以非 root 用户身份运行 Kubernetes 节点组件

本文档描述了如何通过使用 用户命名空间，在没有 root 权限的情况下运行 Kubernetes 节点组件，例如 kubelet、CRI、OCI 和 CNI。

此技术也称为 *无根模式*。

开始之前

您的 Kubernetes 服务器必须是 1.22 版本或更高版本。要检查版本，请输入 kubectl version。

• 启用 Cgroup v2
• 启用带有用户会话的 systemd
• 根据主机 Linux 发行版配置几个 sysctl 值
• 确保您的非特权用户在 /etc/subuid 和 /etc/subgid 中列出
• 启用 KubeletInUserNamespace 功能开关

在无根 Docker/Podman 中运行 Kubernetes

kind

kind 支持在无根 Docker 或无根 Podman 中运行 Kubernetes。

请参阅 使用无根 Docker 运行 kind。

minikube

minikube 也支持在无根 Docker 或无根 Podman 中运行 Kubernetes。

请参阅 Minikube 文档

• 无根 Docker
• 无根 Podman

在非特权容器中运行 Kubernetes

sysbox

Sysbox 是一个开源容器运行时（类似于“runc”），它支持在使用 Linux 用户命名空间隔离的非特权容器中运行系统级工作负载，例如 Docker 和 Kubernetes。

请参阅 Sysbox 快速入门指南：Kubernetes-in-Docker 以了解更多信息。

Sysbox 支持在非特权容器中运行 Kubernetes，而无需 Cgroup v2 以及 KubeletInUserNamespace 功能开关。它通过在容器内公开经过特殊制作的 /proc 和 /sys 文件系统以及其他一些高级操作系统虚拟化技术来实现这一点。

直接在主机上运行无根 Kubernetes

K3s

K3s 实验性地支持无根模式。

请参阅 使用无根模式运行 K3s 以了解用法。

Usernetes

Usernetes 是一个 Kubernetes 参考发行版，可以在 $HOME 目录下安装，无需 root 权限。

Usernetes 支持 containerd 和 CRI-O 作为 CRI 运行时。Usernetes 使用 Flannel（VXLAN）支持多节点集群。

请参阅 Usernetes 仓库 以了解用法。

手动部署运行 kubelet 的用户命名空间节点

本节提供了手动在用户命名空间中运行 Kubernetes 的提示。

创建用户命名空间

第一步是创建一个 用户命名空间。

如果您尝试在用户命名空间容器（例如无根 Docker/Podman 或 LXC/LXD）中运行 Kubernetes，那么您已经设置好了，您可以跳到下一小节。

否则，您必须通过使用 CLONE_NEWUSER 调用 unshare(2) 来自己创建用户命名空间。

还可以通过使用以下命令行工具来取消共享用户命名空间：

• unshare(1)
• RootlessKit
• become-root

在取消共享用户命名空间后，您还需要取消共享其他命名空间，例如挂载命名空间。

您 *不需要* 在取消共享挂载命名空间后调用 chroot() 或 pivot_root()，但是，您必须在命名空间 *内*（而不是 *外*）的几个目录上挂载可写文件系统。

至少，以下目录需要在命名空间 *内*（而不是 *外*）可写：

• /etc
• /run
• /var/logs
• /var/lib/kubelet
• /var/lib/cni
• /var/lib/containerd（对于 containerd）
• /var/lib/containers（对于 CRI-O）

创建委托的 cgroup 树

除了用户命名空间外，您还需要拥有一个带有 cgroup v2 的可写 cgroup 树。

如果您尝试在带有 systemd 的主机上运行无根 Docker/Podman 或 LXC/LXD，那么您已经设置好了。

否则，您必须创建一个带有 Delegate=yes 属性的 systemd 单元，以委托具有可写权限的 cgroup 树。

在您的节点上，systemd 必须已经配置为允许委托；有关更多详细信息，请参阅 Rootless Containers 文档中的 cgroup v2。

配置网络

节点组件的网络命名空间必须具有非回环接口，可以使用例如 slirp4netns、VPNKit 或 lxc-user-nic(1) 配置。

可以使用常规 CNI 插件配置 Pod 的网络命名空间。对于多节点网络，已知 Flannel（VXLAN，8472/UDP）有效。

必须使用外部端口转发器（例如 RootlessKit、slirp4netns 或 socat(1)）将节点网络命名空间中的端口（例如 kubelet 端口（10250/TCP）和 NodePort 服务端口）暴露到主机。

