置的 Seccomp 配置路径（使用 --root-dir 设置）而言的。

下面是一个例子，设置容器使用节点上容器运行时的默认配置作为 Seccomp 配置：

...
securityContext:
  seccompProfile:
    type: RuntimeDefault

下面是另一个例子，将 Seccomp 的样板设置为位于 <kubelet-根目录>/seccomp/my-profiles/profile-allow.json 的一个预先配置的文件。

...
securityContext:
  seccompProfile:
    type: Localhost
    localhostProfile: my-profiles/profile-allow.json

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"

高效重打 SELinux 卷标签

默认情况下，容器运行时递归地将 SELinux 标签赋予所有 Pod 卷上的所有文件。 为了加快该过程，Kubernetes 使用挂载可选项 -o context=<label> 可以立即改变卷的 SELinux 标签。

要使用这项加速功能，必须满足下列条件：

• 必须启用 Alpha 特性门控 ReadWriteOncePod 和 SELinuxMountReadWriteOncePod。

• Pod 必须以 accessModes: ["ReadWriteOncePod"] 模式使用 PersistentVolumeClaim。

• Pod（或其中使用 PersistentVolumeClaim 的所有容器）必须设置 seLinuxOptions。

• 对应的 PersistentVolume 必须是使用 {< glossary_tooltip text="CSI" term_id="csi" >}} 驱动程序的卷，或者是传统的 iscsi 卷类型的卷。
  • 如果使用基于 CSI 驱动程序的卷，CSI 驱动程序必须能够通过在 CSIDriver 实例中设置 spec.seLinuxMount: true 以支持 -o context 挂载。

对于所有其他卷类型，重打 SELinux 标签的方式有所不同： 容器运行时为卷中的所有节点（文件和目录）递归地修改 SELinux 标签。 卷中的文件和目录越多，重打标签需要耗费的时间就越长。

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，fsGroup 和 seLinuxOptions 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。

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

• PodSecurityContext API 定义
• SecurityContext API 定义
• 使用最新的安全性增强来调优 Docker（英文）
• 安全上下文的设计文档（英文）
• 属主管理的设计文档（英文）
• Pod 安全性准入
• AllowPrivilegeEscalation 的设计文档（英文）
• 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（注意：部分信息已过时）。