技术文章摘抄

26 基于角色的权限控制：RBAC

你好，我是张磊。今天我和你分享的主题是：基于角色的权限控制之RBAC。

在前面的文章中，我已经为你讲解了很多种Kubernetes内置的编排对象，以及对应的控制器模式的实现原理。此外，我还剖析了自定义API资源类型和控制器的编写方式。

这时候，你可能已经冒出了这样一个想法：控制器模式看起来好像也不难嘛，我能不能自己写一个编排对象呢？

答案当然是可以的。而且，这才是Kubernetes项目最具吸引力的地方。

毕竟，在互联网级别的大规模集群里，Kubernetes内置的编排对象，很难做到完全满足所有需求。所以，很多实际的容器化工作，都会要求你设计一个自己的编排对象，实现自己的控制器模式。

而在Kubernetes项目里，我们可以基于插件机制来完成这些工作，而完全不需要修改任何一行代码。

不过，你要通过一个外部插件，在Kubernetes里新增和操作API对象，那么就必须先了解一个非常重要的知识：RBAC。

我们知道，Kubernetes中所有的API对象，都保存在Etcd里。可是，对这些API对象的操作，却一定都是通过访问kube-apiserver实现的。其中一个非常重要的原因，就是你需要APIServer来帮助你做授权工作。

而在Kubernetes项目中，负责完成授权（Authorization）工作的机制，就是RBAC：基于角色的访问控制（Role-Based Access Control）。

如果你直接查看Kubernetes项目中关于RBAC的文档的话，可能会感觉非常复杂。但实际上，等到你用到这些RBAC的细节时，再去查阅也不迟。

而在这里，我只希望你能明确三个最基本的概念。

  1. Role：角色，它其实是一组规则，定义了一组对Kubernetes API对象的操作权限。

  2. Subject：被作用者，既可以是“人”，也可以是“机器”，也可以是你在Kubernetes里定义的“用户”。

  3. RoleBinding：定义了“被作用者”和“角色”的绑定关系。

而这三个概念，其实就是整个RBAC体系的核心所在。

我先来讲解一下Role。

实际上，Role本身就是一个Kubernetes的API对象，定义如下所示：

kind: Role
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  namespace: mynamespace
  name: example-role
rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["pods"]
  verbs: ["get", "watch", "list"]

首先，这个Role对象指定了它能产生作用的Namepace是：mynamespace。

Namespace是Kubernetes项目里的一个逻辑管理单位。不同Namespace的API对象，在通过kubectl命令进行操作的时候，是互相隔离开的。

比如，kubectl get pods -n mynamespace。

当然，这仅限于逻辑上的“隔离”，Namespace并不会提供任何实际的隔离或者多租户能力。而在前面文章中用到的大多数例子里，我都没有指定Namespace，那就是使用的是默认Namespace：default。

然后，这个Role对象的rules字段，就是它所定义的权限规则。在上面的例子里，这条规则的含义就是：允许“被作用者”，对mynamespace下面的Pod对象，进行GET、WATCH和LIST操作。

那么，这个具体的“被作用者”又是如何指定的呢？这就需要通过RoleBinding来实现了。

当然，RoleBinding本身也是一个Kubernetes的API对象。它的定义如下所示：

kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: example-rolebinding
  namespace: mynamespace
subjects:
- kind: User
  name: example-user
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: Role
  name: example-role
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

可以看到，这个RoleBinding对象里定义了一个subjects字段，即“被作用者”。它的类型是User，即Kubernetes里的用户。这个用户的名字是example-user。

可是，在Kubernetes中，其实并没有一个叫作“User”的API对象。而且，我们在前面和部署使用Kubernetes的流程里，既不需要User，也没有创建过User。

