23、容器管理与安全保障：平台选择与安全策略

容器管理与安全保障：平台选择与安全策略

在容器技术的应用中，管理和安全是至关重要的两个方面。有多个平台可帮助实现容器的供应、编排和监控自动化，同时，确保容器的安全使用也需要考虑多方面的因素。

容器管理平台

有几个平台旨在帮助自动化容器的供应、编排和监控任务。这些平台并不直接提供容器托管服务，而是在公共云和私有基础设施之上提供一个接口。它们都提供 Web 界面，并能对系统进行概述。使用这些平台可以在与基础设施提供商保持一定抽象层的同时，简化容器部署的管理，更便于在不同云平台之间迁移或使用多个云平台。

Rancher

Rancher 可能是得名于 “宠物与牛” 的类比，是最以 Docker 为中心的管理平台。

• 入门步骤 ：在主机上运行 Rancher 服务器容器：

$ docker run -d --restart=always -p 8080:8080 rancher/server

打开浏览器，访问该主机的 8080 端口，就能看到 Rancher 界面。之后可以开始添加主机，这些主机可以是基础设施上的虚拟机，也可以是云资源。使用 Digital Ocean 或 AWS 等公共云时，若提供访问密钥，Rancher 会自动配置虚拟机。在现有虚拟机上安装 Rancher，只需使用 Rancher 界面提供的参数在主机上运行 Rancher 代理，示例如下：

$ docker run -d --privileged -v /var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock \
      rancher/agent:v0.8.1 http://<host_ip>:8080/v1/scripts/<token>

Rancher 需要挂载 Docker 套接字，以便在主机上启动新容器。代理启动并运行后，会显示在 Rancher 界面的 “HOSTS” 选项卡中，基础设施屏幕会显示主机上所有运行的容器列表（Rancher 代理除外）。测试时，Rancher 服务器和代理可运行在同一主机上，但在生产环境中，建议为服务器使用专用主机。
- 运行 identidock ：在 Rancher 上运行 identidock 很简单，为每个容器创建服务，并将 identidock 服务链接到 dnmonster 和 Redis 服务，还可将 identidock 服务的 9000 端口发布为 80 端口。无需发布其他端口，Rancher 会处理跨主机网络和容器调度。也可以使用 Rancher Compose 这个 CLI 工具将 Docker Compose 文件部署到 Rancher。Rancher 便于查找运行中容器的详细信息，包括访问日志和运行 shell 调试进程。目前，Rancher 提供了自己的跨主机网络（使用 IPsec）、服务发现和简单编排解决方案，未来打算完全转向 Docker 栈，也在进行 Kubernetes 和 Mesos 集成的工作。由于 Rancher 入门简单，值得一试。

Clocker

Clocker 是基于 Apache Brooklyn 构建的自托管开源容器管理平台。与 Rancher 相比，它提供更面向应用的解决方案，支持在应用中混合使用虚拟机和容器，通过 jclouds 工具包支持广泛的云提供商。

• 入门步骤 ：下载软件后，需要使用云部署令牌和访问密钥进行配置。配置完成后，可启动 Clocker 云，它会自动配置主机并使用 Weave 或 Project Calico 安装网络。
• 运行 identidock ：使用以下 YAML 文件可在 Clocker 上启动 identidock：

id: identidock
name: "Identidock"
location: my-docker-cloud
services:
- type: docker:redis:3
  name: redis
  id: redis
  openPorts:
  - 6379
- type: docker:amouat/dnmonster:1.0
  name: dnmonster
  id: dnmonster
  openPorts:
  - 8080
- type: docker:amouat/identidock:1.0
  name: identidock
  id: identidock
  portBindings:
    80: 9090
  links:
  - $brooklyn:component("redis")
  - $brooklyn:component("dnmonster")

Clocker 的优势在于可以轻松将 Docker 部署与非容器化资源混合使用。例如，将 Redis 容器替换为运行 Redis 的虚拟机，可使用以下 YAML 配置 Redis 服务：

- type: org.apache.brooklyn.entity.nosql.redis.RedisStore
  name: redis
  location: jclouds:softlayer:lon02
  id: redis
  install.version: 3.0.0
  start.timeout: 10m

