Kubernetes Pod服务账号

Kubernetes 提供两种完全不同的方式来为客户端提供支持，这些客户端可能运行在集群中， 也可能与集群的控制面相关， 需要向 API 服务器完成身份认证。

服务账号（Service Account） 为 Pod 中运行的进程提供身份标识， 并映射到 ServiceAccount 对象。当向 API 服务器执行身份认证时， 会将自己标识为某个用户（User）。Kubernetes 能够识别用户的概念， 但是 Kubernetes 自身并不提供 User API。本篇教程将展示为 Pod 配置 ServiceAccount 的一些方法。

一、准备

必须拥有一个 Kubernetes 的集群，同时必须配置 kubectl 命令行工具与集群通信。 建议在至少有两个不作为控制平面主机的节点的集群上运行本教程。 如果还没有集群，可以通过 Minikube 构建一个自己的集群，或者可以使用下面的 Kubernetes 练习环境之一：

• Killercoda；
• 玩转 Kubernetes。

二、访问API服务器

当 Pod 与 API 服务器联系时，Pod 会被认证为某个特定的 ServiceAccount（例如：default）。 在每个名字空间中，至少存在一个 ServiceAccount。

每个 Kubernetes 名字空间至少包含一个 ServiceAccount：也就是该名字空间的默认服务账号， 名为 default。如果在创建 Pod 时没有指定 ServiceAccount，Kubernetes 会自动将该名字空间中名为 default 的 ServiceAccount 分配给该 Pod。

可以检视刚刚创建的 Pod 的细节。例如：

kubectl get pods/<podname> -o yaml

在输出中，可以看到字段 spec.serviceAccountName。当在创建 Pod 时未设置该字段时， Kubernetes 自动为 Pod 设置这一属性的取值。Pod 中运行的应用可以使用这一自动挂载的服务账号凭据来访问 Kubernetes API。 当 Pod 被身份认证为某个 ServiceAccount 时， 其访问能力取决于所使用的鉴权插件和策略。

如果不希望 kubelet 自动挂载某 ServiceAccount 的 API 访问凭据，可以选择不采用这一默认行为。 通过在 ServiceAccount 对象上设置 automountServiceAccountToken: false，可以放弃在 /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/token 处自动挂载该服务账号的 API 凭据。

例如：

apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
name: build-robot
automountServiceAccountToken: false
...

也可以选择不给特定 Pod 自动挂载 API 凭据：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: my-pod
spec:
serviceAccountName: build-robot
automountServiceAccountToken: false
...

如果 ServiceAccount 和 Pod 的 .spec 都设置了 automountServiceAccountToken 值， 则 Pod 上 spec 的设置优先于服务账号的设置。

三、使用多个服务账号

每个名字空间都至少有一个 ServiceAccount：名为 default 的默认 ServiceAccount 资源。 可以用下面的命令列举当前名字空间 中的所有 ServiceAccount 资源：

kubectl get serviceaccounts

输出类似于：

NAME SECRETS AGE
default 1 1d

可以像这样来创建额外的 ServiceAccount 对象：

kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
name: build-robot
EOF

ServiceAccount 对象的名字必须是一个有效的 DNS 子域名。

如果查询服务账号对象的完整信息，如下所示：

kubectl get serviceaccounts/build-robot -o yaml

输出类似于：

apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
creationTimestamp: 2019-06-16T00:12:34Z
name: build-robot
namespace: default
resourceVersion: "272500"
uid: 721ab723-13bc-11e5-aec2-42010af0021e

可以使用鉴权插件来设置服务账号的访问许可。

要使用非默认的服务账号，将 Pod 的 spec.serviceAccountName 字段设置为想用的服务账号名称。只能在创建 Pod 时或者为新 Pod 指定模板时，才可以设置 serviceAccountName。 不能更新已经存在的 Pod 的 .spec.serviceAccountName 字段。

注意：.spec.serviceAccount 字段是 .spec.serviceAccountName 的已弃用别名。 如果要从工作负载资源中删除这些字段，请在 Pod 模板上将这两个字段显式设置为空。