这个User到底是从哪里来的呢？

实际上，Kubernetes里的“User”，也就是“用户”，只是一个授权系统里的逻辑概念。它需要通过外部认证服务，比如Keystone，来提供。或者，你也可以直接给APIServer指定一个用户名、密码文件。那么Kubernetes的授权系统，就能够从这个文件里找到对应的“用户”了。当然，在大多数私有的使用环境中，我们只要使用Kubernetes提供的内置“用户”，就足够了。这部分知识，我后面马上会讲到。

接下来，我们会看到一个roleRef字段。正是通过这个字段，RoleBinding对象就可以直接通过名字，来引用我们前面定义的Role对象（example-role），从而定义了“被作用者（Subject）”和“角色（Role）”之间的绑定关系。

需要再次提醒的是，Role和RoleBinding对象都是Namespaced对象（Namespaced Object），它们对权限的限制规则仅在它们自己的Namespace内有效，roleRef也只能引用当前Namespace里的Role对象。

那么，对于非Namespaced（Non-namespaced）对象（比如：Node），或者，某一个Role想要作用于所有的Namespace的时候，我们又该如何去做授权呢？

这时候，我们就必须要使用ClusterRole和ClusterRoleBinding这两个组合了。这两个API对象的用法跟Role和RoleBinding完全一样。只不过，它们的定义里，没有了Namespace字段，如下所示：

kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: example-clusterrole
rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["pods"]
  verbs: ["get", "watch", "list"]


kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: example-clusterrolebinding
subjects:
- kind: User
  name: example-user
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: example-clusterrole
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

上面的例子里的ClusterRole和ClusterRoleBinding的组合，意味着名叫example-user的用户，拥有对所有Namespace里的Pod进行GET、WATCH和LIST操作的权限。

更进一步地，在Role或者ClusterRole里面，如果要赋予用户example-user所有权限，那你就可以给它指定一个verbs字段的全集，如下所示：

verbs: ["get", "list", "watch", "create", "update", "patch", "delete"]

这些就是当前Kubernetes（v1.11）里能够对API对象进行的所有操作了。

类似地，Role对象的rules字段也可以进一步细化。比如，你可以只针对某一个具体的对象进行权限设置，如下所示：

rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["configmaps"]
  resourceNames: ["my-config"]
  verbs: ["get"]

这个例子就表示，这条规则的“被作用者”，只对名叫“my-config”的ConfigMap对象，有进行GET操作的权限。

而正如我前面介绍过的，在大多数时候，我们其实都不太使用“用户”这个功能，而是直接使用Kubernetes里的“内置用户”。

这个由Kubernetes负责管理的“内置用户”，正是我们前面曾经提到过的：ServiceAccount。

接下来，我通过一个具体的实例来为你讲解一下为ServiceAccount分配权限的过程。

首先，我们要定义一个ServiceAccount。它的API对象非常简单，如下所示：

apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  namespace: mynamespace
  name: example-sa

可以看到，一个最简单的ServiceAccount对象只需要Name和Namespace这两个最基本的字段。

然后，我们通过编写RoleBinding的YAML文件，来为这个ServiceAccount分配权限：

kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: example-rolebinding
  namespace: mynamespace
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: example-sa
  namespace: mynamespace
roleRef:
  kind: Role
  name: example-role
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

可以看到，在这个RoleBinding对象里，subjects字段的类型（kind），不再是一个User，而是一个名叫example-sa的ServiceAccount。而roleRef引用的Role对象，依然名叫example-role，也就是我在这篇文章一开始定义的Role对象。

接着，我们用kubectl命令创建这三个对象：

$ kubectl create -f svc-account.yaml
$ kubectl create -f role-binding.yaml
$ kubectl create -f role.yaml

然后，我们来查看一下这个ServiceAccount的详细信息：

$ kubectl get sa -n mynamespace -o yaml
- apiVersion: v1
  kind: ServiceAccount
  metadata:
    creationTimestamp: 2018-09-08T12:59:17Z
    name: example-sa
    namespace: mynamespace
    resourceVersion: "409327"
    ...
  secrets:
  - name: example-sa-token-vmfg6

