Kubernetes Basics
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O autor original desta página é Jorge (leia sua postagem original aqui)
Permite executar contêiner/es em um mecanismo de contêiner.
O agendador permite que os contêineres sejam executados de forma eficiente.
Mantém os contêineres ativos.
Permite comunicações entre contêineres.
Permite técnicas de implantação.
Gerencia volumes de informação.
Nó: sistema operacional com pod ou pods.
Pod: Envoltório em torno de um contêiner ou múltiplos contêineres. Um pod deve conter apenas uma aplicação (portanto, geralmente, um pod executa apenas 1 contêiner). O pod é a forma como o Kubernetes abstrai a tecnologia de contêiner.
Serviço: Cada pod tem 1 endereço IP interno da faixa interna do nó. No entanto, também pode ser exposto por meio de um serviço. O serviço também tem um endereço IP e seu objetivo é manter a comunicação entre os pods, de modo que, se um falhar, o novo substituto (com um IP interno diferente) será acessível exposto no mesmo IP do serviço. Pode ser configurado como interno ou externo. O serviço também atua como um balanceador de carga quando 2 pods estão conectados ao mesmo serviço.
Quando um serviço é criado, você pode encontrar os endpoints de cada serviço executando kubectl get endpoints
Kubelet: Agente principal do nó. O componente que estabelece comunicação entre o nó e o kubectl, e só pode executar pods (por meio do servidor API). O kubelet não gerencia contêineres que não foram criados pelo Kubernetes.
Kube-proxy: é o serviço responsável pelas comunicações (serviços) entre o apiserver e o nó. A base é um IPtables para nós. Usuários mais experientes podem instalar outros kube-proxies de outros fornecedores.
Contêiner Sidecar: Contêineres sidecar são os contêineres que devem ser executados junto com o contêiner principal no pod. Este padrão sidecar estende e aprimora a funcionalidade dos contêineres atuais sem alterá-los. Hoje em dia, sabemos que usamos a tecnologia de contêiner para envolver todas as dependências para que a aplicação funcione em qualquer lugar. Um contêiner faz apenas uma coisa e faz isso muito bem.
Processo mestre:
Api Server: É a forma como os usuários e os pods se comunicam com o processo mestre. Apenas solicitações autenticadas devem ser permitidas.
Agendador: O agendamento refere-se a garantir que os Pods sejam correspondidos aos Nós para que o Kubelet possa executá-los. Ele tem inteligência suficiente para decidir qual nó tem mais recursos disponíveis e atribuir o novo pod a ele. Note que o agendador não inicia novos pods, ele apenas se comunica com o processo Kubelet em execução dentro do nó, que lançará o novo pod.
Gerenciador de Controladores Kube: Ele verifica recursos como conjuntos de réplicas ou implantações para verificar se, por exemplo, o número correto de pods ou nós está em execução. Caso um pod esteja ausente, ele se comunicará com o agendador para iniciar um novo. Ele controla replicação, tokens e serviços de conta para a API.
etcd: Armazenamento de dados, persistente, consistente e distribuído. É o banco de dados do Kubernetes e o armazenamento de chave-valor onde mantém o estado completo dos clusters (cada alteração é registrada aqui). Componentes como o Agendador ou o Gerenciador de Controladores dependem desses dados para saber quais alterações ocorreram (recursos disponíveis dos nós, número de pods em execução...)
Gerenciador de Controladores de Nuvem: É o controlador específico para controle de fluxo e aplicações, ou seja: se você tem clusters na AWS ou OpenStack.
Note que, como pode haver vários nós (executando vários pods), também pode haver vários processos mestres, cujo acesso ao servidor API é balanceado e seu etcd sincronizado.
Volumes:
Quando um pod cria dados que não devem ser perdidos quando o pod desaparecer, eles devem ser armazenados em um volume físico. O Kubernetes permite anexar um volume a um pod para persistir os dados. O volume pode estar na máquina local ou em um armazenamento remoto. Se você estiver executando pods em diferentes nós físicos, deve usar um armazenamento remoto para que todos os pods possam acessá-lo.
Outras configurações:
ConfigMap: Você pode configurar URLs para acessar serviços. O pod obterá dados daqui para saber como se comunicar com o restante dos serviços (pods). Note que este não é o lugar recomendado para salvar credenciais!
Secret: Este é o lugar para armazenar dados secretos como senhas, chaves de API... codificados em B64. O pod poderá acessar esses dados para usar as credenciais necessárias.
Implantações: É aqui que os componentes a serem executados pelo Kubernetes são indicados. Um usuário geralmente não trabalhará diretamente com pods, os pods são abstraídos em ReplicaSets (número de pods iguais replicados), que são executados por meio de implantações. Note que as implantações são para aplicações sem estado. A configuração mínima para uma implantação é o nome e a imagem a ser executada.