如果尝试了创建前文示例中所给的 build-robot ServiceAccount， 可以通过运行下面的命令来完成清理操作：

kubectl delete serviceaccount/build-robot

四、手动创建API令牌

假设已经有了一个前文所提到的名为 “build-robot” 的服务账号。 可以使用 kubectl 为该 ServiceAccount 获得一个有时限的 API 令牌：

kubectl create token build-robot

这一命令的输出是一个令牌，可以使用该令牌来将身份认证为对应的 ServiceAccount。 可以使用 kubectl create token 命令的 –duration 参数来请求特定的令牌有效期 （实际签发的令牌的有效期可能会稍短一些，也可能会稍长一些）。

当启用了 ServiceAccountTokenNodeBinding 和 ServiceAccountTokenNodeBindingValidation 特性，并将 KUBECTL_NODE_BOUND_TOKENS 环境变量设置为 true 时， 可以创建一个直接绑定到 Node 的服务账号令牌：

KUBECTL_NODE_BOUND_TOKENS=true kubectl create token build-robot --bound-object-kind Node --bound-object-name node-001 --bound-object-uid 123...456

此令牌将有效直至其过期或关联的 Node 或服务账户被删除。

1、手动为 ServiceAccount 创建长期有效的 API 令牌

如果需要为 ServiceAccount 获得一个 API 令牌，可以创建一个新的、带有特殊注解 kubernetes.io/service-account.name 的 Secret 对象。

kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
name: build-robot-secret
annotations:
kubernetes.io/service-account.name: build-robot
type: kubernetes.io/service-account-token
EOF

如果通过下面的命令来查看 Secret：

kubectl get secret/build-robot-secret -o yaml

可以看到 Secret 中现在包含针对 “build-robot” ServiceAccount 的 API 令牌。

鉴于所设置的注解，控制面会自动为该 ServiceAccount 生成一个令牌，并将其保存到相关的 Secret 中。控制面也会为已删除的 ServiceAccount 执行令牌清理操作。

kubectl describe secrets/build-robot-secret

输出类似于这样：

Name: build-robot-secret
Namespace: default
Labels: <none>
Annotations: kubernetes.io/service-account.name: build-robot
kubernetes.io/service-account.uid: da68f9c6-9d26-11e7-b84e-002dc52800da
Type: kubernetes.io/service-account-token
Data
====
ca.crt: 1338 bytes
namespace: 7 bytes
token: ...

当删除一个与某 Secret 相关联的 ServiceAccount 时，Kubernetes 的控制面会自动清理该 Secret 中长期有效的令牌。

五、添加ImagePullSecrets

现在为服务账号添加 ImagePullSecrets。首先，生成一个 imagePullSecret； 接下来，验证该 Secret 已被创建。例如：

按为 Pod 设置 imagePullSecret 所描述的，生成一个镜像拉取 Secret：

kubectl create secret docker-registry myregistrykey --docker-server=DUMMY_SERVER \
--docker-username=DUMMY_USERNAME --docker-password=DUMMY_DOCKER_PASSWORD \
--docker-email=DUMMY_DOCKER_EMAIL

检查该 Secret 已经被创建。

kubectl get secrets myregistrykey

输出类似于这样：

NAME TYPE DATA AGE
myregistrykey kubernetes.io/.dockerconfigjson 1 1d

1、将镜像拉取 Secret 添加到服务账号

接下来更改名字空间的默认服务账号，将该 Secret 用作 imagePullSecret。

kubectl patch serviceaccount default -p '{"imagePullSecrets": [{"name": "myregistrykey"}]}'

也可以通过手动编辑该对象来实现同样的效果：

kubectl edit serviceaccount/default

sa.yaml 文件的输出类似于：

所选择的文本编辑器会被打开，展示如下所示的配置：

apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
creationTimestamp: 2021-07-07T22:02:39Z
name: default
namespace: default
resourceVersion: "243024"
uid: 052fb0f4-3d50-11e5-b066-42010af0d7b6