这将在 Softlayer 的伦敦数据中心配置一个虚拟机，并在其上安装和运行 Redis。目前 Clocker 仍在大力开发中，虽然缺乏一些其他解决方案的完善性，但由于使用了 Brooklyn 和 jclouds 技术，可部署在广泛的系统上，并能与多种不同类型的基础设施配合使用。

Tutum

Tutum 提供用于部署和管理容器的托管平台，注重易用性和提供简洁的界面。

• 添加节点 ：可通过向公共云提供商提供凭证，或在现有机器上安装 Tutum 代理来添加节点。代理以守护进程形式运行，并非容器，因此并非所有操作系统都支持（例如 Docker Machine 创建的 boot2docker 镜像就不支持）。
• 使用 stackfiles ：Tutum 使用 stackfiles 定义链接的服务集，这些文件与 Compose 文件类似，但添加了一些与编排和扩展相关的额外字段，如 target_num_containers 和 deployment_strategy，同时去掉了 user 和 cap_add 等字段。内部使用 Weave 提供跨主机网络和服务发现。
• 运行 identidock ：在 Tutum 上运行 identidock 很轻松。除了 Web 界面，还可通过 REST API 和 Tutum CLI 访问 Tutum。对于寻求集中式服务以减轻容器化服务设置和运行操作工作的人来说，Tutum 值得关注，但希望完全控制服务或对信任集中式服务持谨慎态度的人则需另寻他法。

容器编排工具对比

编排工具	特点	优势	劣势	适用场景
Swarm	使用标准 Docker 接口	易于使用和集成到现有工作流程	可能难以支持自定义接口中定义的更复杂调度	简单容器编排场景
Fleet	低级且相对简单的编排层	可作为运行高级编排工具的基础	功能相对基础	作为其他高级编排工具的基础
Kubernetes	自带服务发现和复制功能的编排工具	能构建容错和可扩展的系统	可能需要重新设计现有应用	对系统容错和扩展性要求较高的场景
Mesos	低级、经过实战考验的调度器	支持多种容器编排框架，可支持大规模系统	对于小规模集群可能过于复杂	大规模容器编排场景

在编排方面，Kubernetes 和 Mesos 比 Swarm 更成熟稳定。在规模上，只有 Mesos 被证明能支持数百或数千个节点的大规模系统，但对于少于十几个节点的小集群，Mesos 可能是过于复杂的解决方案。在管理平台方面，Rancher 对于纯 Docker 部署表现出色，且可轻松添加或移除，尝试风险较小。

容器安全问题

在容器化环境中，需要考虑以下安全问题：
- 内核漏洞 ：容器和主机共享内核，内核中的任何漏洞都会被放大。如果一个容器导致内核崩溃，整个主机都会受到影响。而在虚拟机中，攻击者需要同时突破虚拟机内核和管理程序才能触及主机内核。
- 拒绝服务（DoS）攻击 ：所有容器共享内核资源，如果一个容器垄断某些资源（如内存和用户 ID），会导致其他容器资源不足，合法用户无法访问系统部分或全部功能。
- 容器逃逸 ：攻击者获得容器访问权限后，不应能访问其他容器或主机。由于用户没有命名空间，容器内的进程逃逸到主机后将拥有与容器内相同的权限。因此，需要担心潜在的权限提升攻击。虽然容器逃逸不太可能发生，但仍需做好安全防范。
- 中毒镜像 ：要确保使用的镜像安全、未被篡改且来源可靠。如果攻击者诱使运行恶意镜像，主机和数据都将面临风险。同时，要确保运行的镜像保持更新，不包含已知漏洞的软件版本。
- 泄露机密信息 ：容器访问数据库或服务时，通常需要 API 密钥、用户名和密码等机密信息。攻击者获取这些信息后，就能访问相应服务。在微服务架构中，容器频繁启停，这个问题更加突出。

容器与命名空间

并非容器可访问的所有资源都有命名空间。未命名空间化的资源在主机和容器中是相同的，包括用户 ID（UIDs）、内核密钥环、内核本身和任何内核模块、设备以及系统时间。由于 Docker 和底层 Linux 内核功能仍在发展中，目前容器的安全保障水平不及虚拟机。

安全策略

为保障容器安全，可采取以下策略：

纵深防御

借鉴城堡的防御策略，构建多层次的防御体系。例如，将容器运行在虚拟机中，若发生容器逃逸，可防止攻击者触及主机或其他用户的容器；设置监控系统，在出现异常行为时提醒管理员；使用防火墙限制容器的网络访问，减少外部攻击面。