StatefulSet: Este componente é destinado especificamente a aplicações como bancos de dados que precisam acessar o mesmo armazenamento.
Ingress: Esta é a configuração que é usada para expor a aplicação publicamente com uma URL. Note que isso também pode ser feito usando serviços externos, mas esta é a forma correta de expor a aplicação.
Se você implementar um Ingress, precisará criar Controladores de Ingress. O Controlador de Ingress é um pod que será o endpoint que receberá as solicitações, verificará e as balanceará para os serviços. O controlador de ingress enviará a solicitação com base nas regras de ingress configuradas. Note que as regras de ingress podem apontar para diferentes caminhos ou até mesmo subdomínios para diferentes serviços internos do Kubernetes.
Uma prática de segurança melhor seria usar um balanceador de carga em nuvem ou um servidor proxy como ponto de entrada para não ter nenhuma parte do cluster Kubernetes exposta.
Quando uma solicitação que não corresponde a nenhuma regra de ingress é recebida, o controlador de ingress a direcionará para o "Backend padrão". Você pode describe
o controlador de ingress para obter o endereço deste parâmetro.
minikube addons enable ingress
CA é a raiz confiável para todos os certificados dentro do cluster.
Permite que os componentes se validem mutuamente.
Todos os certificados do cluster são assinados pela CA.
O etcd tem seu próprio certificado.
tipos:
certificado apiserver.
certificado kubelet.
certificado scheduler.
Minikube pode ser usado para realizar alguns testes rápidos no Kubernetes sem precisar implantar um ambiente Kubernetes completo. Ele executará os processos mestre e nó em uma máquina. O Minikube usará o virtualbox para executar o nó. Veja aqui como instalá-lo.
Kubectl
é a ferramenta de linha de comando para clusters kubernetes. Ela se comunica com o servidor Api do processo mestre para realizar ações no kubernetes ou para solicitar dados.
O painel permite que você veja mais facilmente o que o minikube está executando, você pode encontrar a URL para acessá-lo em:
Cada arquivo de configuração tem 3 partes: metadados, especificação (o que precisa ser lançado), status (estado desejado). Dentro da especificação do arquivo de configuração de implantação, você pode encontrar o modelo definido com uma nova estrutura de configuração definindo a imagem a ser executada:
Exemplo de Implantação + Serviço declarado no mesmo arquivo de configuração (de aqui)
Como um serviço geralmente está relacionado a uma implantação, é possível declarar ambos no mesmo arquivo de configuração (o serviço declarado nesta configuração é acessível apenas internamente):
Exemplo de configuração de serviço externo
Este serviço será acessível externamente (verifique os atributos nodePort
e type: LoadBlancer
):
Isso é útil para testes, mas para produção você deve ter apenas serviços internos e um Ingress para expor a aplicação.
Exemplo de arquivo de configuração do Ingress
Isso exporá a aplicação em http://dashboard.com
.
Exemplo de arquivo de configuração de segredos
Note como as senhas estão codificadas em B64 (o que não é seguro!)
Exemplo de ConfigMap
Um ConfigMap é a configuração que é dada aos pods para que eles saibam como localizar e acessar outros serviços. Neste caso, cada pod saberá que o nome mongodb-service
é o endereço de um pod com o qual eles podem se comunicar (este pod estará executando um mongodb):
Então, dentro de uma deployment config, este endereço pode ser especificado da seguinte maneira para que seja carregado dentro do env do pod:
Exemplo de configuração de volume
Você pode encontrar diferentes exemplos de arquivos de configuração de armazenamento yaml em https://gitlab.com/nanuchi/youtube-tutorial-series/-/tree/master/kubernetes-volumes. Observe que os volumes não estão dentro de namespaces
Kubernetes suporta múltiplos clusters virtuais suportados pelo mesmo cluster físico. Esses clusters virtuais são chamados de namespaces. Eles são destinados ao uso em ambientes com muitos usuários espalhados por várias equipes ou projetos. Para clusters com alguns a dezenas de usuários, você não deve precisar criar ou pensar em namespaces. Você só deve começar a usar namespaces para ter um melhor controle e organização de cada parte da aplicação implantada no kubernetes.
Namespaces fornecem um escopo para nomes. Nomes de recursos precisam ser únicos dentro de um namespace, mas não entre namespaces. Namespaces não podem ser aninhados dentro de outros e cada recurso Kubernetes pode estar em um namespace apenas.
Existem 4 namespaces por padrão se você estiver usando minikube:
kube-system: Não é destinado ao uso dos usuários e você não deve tocá-lo. É para processos de master e kubectl.
kube-public: Dados acessíveis publicamente. Contém um configmap que contém informações do cluster.
kube-node-lease: Determina a disponibilidade de um nó.
default: O namespace que o usuário usará para criar recursos.