使用编辑器，删掉包含 resourceVersion 主键的行，添加包含 imagePullSecrets: 的行并保存文件。对于 uid 而言，保持其取值与读到的值一样。

当完成这些变更之后，所编辑的 ServiceAccount 看起来像是这样：

apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
creationTimestamp: 2021-07-07T22:02:39Z
name: default
namespace: default
uid: 052fb0f4-3d50-11e5-b066-42010af0d7b6
imagePullSecrets:
- name: myregistrykey

2、检查 imagePullSecrets 已经被设置到新 Pod 上

现在，在当前名字空间中创建新 Pod 并使用默认 ServiceAccount 时， 新 Pod 的 spec.imagePullSecrets 会被自动设置。

kubectl run nginx --image=nginx --restart=Never
kubectl get pod nginx -o=jsonpath='{.spec.imagePullSecrets[0].name}{"\n"}'

输出为：

myregistrykey

六、服务账号令牌卷投射

为了启用令牌请求投射，必须为 kube-apiserver 设置以下命令行参数：

• –service-account-issuer：定义服务账号令牌发放者的身份标识（Identifier）。可以多次指定 –service-account-issuer 参数，对于需要变更发放者而又不想带来业务中断的场景， 这样做是有用的。如果这个参数被多次指定，其第一个参数值会被用来生成令牌， 而所有参数值都会被用来确定哪些发放者是可接受的。所运行的 Kubernetes 集群必须是 v1.22 或更高版本才能多次指定 –service-account-issuer。
• –service-account-key-file：给出某文件的路径，其中包含 PEM 编码的 x509 RSA 或 ECDSA 私钥或公钥，用来检查 ServiceAccount 的令牌。所指定的文件中可以包含多个秘钥，并且可以多次使用此参数，每个参数值为不同的文件。 多次使用此参数时，由所给的秘钥之一签名的令牌会被 Kubernetes API 服务器认为是合法令牌。
• –service-account-signing-key-file：指向某文件的路径，其中包含当前服务账号令牌发放者的私钥。 此发放者使用此私钥来签署所发放的 ID 令牌。
• –api-audiences（可以省略）：为 ServiceAccount 令牌定义其受众（Audiences）。 服务账号令牌身份检查组件会检查针对 API 访问所使用的令牌， 确认令牌至少是被绑定到这里所给的受众之一。 如果 api-audiences 被多次指定，则针对所给的多个受众中任何目标的令牌都会被 Kubernetes API 服务器当做合法的令牌。如果指定了
• –service-account-issuer 参数，但沒有設置 –api-audiences，则控制面认为此参数的默认值为一个只有一个元素的列表， 且该元素为令牌发放者的 URL。

kubelet 还可以将 ServiceAccount 令牌投射到 Pod 中。可以指定令牌的期望属性， 例如受众和有效期限。这些属性在 default ServiceAccount 令牌上无法配置。 当 Pod 或 ServiceAccount 被删除时，该令牌也将对 API 无效。

可以使用类型为 ServiceAccountToken 的投射卷来为 Pod 的 spec 配置此行为。

来自此投射卷的令牌是一个 JSON Web Token (JWT)。 此令牌的 JSON 载荷遵循明确定义的模式，绑定到 Pod 的令牌的示例载荷如下：

{
"aud": [ # 匹配请求的受众，或当没有明确请求时匹配 API 服务器的默认受众
"https://kubernetes.default.svc"
],
"exp": 1731613413,
"iat": 1700077413,
"iss": "https://kubernetes.default.svc", # 匹配传递到 --service-account-issuer 标志的第一个值
"jti": "ea28ed49-2e11-4280-9ec5-bc3d1d84661a", # ServiceAccountTokenJTI 特性必须被启用才能出现此申领
"kubernetes.io": {
"namespace": "kube-system",
"node": { # ServiceAccountTokenPodNodeInfo 特性必须被启用，API 服务器才会添加此节点引用申领
"name": "127.0.0.1",
"uid": "58456cb0-dd00-45ed-b797-5578fdceaced"
},
"pod": {
"name": "coredns-69cbfb9798-jv9gn",
"uid": "778a530c-b3f4-47c0-9cd5-ab018fb64f33"
},
"serviceaccount": {
"name": "coredns",
"uid": "a087d5a0-e1dd-43ec-93ac-f13d89cd13af"
},
"warnafter": 1700081020
},
"nbf": 1700077413,
"sub": "system:serviceaccount:kube-system:coredns"
}