最小权限原则

每个进程和容器应仅拥有完成其功能所需的最小访问权限和资源。这样，即使一个容器被攻破，攻击者获取其他数据或资源的能力也会受到严重限制。可以采取以下措施：
- 确保容器内的进程不以 root 用户身份运行，避免攻击者利用进程漏洞获得 root 权限。
- 将文件系统设置为只读，防止攻击者覆盖数据或保存恶意脚本。
- 减少容器可进行的内核调用，降低潜在攻击面。
- 限制容器可使用的资源，避免被攻破的容器或应用消耗过多资源导致主机瘫痪。

注意 Docker 权限

要谨慎授予对 Docker 守护进程的访问权限，因为任何能启动和运行 Docker 容器的用户实际上都拥有主机的 root 权限。例如，运行以下命令可访问主机上的任何文件或二进制文件：

$ docker run -v /:/homeroot -it debian bash

如果启用 Docker 守护进程的远程 API 访问，要注意安全设置和访问权限控制，尽量将访问限制在本地网络。

保障 identidock 安全

为保障 identidock 应用在生产环境中的安全，可采取以下措施：
- 主要措施 ：
- 将 identidock 容器运行在虚拟机或专用主机上，避免攻击影响其他用户或服务。
- 仅让负载均衡器/反向代理容器向外界暴露端口，减少攻击面，监控和日志服务仅通过私有接口或 VPN 暴露。
- 所有 identidock 镜像定义非 root 用户，不以 root 身份运行。
- 通过哈希下载或其他安全验证方式获取 identidock 镜像。
- 设置监控和警报系统，检测异常流量或行为。
- 确保所有容器运行最新软件，并在生产模式下关闭调试信息。
- 若主机支持，启用 AppArmor 或 SELinux。
- 为 Redis 添加某种形式的访问控制或密码保护。
- 有更多时间时可采取的措施 ：
- 从 identidock 镜像中移除不必要的 setuid 二进制文件，降低攻击者提升权限的风险。
- 尽可能将文件系统设置为只读，dnmonster、identidock 和 redis 容器可使用只读文件系统，但 redis 卷必须可写。
- 去除不必要的内核权限，dnmonster 和 identidock 容器可去除所有权限。
- 更谨慎或运行安全敏感服务时可采取的措施 ：
- 使用 -m 标志限制每个容器的内存，防止 DoS 攻击和内存泄漏，但需要对容器进行性能分析以确定最大内存使用量，或设置较宽松的限制。

综上所述，在容器管理和安全保障方面，我们有多种平台和策略可供选择。根据具体的应用场景和需求，合理选择管理平台和实施安全策略，能够有效提升容器化系统的管理效率和安全性。

容器管理与安全保障：平台选择与安全策略

容器管理平台总结与选择建议

在选择容器管理平台时，需要综合考虑多个因素。不同的平台有各自的特点和适用场景，以下是对 Rancher、Clocker 和 Tutum 这三个平台的总结以及选择建议。

平台名称	特点	适用场景
Rancher	以 Docker 为中心，入门简单，便于查找容器详细信息和调试，未来打算转向 Docker 栈并进行 Kubernetes 和 Mesos 集成	纯 Docker 部署，希望轻松添加或移除管理平台的场景
Clocker	基于 Apache Brooklyn，提供面向应用的解决方案，支持混合使用虚拟机和容器，可部署在多种系统上	需要将 Docker 部署与非容器化资源混合使用的场景
Tutum	提供托管平台，注重易用性和简洁界面，使用 stackfiles 定义服务，内部使用 Weave 提供网络和服务发现	寻求集中式服务以减轻容器化服务操作工作的场景

如果是纯 Docker 部署，且希望能够快速上手并灵活调整管理平台，Rancher 是不错的选择。它简单易用，并且有向更强大功能发展的趋势。对于需要在应用中混合使用虚拟机和容器的情况，Clocker 凭借其对多类型资源的支持和广泛的云提供商兼容性，能满足需求。而对于那些希望通过集中式服务来简化容器化服务部署和管理的用户，Tutum 提供了便捷的操作和友好的界面。