可以看到，Kubernetes会为一个ServiceAccount自动创建并分配一个Secret对象，即：上述ServiceAcount定义里最下面的secrets字段。

这个Secret，就是这个ServiceAccount对应的、用来跟APIServer进行交互的授权文件，我们一般称它为：Token。Token文件的内容一般是证书或者密码，它以一个Secret对象的方式保存在Etcd当中。

这时候，用户的Pod，就可以声明使用这个ServiceAccount了，比如下面这个例子：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  namespace: mynamespace
  name: sa-token-test
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.7.9
  serviceAccountName: example-sa

在这个例子里，我定义了Pod要使用的要使用的ServiceAccount的名字是：example-sa。

等这个Pod运行起来之后，我们就可以看到，该ServiceAccount的token，也就是一个Secret对象，被Kubernetes自动挂载到了容器的/var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount目录下，如下所示：

$ kubectl describe pod sa-token-test -n mynamespace
Name:               sa-token-test
Namespace:          mynamespace
...
Containers:
  nginx:
    ...
    Mounts:
      /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount from example-sa-token-vmfg6 (ro)

这时候，我们可以通过kubectl exec查看到这个目录里的文件：

$ kubectl exec -it sa-token-test -n mynamespace -- /bin/bash
root@sa-token-test:/# ls /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount
ca.crt namespace  token

如上所示，容器里的应用，就可以使用这个ca.crt来访问APIServer了。更重要的是，此时它只能够做GET、WATCH和LIST操作。因为example-sa这个ServiceAccount的权限，已经被我们绑定了Role做了限制。

此外，我在第15篇文章《深入解析Pod对象（二）：使用进阶》中曾经提到过，如果一个Pod没有声明serviceAccountName，Kubernetes会自动在它的Namespace下创建一个名叫default的默认ServiceAccount，然后分配给这个Pod。

但在这种情况下，这个默认ServiceAccount并没有关联任何Role。也就是说，此时它有访问APIServer的绝大多数权限。当然，这个访问所需要的Token，还是默认ServiceAccount对应的Secret对象为它提供的，如下所示。

$kubectl describe sa default
Name:                default
Namespace:           default
Labels:              <none>
Annotations:         <none>
Image pull secrets:  <none>
Mountable secrets:   default-token-s8rbq
Tokens:              default-token-s8rbq
Events:              <none>

$ kubectl get secret
NAME                  TYPE                                  DATA      AGE
kubernetes.io/service-account-token   3         82d

$ kubectl describe secret default-token-s8rbq
Name:         default-token-s8rbq
Namespace:    default
Labels:       <none>
Annotations:  kubernetes.io/service-account.name=default
              kubernetes.io/service-account.uid=ffcb12b2-917f-11e8-abde-42010aa80002

Type:  kubernetes.io/service-account-token

Data
====
ca.crt:     1025 bytes
namespace:  7 bytes
token:      <TOKEN数据>

可以看到，Kubernetes会自动为默认ServiceAccount创建并绑定一个特殊的Secret：它的类型是kubernetes.io/service-account-token；它的Annotation字段，声明了kubernetes.io/service-account.name=default，即这个Secret会跟同一Namespace下名叫default的ServiceAccount进行绑定。

所以，在生产环境中，我强烈建议你为所有Namespace下的默认ServiceAccount，绑定一个只读权限的Role。这个具体怎么做，就当作思考题留给你了。

除了前面使用的“用户”（User），Kubernetes还拥有“用户组”（Group）的概念，也就是一组“用户”的意思。如果你为Kubernetes配置了外部认证服务的话，这个“用户组”的概念就会由外部认证服务提供。

而对于Kubernetes的内置“用户”ServiceAccount来说，上述“用户组”的概念也同样适用。

实际上，一个ServiceAccount，在Kubernetes里对应的“用户”的名字是：

system:serviceaccount:<Namespace名字>:<ServiceAccount名字>

而它对应的内置“用户组”的名字，就是：

system:serviceaccounts:<Namespace名字>

这两个对应关系，请你一定要牢记。

比如，现在我们可以在RoleBinding里定义如下的subjects：

subjects:
- kind: Group
  name: system:serviceaccounts:mynamespace
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