Observe que a maioria dos recursos do Kubernetes (por exemplo, pods, serviços, controladores de replicação e outros) estão em alguns namespaces. No entanto, outros recursos, como recursos de namespace e recursos de baixo nível, como nós e persistenVolumes, não estão em um namespace. Para ver quais recursos do Kubernetes estão e não estão em um namespace:
Você pode salvar o namespace para todos os comandos kubectl subsequentes nesse contexto.
Helm é o gerenciador de pacotes para Kubernetes. Ele permite empacotar arquivos YAML e distribuí-los em repositórios públicos e privados. Esses pacotes são chamados de Helm Charts.
Helm também é um mecanismo de template que permite gerar arquivos de configuração com variáveis:
Um Secret é um objeto que contém dados sensíveis como uma senha, um token ou uma chave. Essas informações poderiam ser colocadas em uma especificação de Pod ou em uma imagem. Os usuários podem criar Secrets e o sistema também cria Secrets. O nome de um objeto Secret deve ser um nome de subdomínio DNS válido. Leia aqui a documentação oficial.
Os Secrets podem ser coisas como:
Chaves de API, SSH.
Tokens OAuth.
Credenciais, Senhas (texto simples ou b64 + criptografia).
Informações ou comentários.
Código de conexão com banco de dados, strings… .
Existem diferentes tipos de segredos no Kubernetes
Tipo Integrado | Uso |
---|---|
Opaque | dados arbitrários definidos pelo usuário (Padrão) |
kubernetes.io/service-account-token | token de conta de serviço |
kubernetes.io/dockercfg | arquivo ~/.dockercfg serializado |
kubernetes.io/dockerconfigjson | arquivo ~/.docker/config.json serializado |
kubernetes.io/basic-auth | credenciais para autenticação básica |
kubernetes.io/ssh-auth | credenciais para autenticação SSH |
kubernetes.io/tls | dados para um cliente ou servidor TLS |
bootstrap.kubernetes.io/token | dados do token de bootstrap |
O tipo Opaque é o padrão, o par chave-valor típico definido pelos usuários.
Como os segredos funcionam:
O seguinte arquivo de configuração define um secret chamado mysecret
com 2 pares chave-valor username: YWRtaW4=
e password: MWYyZDFlMmU2N2Rm
. Ele também define um pod chamado secretpod
que terá o username
e password
definidos em mysecret
expostos nas variáveis de ambiente SECRET_USERNAME
__ e __ SECRET_PASSWOR
. Ele também montará o segredo username
dentro de mysecret
no caminho /etc/foo/my-group/my-username
com permissões 0640
.
etcd é um armazenamento de chave-valor consistente e altamente disponível usado como armazenamento de suporte do Kubernetes para todos os dados do cluster. Vamos acessar os segredos armazenados no etcd:
Você verá que os certs, chaves e URLs estão localizados no FS. Uma vez que você os obtenha, poderá se conectar ao etcd.
Uma vez que você estabeleça a comunicação, você poderá obter os segredos:
Adicionando criptografia ao ETCD
Por padrão, todos os segredos são armazenados em texto simples dentro do etcd, a menos que você aplique uma camada de criptografia. O exemplo a seguir é baseado em https://kubernetes.io/docs/tasks/administer-cluster/encrypt-data/
Depois disso, você precisa definir a flag --encryption-provider-config
no kube-apiserver
para apontar para a localização do arquivo de configuração criado. Você pode modificar /etc/kubernetes/manifest/kube-apiserver.yaml
e adicionar as seguintes linhas:
Role para baixo em volumeMounts:
Role para baixo em volumeMounts até hostPath:
Verificando se os dados estão criptografados
Os dados são criptografados quando escritos no etcd. Após reiniciar seu kube-apiserver
, qualquer segredo recém-criado ou atualizado deve ser criptografado ao ser armazenado. Para verificar, você pode usar o programa de linha de comando etcdctl
para recuperar o conteúdo do seu segredo.
Crie um novo segredo chamado secret1
no namespace default
:
Usando a linha de comando etcdctl, leia esse segredo do etcd:
ETCDCTL_API=3 etcdctl get /registry/secrets/default/secret1 [...] | hexdump -C
onde [...]
deve ser os argumentos adicionais para conectar ao servidor etcd. 3. Verifique se o segredo armazenado é prefixado com k8s:enc:aescbc:v1:
, o que indica que o provedor aescbc
criptografou os dados resultantes. 4. Verifique se o segredo é corretamente descriptografado quando recuperado via API:
deve corresponder a mykey: bXlkYXRh
, mydata está codificado, verifique decodificando um segredo para decodificar completamente o segredo.
Como os segredos são criptografados na gravação, realizar uma atualização em um segredo criptografará esse conteúdo:
Dicas finais:
Tente não manter segredos no FS, obtenha-os de outros lugares.
Confira https://www.vaultproject.io/ para adicionar mais proteção aos seus segredos.
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