Kubernetes集群故障排查—审计

Kubernetes 审计（Auditing） 功能提供了与安全相关的、按时间顺序排列的记录集， 记录每个用户、使用 Kubernetes API 的应用以及控制面自身引发的活动。

审计功能使得集群管理员能够回答以下问题：

• 发生了什么？
• 什么时候发生的？
• 谁触发的？
• 活动发生在哪个（些）对象上？
• 在哪观察到的？
• 它从哪触发的？
• 活动的后续处理行为是什么？

审计记录最初产生于 kube-apiserver 内部。每个请求在不同执行阶段都会生成审计事件；这些审计事件会根据特定策略被预处理并写入后端。 策略确定要记录的内容和用来存储记录的后端，当前的后端支持日志文件和 webhook。

每个请求都可被记录其相关的阶段（stage）。已定义的阶段有：

• RequestReceived - 此阶段对应审计处理器接收到请求后， 并且在委托给其余处理器之前生成的事件。
• ResponseStarted - 在响应消息的头部发送后，响应消息体发送前生成的事件。 只有长时间运行的请求（例如 watch）才会生成这个阶段。
• ResponseComplete - 当响应消息体完成并且没有更多数据需要传输的时候。
• Panic - 当 panic 发生时生成。

说明：

审计事件配置 的配置与 Event API 对象不同。

审计日志记录功能会增加 API server 的内存消耗，因为需要为每个请求存储审计所需的某些上下文。 内存消耗取决于审计日志记录的配置。

审计策略

审计策略定义了关于应记录哪些事件以及应包含哪些数据的规则。 审计策略对象结构定义在 audit.k8s.io API 组。 处理事件时，将按顺序与规则列表进行比较。第一个匹配规则设置事件的审计级别（Audit Level）。 已定义的审计级别有：

• None - 符合这条规则的日志将不会记录。
• Metadata - 记录请求的元数据（请求的用户、时间戳、资源、动词等等）， 但是不记录请求或者响应的消息体。
• Request - 记录事件的元数据和请求的消息体，但是不记录响应的消息体。 这不适用于非资源类型的请求。
• RequestResponse - 记录事件的元数据，请求和响应的消息体。这不适用于非资源类型的请求。

你可以使用 --audit-policy-file 标志将包含策略的文件传递给 kube-apiserver。 如果不设置该标志，则不记录事件。 注意 rules 字段必须在审计策略文件中提供。没有（0）规则的策略将被视为非法配置。

以下是一个审计策略文件的示例：

audit/audit-policy.yaml

apiVersion: audit.k8s.io/v1 # 这是必填项。
kind: Policy
# 不要在 RequestReceived 阶段为任何请求生成审计事件。
omitStages:
  - "RequestReceived"
rules:
  # 在日志中用 RequestResponse 级别记录 Pod 变化。
  - level: RequestResponse
    resources:
    - group: ""
      # 资源 "pods" 不匹配对任何 Pod 子资源的请求，
      # 这与 RBAC 策略一致。
      resources: ["pods"]
  # 在日志中按 Metadata 级别记录 "pods/log"、"pods/status" 请求
  - level: Metadata
    resources:
    - group: ""
      resources: ["pods/log", "pods/status"]

  # 不要在日志中记录对名为 "controller-leader" 的 configmap 的请求。
  - level: None
    resources:
    - group: ""
      resources: ["configmaps"]
      resourceNames: ["controller-leader"]

  # 不要在日志中记录由 "system:kube-proxy" 发出的对端点或服务的监测请求。
  - level: None
    users: ["system:kube-proxy"]
    verbs: ["watch"]
    resources:
    - group: "" # core API 组
      resources: ["endpoints", "services"]

  # 不要在日志中记录对某些非资源 URL 路径的已认证请求。
  - level: None
    userGroups: ["system:authenticated"]
    nonResourceURLs:
    - "/api*" # 通配符匹配。
    - "/version"

  # 在日志中记录 kube-system 中 configmap 变更的请求消息体。
  - level: Request
    resources:
    - group: "" # core API 组
      resources: ["configmaps"]
    # 这个规则仅适用于 "kube-system" 名字空间中的资源。
    # 空字符串 "" 可用于选择非名字空间作用域的资源。
    namespaces: ["kube-system"]

  # 在日志中用 Metadata 级别记录所有其他名字空间中的 configmap 和 secret 变更。
  - level: Metadata
    resources:
    - group: "" # core API 组
      resources: ["secrets", "configmaps"]

  # 在日志中以 Request 级别记录所有其他 core 和 extensions 组中的资源操作。
  - level: Request
    resources:
    - group: "" # core API 组
    - group: "extensions" # 不应包括在内的组版本。

  # 一个抓取所有的规则，将在日志中以 Metadata 级别记录所有其他请求。
  - level: Metadata
    # 符合此规则的 watch 等长时间运行的请求将不会
    # 在 RequestReceived 阶段生成审计事件。
    omitStages:
      - "RequestReceived"

你可以使用最低限度的审计策略文件在 Metadata 级别记录所有请求：

# 在 Metadata 级别为所有请求生成日志
apiVersion: audit.k8s.io/v1beta1
kind: Policy
rules:
- level: Metadata

如果你在打磨自己的审计配置文件，你可以使用为 Google Container-Optimized OS 设计的审计配置作为出发点。你可以参考 configure-helper.sh 脚本，该脚本能够生成审计策略文件。你可以直接在脚本中看到审计策略的绝大部份内容。