您可以使用 K3s 中的端口转发器。请参阅 在无根模式下运行 K3s 以了解更多详细信息。实现可以在 k3s 的 pkg/rootlessports 包 中找到。

配置 CRI

kubelet 依赖于容器运行时。您应该部署一个容器运行时（例如 containerd 或 CRI-O），并在 kubelet 启动之前确保它在用户命名空间中运行。

• containerd
• CRI-O

version = 2

[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri"]
# Disable AppArmor
  disable_apparmor = true
# Ignore an error during setting oom_score_adj
  restrict_oom_score_adj = true
# Disable hugetlb cgroup v2 controller (because systemd does not support delegating hugetlb controller)
  disable_hugetlb_controller = true

[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".containerd]
# Using non-fuse overlayfs is also possible for kernel >= 5.11, but requires SELinux to be disabled
  snapshotter = "fuse-overlayfs"

[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".containerd.runtimes.runc.options]
# We use cgroupfs that is delegated by systemd, so we do not use SystemdCgroup driver
# (unless you run another systemd in the namespace)
  SystemdCgroup = false

[crio]
  storage_driver = "overlay"
# Using non-fuse overlayfs is also possible for kernel >= 5.11, but requires SELinux to be disabled
  storage_option = ["overlay.mount_program=/usr/local/bin/fuse-overlayfs"]

[crio.runtime]
# We use cgroupfs that is delegated by systemd, so we do not use "systemd" driver
# (unless you run another systemd in the namespace)
  cgroup_manager = "cgroupfs"

配置 kubelet

在用户命名空间中运行 kubelet 需要以下配置

apiVersion: kubelet.config.k8s.io/v1beta1
kind: KubeletConfiguration
featureGates:
  KubeletInUserNamespace: true
# We use cgroupfs that is delegated by systemd, so we do not use "systemd" driver
# (unless you run another systemd in the namespace)
cgroupDriver: "cgroupfs"

启用 KubeletInUserNamespace 功能开关后，kubelet 会忽略在节点上设置以下 sysctl 值时可能发生的错误。

• vm.overcommit_memory
• vm.panic_on_oom
• kernel.panic
• kernel.panic_on_oops
• kernel.keys.root_maxkeys
• kernel.keys.root_maxbytes.

在用户命名空间内，kubelet 还会忽略尝试打开 /dev/kmsg 时引发的任何错误。此功能开关还允许 kube-proxy 忽略设置 RLIMIT_NOFILE 期间发生的错误。

KubeletInUserNamespace 功能开关在 Kubernetes v1.22 中引入，状态为“alpha”。

也可以通过挂载经过特殊制作的 proc 文件系统（如 Sysbox 所做的那样）在不使用此功能开关的情况下在用户命名空间中运行 kubelet，但这不受官方支持。

配置 kube-proxy

在用户命名空间中运行 kube-proxy 需要以下配置

apiVersion: kubeproxy.config.k8s.io/v1alpha1
kind: KubeProxyConfiguration
mode: "iptables" # or "userspace"
conntrack:
# Skip setting sysctl value "net.netfilter.nf_conntrack_max"
  maxPerCore: 0
# Skip setting "net.netfilter.nf_conntrack_tcp_timeout_established"
  tcpEstablishedTimeout: 0s
# Skip setting "net.netfilter.nf_conntrack_tcp_timeout_close"
  tcpCloseWaitTimeout: 0s

注意事项

• 大多数“非本地”卷驱动程序（例如 nfs 和 iscsi）不起作用。本地卷（例如 local、hostPath、emptyDir、configMap、secret 和 downwardAPI）已知有效。

• 一些 CNI 插件可能无法正常工作。已知 Flannel（VXLAN）有效。

有关此问题的更多信息，请参阅 rootlesscontaine.rs 网站上的 注意事项和未来工作 页面。

另请参阅

• rootlesscontaine.rs
• 2020 年无根容器（KubeCon NA 2020）
• 使用无根 Docker 运行 kind
• Usernetes
• 使用无根模式运行 K3s
• KEP-2033：Kubelet-in-UserNS（也称为无根模式）