这就意味着这个Role的权限规则，作用于mynamespace里的所有ServiceAccount。这就用到了“用户组”的概念。

而下面这个例子：

subjects:
- kind: Group
  name: system:serviceaccounts
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

就意味着这个Role的权限规则，作用于整个系统里的所有ServiceAccount。

最后，值得一提的是，在Kubernetes中已经内置了很多个为系统保留的ClusterRole，它们的名字都以system:开头。你可以通过kubectl get clusterroles查看到它们。

一般来说，这些系统ClusterRole，是绑定给Kubernetes系统组件对应的ServiceAccount使用的。

比如，其中一个名叫system:kube-scheduler的ClusterRole，定义的权限规则是kube-scheduler（Kubernetes的调度器组件）运行所需要的必要权限。你可以通过如下指令查看这些权限的列表：

$ kubectl describe clusterrole system:kube-scheduler
Name:         system:kube-scheduler
...
PolicyRule:
  Resources                    Non-Resource URLs Resource Names    Verbs
  ---------                    -----------------  --------------    -----
...
  services                     []                 []                [get list watch]
  replicasets.apps             []                 []                [get list watch]
  statefulsets.apps            []                 []                [get list watch]
  replicasets.extensions       []                 []                [get list watch]
  poddisruptionbudgets.policy  []                 []                [get list watch]
  pods/status                  []                 []                [patch update]

这个system:kube-scheduler的ClusterRole，就会被绑定给kube-system Namesapce下名叫kube-scheduler的ServiceAccount，它正是Kubernetes调度器的Pod声明使用的ServiceAccount。

除此之外，Kubernetes还提供了四个预先定义好的ClusterRole来供用户直接使用：

  1. cluster-admin；

  2. admin；

  3. edit；

  4. view。

通过它们的名字，你应该能大致猜出它们都定义了哪些权限。比如，这个名叫view的ClusterRole，就规定了被作用者只有Kubernetes API的只读权限。

而我还要提醒你的是，上面这个cluster-admin角色，对应的是整个Kubernetes项目中的最高权限（verbs=*），如下所示：

$ kubectl describe clusterrole cluster-admin -n kube-system
Name:         cluster-admin
Labels:       kubernetes.io/bootstrapping=rbac-defaults
Annotations:  rbac.authorization.kubernetes.io/autoupdate=true
PolicyRule:
  Resources  Non-Resource URLs Resource Names  Verbs
  ---------  -----------------  --------------  -----
  *.*        []                 []              [*]
             [*]                []              [*]

所以，请你务必要谨慎而小心地使用cluster-admin。

总结

在今天这篇文章中，我主要为你讲解了基于角色的访问控制（RBAC）。

其实，你现在已经能够理解，所谓角色（Role），其实就是一组权限规则列表。而我们分配这些权限的方式，就是通过创建RoleBinding对象，将被作用者（subject）和权限列表进行绑定。

另外，与之对应的ClusterRole和ClusterRoleBinding，则是Kubernetes集群级别的Role和RoleBinding，它们的作用范围不受Namespace限制。

而尽管权限的被作用者可以有很多种（比如，User、Group等），但在我们平常的使用中，最普遍的用法还是ServiceAccount。所以，Role + RoleBinding + ServiceAccount的权限分配方式是你要重点掌握的内容。我们在后面编写和安装各种插件的时候，会经常用到这个组合。

思考题

请问，如何为所有Namespace下的默认ServiceAccount（default ServiceAccount），绑定一个只读权限的Role呢？请你提供ClusterRoleBinding（或者RoleBinding）的YAML文件。

感谢你的收听，欢迎你给我留言，也欢迎分享给更多的朋友一起阅读。

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