你也可以参考 Policy 配置参考 以获取有关已定义字段的详细信息。

审计后端

审计后端实现将审计事件导出到外部存储。kube-apiserver 默认提供两个后端：

• Log 后端，将事件写入到文件系统
• Webhook 后端，将事件发送到外部 HTTP API

在这所有情况下，审计事件均遵循 Kubernetes API 在 audit.k8s.io API 组 中定义的结构。

说明：

对于 patch 请求，请求的消息体需要是设定 patch 操作的 JSON 所构成的一个串， 而不是一个完整的 Kubernetes API 对象的 JSON 串。 例如，以下的示例是一个合法的 patch 请求消息体，该请求对应 /apis/batch/v1/namespaces/some-namespace/jobs/some-job-name：

[
  {
    "op": "replace",
    "path": "/spec/parallelism",
    "value": 0
  },
  {
    "op": "remove",
    "path": "/spec/template/spec/containers/0/terminationMessagePolicy"
  }
]

Log 后端

Log 后端将审计事件写入 JSONlines 格式的文件。 你可以使用以下 kube-apiserver 标志配置 Log 审计后端：

• --audit-log-path 指定用来写入审计事件的日志文件路径。不指定此标志会禁用日志后端。- 意味着标准化
• --audit-log-maxage 定义保留旧审计日志文件的最大天数
• --audit-log-maxbackup 定义要保留的审计日志文件的最大数量
• --audit-log-maxsize 定义审计日志文件轮转之前的最大大小（兆字节）

如果你的集群控制面以 Pod 的形式运行 kube-apiserver，记得要通过 hostPath 卷来访问策略文件和日志文件所在的目录，这样审计记录才会持久保存下来。例如：

  - --audit-policy-file=/etc/kubernetes/audit-policy.yaml
  - --audit-log-path=/var/log/kubernetes/audit/audit.log

接下来挂载数据卷：

...
volumeMounts:
  - mountPath: /etc/kubernetes/audit-policy.yaml
    name: audit
    readOnly: true
  - mountPath: /var/log/kubernetes/audit/
    name: audit-log
    readOnly: false

最后配置 hostPath：

...
volumes:
- name: audit
  hostPath:
    path: /etc/kubernetes/audit-policy.yaml
    type: File

- name: audit-log
  hostPath:
    path: /var/log/kubernetes/audit/
    type: DirectoryOrCreate

Webhook 后端

Webhook 后端将审计事件发送到远程 Web API，该远程 API 应该暴露与 kube-apiserver 形式相同的 API，包括其身份认证机制。你可以使用如下 kube-apiserver 标志来配置 Webhook 审计后端：

• --audit-webhook-config-file 设置 Webhook 配置文件的路径。Webhook 配置文件实际上是一个 kubeconfig 文件。
• --audit-webhook-initial-backoff 指定在第一次失败后重发请求等待的时间。随后的请求将以指数退避重试。

Webhook 配置文件使用 kubeconfig 格式指定服务的远程地址和用于连接它的凭据。

事件批处理

日志和 Webhook 后端都支持批处理。以 Webhook 为例，以下是可用参数列表。要获取日志 后端的同样参数，请在参数名称中将 webhook 替换为 log。 默认情况下，在 webhook 中批处理是被启用的，在 log 中批处理是被禁用的。 同样，默认情况下，在 webhook 中启用带宽限制，在 log 中禁用带宽限制。

• --audit-webhook-mode 定义缓存策略，可选值如下：batch - 以批处理缓存事件和异步的过程。这是默认值。blocking - 在 API 服务器处理每个单独事件时，阻塞其响应。blocking-strict - 与 blocking 相同，不过当审计日志在 RequestReceived 阶段失败时，整个 API 服务请求会失效。

以下参数仅用于 batch 模式：

• --audit-webhook-batch-buffer-size 定义 batch 之前要缓存的事件数。 如果传入事件的速率溢出缓存区，则会丢弃事件。
• --audit-webhook-batch-max-size 定义一个 batch 中的最大事件数。
• --audit-webhook-batch-max-wait 无条件 batch 队列中的事件前等待的最大事件。
• --audit-webhook-batch-throttle-qps 每秒生成的最大批次数。
• --audit-webhook-batch-throttle-burst 在达到允许的 QPS 前，同一时刻允许存在的最大 batch 生成数。

参数调整

需要设置参数以适应 API 服务器上的负载。

例如，如果 kube-apiserver 每秒收到 100 个请求，并且每个请求仅在 ResponseStarted 和 ResponseComplete 阶段进行审计，则应该考虑每秒生成约 200 个审计事件。 假设批处理中最多有 100 个事件，则应将限制级别设置为每秒至少 2 个查询。 假设后端最多需要 5 秒钟来写入事件，你应该设置缓冲区大小以容纳最多 5 秒的事件， 即 10 个 batch，即 1000 个事件。

但是，在大多数情况下，默认参数应该足够了，你不必手动设置它们。 你可以查看 kube-apiserver 公开的以下 Prometheus 指标，并在日志中监控审计子系统的状态。

• apiserver_audit_event_total 包含所有暴露的审计事件数量的指标。
• apiserver_audit_error_total 在暴露时由于发生错误而被丢弃的事件的数量。

日志条目截断

日志后端和 Webhook 后端都支持限制所输出的事件大小。 例如，下面是可以为日志后端配置的标志列表：

• audit-log-truncate-enabled：是否弃用事件和批次的截断处理。
• audit-log-truncate-max-batch-size：向下层后端发送的各批次的最大字节数。
• audit-log-truncate-max-event-size：向下层后端发送的审计事件的最大字节数。

默认情况下，截断操作在 webhook 和 log 后端都是被禁用的，集群管理员需要设置 audit-log-truncate-enabled 或 audit-webhook-truncate-enabled 标志来启用此操作。