1、启动使用服务账号令牌投射的Pod

要为某 Pod 提供一个受众为 vault 并且有效期限为 2 小时的令牌，可以定义一个与下面类似的 Pod 清单：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: nginx
spec:
containers:
- image: nginx
name: nginx
volumeMounts:
- mountPath: /var/run/secrets/tokens
name: vault-token
serviceAccountName: build-robot
volumes:
- name: vault-token
projected:
sources:
- serviceAccountToken:
path: vault-token
expirationSeconds: 7200
audience: vault

创建此 Pod：

kubectl create -f https://k8s.io/examples/pods/pod-projected-svc-token.yaml

kubelet 组件会替 Pod 请求令牌并将其保存起来；通过将令牌存储到一个可配置的路径以使之在 Pod 内可用；在令牌快要到期的时候刷新它。kubelet 会在令牌存在期达到其 TTL 的 80% 的时候或者令牌生命期超过 24 小时的时候主动请求将其轮换掉。

应用负责在令牌被轮换时重新加载其内容。通常而言，周期性地（例如，每隔 5 分钟） 重新加载就足够了，不必跟踪令牌的实际过期时间。

七、服务账号分发者

如果在集群中已经为 ServiceAccount 启用了令牌投射， 那么也可以利用其发现能力。Kubernetes 提供一种方式来让客户端将一个或多个外部系统进行联邦， 作为标识提供者（Identity Provider），而这些外部系统的角色是依赖方（Relying Party）。

注意：

• 分发者的 URL 必须遵从 OIDC 发现规范。 实现上，这意味着 URL 必须使用 https 模式，并且必须在路径 {service-account-issuer}/.well-known/openid-configuration 处给出 OpenID 提供者（Provider）的配置信息。
• 如果 URL 没有遵从这一规范，ServiceAccount 分发者发现末端末端就不会被注册也无法访问。

当此特性被启用时，Kubernetes API 服务器会通过 HTTP 发布一个 OpenID 提供者配置文档。 该配置文档发布在 /.well-known/openid-configuration 路径。 这里的 OpenID 提供者配置（OpenID Provider Configuration）有时候也被称作 “发现文档（Discovery Document）”。 Kubernetes API 服务器也通过 HTTP 在 /openid/v1/jwks 处发布相关的 JSON Web Key Set（JWKS）。

使用 RBAC 的集群都包含一个的默认 RBAC ClusterRole, 名为 system:service-account-issuer-discovery。 默认的 RBAC ClusterRoleBinding 将此角色分配给 system:serviceaccounts 组， 所有 ServiceAccount 隐式属于该组。这使得集群上运行的 Pod 能够通过它们所挂载的服务账号令牌访问服务账号发现文档。 此外，管理员可以根据其安全性需要以及期望集成的外部系统，选择是否将该角色绑定到 system:authenticated 或 system:unauthenticated。

JWKS 响应包含依赖方可以用来验证 Kubernetes 服务账号令牌的公钥数据。 依赖方先会查询 OpenID 提供者配置，之后使用返回响应中的 jwks_uri 来查找 JWKS。

在很多场合，Kubernetes API 服务器都不会暴露在公网上，不过对于缓存并向外提供 API 服务器响应数据的公开末端而言，用户或者服务提供商可以选择将其暴露在公网上。 在这种环境中，可能会重载 OpenID 提供者配置中的 jwks_uri，使之指向公网上可用的末端地址，而不是 API 服务器的地址。 这时需要向 API 服务器传递 –service-account-jwks-uri 参数。 与分发者 URL 类似，此 JWKS URI 也需要使用 https 模式。