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本…在当今企业环境中随着业务的快速增长和多样化服务器和云资源的管理会越来越让人头疼。K8s 虽然很强大但在处理多个部门或团队的业务部署需求时如果缺乏有效的多租户支持在效率和资源管理方面都会不尽如人意。
本文将深入探讨 K8s 多租户的概念、其在现代企业中的应用价值以及实现这一机制所面临的技术挑战和解决方案。
K8s 多租户的价值
“多租户”是一种软件架构的设计方式允许多个用户租户共享相同的系统或程序组件同时保持各自数据的隔离性和安全性。在 K8s 环境中实现有效的多租户机制意味着能够在同一 K8s 集群中运行多个独立的租户工作负载而无需担心资源冲突、数据泄露或安全问题。 没有多租户支持的挑战
当企业购买很多服务器并安装 K8s 后企业内部多个部门 (例如 20 个) 可能都需要在同一集群上部署各自的业务应用。在没有多租户机制的情况下这种集群使用方式有很多弊端
低效率每个部门不能自主使用集群必须通过集群管理员进行部署和管理。不仅减慢了部署进程还可能造成排队等待的情况大大降低工作效率。 资源利用不充分业务应用不能混合部署需要对服务器资源进行划分最终可能会导致资源无法充分利用造成浪费。 业务和资源管理混乱在一个没有租户隔离的集群中各部门的业务相互干扰难以管理。随着时间的推移集群的管理和运维变得越来越复杂。 规模扩展受限在一个单一租户的环境下集群难以支持多样化的业务需求限制了企业的扩展能力。 多租户架构的优势
一旦有了多租户能力企业就可以真正意义上构建自己的云环境实现资源的最大化利用和高效管理
资源管理有序通过账户系统每个部门可以自主管理其资源使用无需担心资源分配和使用上的混乱。 效率大幅提升各部门可以独立进行业务部署和更新无需麻烦集群管理员极大提高了操作效率和业务的灵活性。 资源扩展灵活集群管理员只需关注整个集群的资源状况而不是单个业务应用资源按需分配和扩展会更加灵活和高效。 业务隔离保障稳定性不同部门的业务应用在集群中彼此隔离避免了相互干扰保障了业务的稳定运行。
K8s 多租户的挑战
在 K8s 环境中实现多租户架构难度非常大不是简单使用命名空间的能力就能实现的还涉及到非常多的技术挑战。
挑战 1防止越权
在 K8s 多租户环境中限制每个用户的权限是关键。当多个用户共享一个集群时一个权限过高的用户可能会对整个集群构成致命威胁。例如禁止用户访问服务器节点或执行节点级别的操作如使用 kubectl get node 命令。此外需要限制其他高风险操作如启用容器特权模式、共享主机文件系统、端口和网络等。
为了解决这些问题Sealos 在其底层架构中采用了多种隔离手段。例如使用 OpenEBS 进行存储的块级别隔离Firecracker 以及 Cloud Hypervisor 用于计算运行时的隔离以及通过 Cilium 实现网络隔离。这些措施确保即使在共享环境中每个租户的操作也不会影响到其他租户。
挑战 2用户的概念、授权与命名空间绑定
K8s 本身不具备原生的用户管理系统。因此需要通过扩展功能来构建用户概念与第三方用户系统对接为每个用户生成独立的 kubeconfig 认证文件或 token。此外需要建立用户与命名空间 (namespace) 之间的多对多关系并为用户分配适当的权限。 Sealos 的设计允许管理员将用户加入特定的命名空间并对其角色进行管理从而有效地控制权限。这样管理员就可以细粒度地管理用户权限确保每个用户只能访问和修改他们被授权的资源。 挑战 3计量与配额管理
在多租户环境中合理地分配和监控资源使用是另一个重大挑战。需要明确每个租户使用了多少 CPU、内存、磁盘和网络资源并在资源使用超出配额时进行适当的处理。网络计量尤其复杂需要区分内外网流量而且要追踪到达特定容器的流量并确定这些容器属于哪个租户。
Sealos 采用 eBPF 技术来监控网络流量并通过控制器将流量数据与租户信息相关联存储到数据库中。这样可以与计量计费系统对接实现对资源使用的准确计费。对于计算和存储资源的监控Sealos 同样采用了控制器来收集和管理这些信息。 Sealos 多租户的挑战
如果说上面的这些问题很难解决那么 Sealos 的场景是在上述难度上乘以了 10 倍因为 Sealos 选择了在公网这个不可信的环境中解决多租户问题意味着给任意的开发者公开注册然后一起共享一个 K8s 集群。 公网环境的不可信性和开放性使得实现多租户变得尤为复杂。在这种环境下任何开发者都可以注册并共享同一个 K8s 集群这就带来了巨大的安全和稳定性挑战。但是如果能够成功实现其好处也是显而易见的
成本效益用户无需单独搭建和维护完整的集群显著降低了云服务的使用成本。资源优化允许每个容器运行在更小的规模上充分利用平台的弹性和资源。强隔离性在公网环境中实现良好的多租户隔离可以确保更高的安全性和稳定性。
前途的光明的但挑战也是巨大的。
挑战 1网关限制
Sealos 目前拥有数万注册用户流量很大我们几乎已经打爆了市面上很多主流的开源网关。在这种情况下一个用户的更新可能导致所有其他用户受到影响因为 Nginx 需要重新加载配置这显然是不能接受的。
还有某知名网关 (不便透露)控制器 CPU 很容易就被打爆。
还有某知名网关 (同样不便透露)数量一多配置生效需要超过两分钟。不过我们已经和上游社区进行了反馈应该很快会有改进。
挑战 2运行时隔离问题
Sealos 需要实现强隔离以保证多租户环境的安全。然而市面上的主流运行时环境并不能满足 Sealos 的隔离需求。例如Firecracker 无法提供对 GPU 的良好支持这对于需要高性能计算的应用来说是一个比较严重的限制。
挑战 3存储隔离问题
Sealos 需要确保不同租户的数据彼此隔离防止数据泄露或被其他租户错误访问。这就需要实现块级别的存储隔离挑战也很大。
挑战 4网络计量和争用管理
最后网络资源的计量和管理也是多租户环境中的关键问题。Sealos 需要准确地计量每个用户的网络使用情况并且在资源有限的情况下合理地分配网络资源。当网络资源产生争用时需要有机制来公平地解决这些争用确保所有用户都能公平合理地使用网络资源。
总结
多租户成熟了才能算作是一朵真正的云才能把云的威力发挥到九成以上。面对公网这一极其复杂和不可预测的环境Sealos 不仅实现了多租户的隔离和安全还在保障高效运行的同时降低了成本。且底层使用了非常多优雅的技术方案彻底解决企业所有开发者共享一朵云的需求。