容器编排工具的深入分析

Swarm

Swarm 使用标准 Docker 接口，这使得它与现有的 Docker 工作流程无缝集成。对于已经熟悉 Docker 操作的团队来说，学习和使用 Swarm 的成本较低。然而，由于其依赖标准接口，在处理复杂的调度需求时可能会受到限制。例如，当需要根据特定的资源条件、时间窗口或业务规则进行精细调度时，Swarm 可能无法提供足够的灵活性。

Fleet

Fleet 作为低级的编排层，为构建更高级的编排系统提供了基础。它的简单性使得它可以作为一个灵活的底层框架，与其他工具结合使用。例如，可以在 Fleet 的基础上构建自定义的编排系统，或者将其与 Kubernetes 等高级编排工具集成，以满足特定的业务需求。但由于其功能相对基础，对于复杂的容器编排任务，可能需要额外的开发和配置。

Kubernetes

Kubernetes 是一个功能强大的编排工具，自带服务发现和复制功能。这使得它能够自动处理容器的故障恢复和扩展，提高系统的容错性和可扩展性。然而，使用 Kubernetes 可能需要对现有的应用进行一定的改造，以适应其架构和规范。例如，需要将应用设计为微服务架构，并使用 Kubernetes 的 API 进行部署和管理。

Mesos

Mesos 是一个经过实战考验的调度器，支持多种容器编排框架。它的优势在于能够处理大规模的集群，管理数百甚至数千个节点。但对于小规模集群来说，使用 Mesos 可能会带来过高的复杂度和管理成本。因为它需要配置和维护多个组件，并且对系统资源有一定的要求。

容器安全的进一步探讨

内核安全

内核作为容器和主机共享的核心组件，其安全至关重要。为了降低内核漏洞带来的风险，可以采取以下措施：
- 定期更新内核：及时安装最新的内核补丁，修复已知的漏洞。
- 选择安全的内核版本：根据实际需求，选择经过安全审计和验证的内核版本。
- 限制内核模块的加载：只允许必要的内核模块加载，减少潜在的攻击面。

网络安全

容器的网络安全是防止外部攻击的重要防线。可以通过以下方式加强网络安全：
- 使用防火墙：配置防火墙规则，限制容器的网络访问，只允许必要的流量通过。
- 采用虚拟专用网络（VPN）：对于需要远程访问的容器，使用 VPN 加密通信，保护数据安全。
- 实施网络隔离：将不同的容器组隔离在不同的网络中，防止攻击在容器之间传播。

数据安全

容器中的数据安全同样不容忽视。可以采取以下措施保护数据：
- 加密存储：对容器中的敏感数据进行加密存储，防止数据泄露。
- 定期备份：定期备份容器中的数据，以防止数据丢失。
- 访问控制：对数据的访问进行严格控制，只允许授权的用户和进程访问数据。

安全策略的实施流程

为了有效实施安全策略，可以按照以下流程进行：

graph LR
    A[评估风险] --> B[制定策略]
    B --> C[配置系统]
    C --> D[监控与审计]
    D --> E[应急响应]
    E --> A

• 评估风险 ：对容器化环境进行全面的风险评估，识别潜在的安全威胁和漏洞。
• 制定策略 ：根据风险评估的结果，制定相应的安全策略，包括纵深防御、最小权限原则等。
• 配置系统 ：根据安全策略，对容器管理平台、容器编排工具和容器本身进行配置，确保安全措施得到落实。
• 监控与审计 ：建立监控系统，实时监测容器的运行状态和网络流量，及时发现异常行为。同时，定期进行安全审计，评估安全策略的有效性。
• 应急响应 ：制定应急响应计划，当发生安全事件时，能够迅速采取措施，减少损失。

总结与展望

在容器技术不断发展的今天，容器管理和安全保障是企业和开发者必须面对的重要问题。通过选择合适的容器管理平台和编排工具，以及实施有效的安全策略，可以提高容器化系统的管理效率和安全性。

未来，随着容器技术的进一步成熟，容器管理平台和编排工具将不断完善，提供更加丰富的功能和更好的用户体验。同时，容器安全也将成为一个持续关注的焦点，新的安全技术和策略将不断涌现，为容器化系统提供更加可靠的保障。

在实际应用中，需要根据具体的业务需求和技术栈，灵活选择和组合各种工具和策略，不断优化和完善容器化环境的管理和安全。只有这样，才能充分发挥容器技术的优势，推动企业的数字化转型和创新发展。