在Kuberentes集群中使用sysctl

本文将描述如何使用sysctl接口在Kubernetes集群中配置和使用内核参数。

获取sysctl参数列表

在Linux中，sysctl接口允许管理员在运行时修改内核参数。参数可以通过/proc/sys/ 虚拟进程文件系统获得。参数涵盖多个子系统，例如:

• 内核 (通用前缀：kernel.)
• 网络 (通用前缀：net.)
• 虚拟内存 (通用前缀：vm.)
• 设备专用 (通用前缀：dev.)
• 更多子系统描述见 Kernel docs.

要获取所有参数列表，你可以运行：

sysctl -a

启用非安全的 Sysctl 参数

sysctl 参数分为 安全 和 非安全的。安全 sysctl 参数除了需要设置恰当的命名空间外，在同一 node 上的不同 Pod 之间也必须是相互隔离的。这意味着在 Pod 上设置 安全 sysctl 参数

• 必须不能影响到节点上的其他 Pod
• 必须不能损害节点的健康
• 必须不允许使用超出 Pod 的资源限制的 CPU 或内存资源。

至今为止，大多数 有命名空间的 sysctl 参数不一定被认为是 安全 的。以下几种 sysctl 参数是 安全的：

• kernel.shm_rmid_forced,
• net.ipv4.ip_local_port_range,
• net.ipv4.tcp_syncookies.

注意: 示例中的 net.ipv4.tcp_syncookies 在Linux 内核 4.4 或更低的版本中是无命名空间的。

在未来的 Kubernetes 版本中，若kubelet 支持更好的隔离机制，则上述列表中将会列出更多 安全的 sysctl 参数。

所有 安全的 sysctl 参数都默认启用。

所有 非安全的 sysctl 参数都默认禁用，且必须由集群管理员在每个节点上手动开启。那些设置了不安全 sysctl 参数的 Pod 仍会被调度，但无法正常启动。

参考上述警告，集群管理员只有在一些非常特殊的情况下（如：高可用或实时应用调整），才可以启用特定的 非安全的 sysctl 参数。如需启用 非安全的 sysctl 参数，请您在每个节点上分别设置 kubelet 命令行参数，例如：

KUBELET_EXTRA_ARGS="--v=4 --logtostderr=false --log-dir=/var/log/kubernetes/kubelet --cgroup-driver=cgroupfs --allowed-unsafe-sysctls=ke
rnel.msg*,net.*"

只有有命名空间的sysctl可以通过这种方式启用。

设置 Pod 的 Sysctl 参数

目前，在 Linux 内核中，有许多的 sysctl 参数都是 有命名空间的 。 这就意味着可以为节点上的每个 Pod 分别去设置它们的 sysctl 参数。 在 Kubernetes 中，只有那些有命名空间的 sysctl 参数可以通过 Pod 的 securityContext 对其进行配置。

以下列出有命名空间的 sysctl 参数，在未来的 Linux 内核版本中，此列表可能会发生变化。

• kernel.shm*,
• kernel.msg*,
• kernel.sem,
• fs.mqueue.*,
• net.*（内核中网络配置项相关参数），它可以在容器命名空间里被更改。然而，也有一些特例 (例如，net.netfilter.nf_conntrack_max 和 net.netfilter.nf_conntrack_expect_max 可以在容器命名空间里被更改，但它们是非命名空间的)。

没有命名空间的 sysctl 参数称为 节点级别的 sysctl 参数。 如果需要对其进行设置，则必须在每个节点的操作系统上手动地去配置它们，或者通过在 DaemonSet 中运行特权模式容器来配置。

可使用 pod 的 securityContext 来配置有命名空间的 sysctl 参数，securityContext 应用于同一个 pod 中的所有容器。

此示例中，使用 Pod SecurityContext 来对一个安全的 sysctl 参数 kernel.shm_rmid_forced 以及两个非安全的 sysctl 参数 net.core.somaxconn 和 kernel.msgmax 进行设置。在 Pod 定义中对 安全的 和 非安全的 sysctl 参数不做区分。

警告：为了避免破坏操作系统的稳定性，请您在了解变更后果之后再修改 sysctl 参数。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: sysctl-example
spec:
  securityContext:
    sysctls:
    - name: kernel.shm_rmid_forced
      value: "0"
    - name: net.core.somaxconn
      value: "1024"
    - name: kernel.msgmax
      value: "65536"
  ...

最佳实践方案是将具有特殊sysctl设置的节点视为集群中的污染节点，并且只将需要使用到特殊 sysctl 设置的 Pod 调度到这些节点上。建议使用Kubernetes的污染和容忍特性来实现这一点。

带有非安全sysctl的pod将无法在任何没有显式启用这两个不安全sysctl的节点上启动（启动将会失败）。与节点级sysctl一样，建议使用污染和容忍特性和节点污染将这些pod调度到正确的节点上。

PodSecurityPolicy

您可以通过在 PodSecurityPolicy 的 forbiddenSysctls 和/或 allowedUnsafeSysctls 字段中，指定 sysctl 或填写 sysctl 匹配模式来进一步为 Pod 设置 sysctl 参数。sysctl 参数匹配模式以 * 字符结尾，如 kernel.*。 单独的 * 字符匹配所有 sysctl 参数。

所有 安全的 sysctl 参数都默认启用。

forbiddenSysctls 和 allowedUnsafeSysctls 的值都是字符串列表类型，可以添加 sysctl 参数名称，也可以添加 sysctl 参数匹配模式（以*结尾）。 只填写 * 则匹配所有的 sysctl 参数。

forbiddenSysctls 字段用于禁用特定的 sysctl 参数。 您可以在列表中禁用安全和非安全的 sysctl 参数的组合。 要禁用所有的 sysctl 参数，请设置为 *。

如果要在 allowedUnsafeSysctls 字段中指定一个非安全的 sysctl 参数，并且它在forbiddenSysctls 字段中未被禁用，则可以在 Pod 中通过 PodSecurityPolicy 启用该 sysctl 参数。 若要在 PodSecurityPolicy 中开启所有非安全的 sysctl 参数，请设 allowedUnsafeSysctls 字段值为 *。

allowedUnsafeSysctls 与 forbiddenSysctls 两字段的配置不能重叠，否则这就意味着存在某个 sysctl 参数既被启用又被禁用。

警告：如果您通过 PodSecurityPolicy 中的 allowedUnsafeSysctls 字段将非安全的 sysctl 参数列入白名单，但该 sysctl 参数未通过 kubelet 命令行参数 --allowed-unsafe-sysctls 在节点上将其列入白名单，则设置了这个 sysctl 参数的 Pod 将会启动失败。

以下示例设置启用了以 kernel.msg 为前缀的非安全的 sysctl 参数，以及禁用了 sysctl 参数 kernel.shm_rmid_forced。

apiVersion: policy/v1beta1
kind: PodSecurityPolicy
metadata:
  name: sysctl-psp
spec:
  allowedUnsafeSysctls:
  - kernel.msg*
  forbiddenSysctls:
  - kernel.shm_rmid_forced
 ...