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以Docker为代表的传统容器到了生死存亡之际

当云原生将容器技术作为下一代云计算的基础之一时,并不意味着容器本身停止了演化。事实上,以 Docker 为代表的传统容器在遇到多租户场景时,它的安全问题立刻暴露了出来,这时,人们才怀念起虚拟化的好处。

作者:徐川来源:开源中国|2019-12-25 09:15

云原生是一座由精妙理论所构筑的摩天大厦,但其中的砖石还需加固。

当云原生将容器技术作为下一代云计算的基础之一时,并不意味着容器本身停止了演化。事实上,以 Docker 为代表的传统容器在遇到多租户场景时,它的安全问题立刻暴露了出来,这时,人们才怀念起虚拟化的好处。

于是,采用虚拟化技术的“安全容器”这一概念应运而生,而开启这一变革的,正是 Kata Containers,前不久,它刚刚度过两周年。

新的 Kata Containers 为我们带来虚拟机的安全性和隔离性、与容器兼容的 API 接口,同时还有与容器同一级别的性能,这意味着采用安全容器的时机已经成熟。

与此相对的是,上个月,Docker 的企业级业务被打包出售,据称出售价格甚至不及几轮下来的融资总额。

所有在生产环境使用容器的公司,从现在开始都有必要审视自己的安全策略,并制定从容器到安全容器的迁移计划。

这一切是怎么发生的呢?听我为你一一道来。

Docker 的溃败

2019 年 11 月 13 日,私有云基础设施公司 Mirantis 在其官方博客宣布,收购 Docker 公司企业级业务,包括接管它的 700 多个客户,这标志着 Docker 公司从 2013 年开始的商业化探索彻底失败。

在不了解容器发展历史的人看来,这种结果很难理解,Docker 是容器热潮的开创者,容器则是这一轮云计算技术演进的开启者,为什么明明站在风口上了,却仍然飞不起来?

这与 Docker 创始人的一系列迷之操作固然脱不了干系,但其实,Docker 今天的命运,在 4 年前就决定了。

在 2013 年以前,业界其实一直都没有找到云计算原生的打开方式,GAE 以及 Cloud Foundry 早期版本为代表的 PaaS 将大家都带到坑里,只留下一地鸡毛。直到 Docker 开源,大家才如梦方醒,原来不是方向不对,而是应用分发和交付的手段不行。

然而,Docker 公司将其核心代码开源的初心并不只是造福业界,它是想用这种方式吸引商业客户。Docker 公司将 Docker 注册为商标,引起了社区的警觉,各种自创容器项目层出不穷。

为了结束这种乱象,2015 年 6 月,容器开放推进组织 OCI 成立,旨在围绕容器格式和运行时制定一个开放的标准,Docker 作为创始成员,意图将这个标准制定权抓在手里。

然而,大家实在是被 Docker 在商业化和社区两边左右摇摆的态度吓怕了,2014 年 Kubernetes 发布后,迅速吸引了包括红帽在内的一批成员,并在短短一年之后的 2015 年 7 月,Kubernetes 发布了 1.0 版本,随之而来的还有 CNCF 云原生计算基金会。

CNCF 的诞生宣告云计算技术演进的重心从容器转移到容器编排,随后的 2016 年,Kubernetes 发布了容器运行时接口 CRI,只要符合这个接口,Kubernetes 就可以通过它来运行容器,是不是 Docker 已经无关紧要了。

就这样,容器从 Docker 变成了一种标准接口实现,只要符合这个标准,不用管背后运行的是什么。

结合容器和 Kubernetes,大家在自己的集群上用得很愉快,但当云厂商试图向大众提供容器服务时,多租户安全问题出现了。

AWS 的选择

要理解这个问题,我们首先要了解容器的原理。

Linux 容器的本质是一种进程隔离技术,通过 cgroup 和 namespace,容器里的应用只使用给定的资源,不同容器之间互不侵犯。

从容器里应用的角度来看,它只能看到给定的计算存储资源和为其定制的系统,但从容器外面的系统来看,它运行的是一个一个的进程。

如果这些容器都属于同一个用户那还没什么,但如果是云服务,一台机器里面运行着不同用户的一个个进程,光是想一想就有一种四处漏风的感觉!

从技术角度讲,AWS 在它的官方博客中是这么描述这个安全隐患的:

由于操作系统内核漏洞,Docker 组件设计缺陷,以及不当的配置都会导致 Docker 容器发生逃逸,从而获取宿主机权限。由于频发的安全及逃逸漏洞,在公有云环境容器应用不得不也运行在虚拟机中,从而满足多租户安全隔离要求。而分配、管理、运维这些传统虚拟机与容器轻量、灵活、弹性的初衷背道而驰,同时在资源利用率、运行效率上也存浪费。

这就是云原生里面的多租户问题,其本质是容器安全问题。前几年,云厂商在推出 Kubernetes 集群服务方面进展神速,但在提供单一容器托管方面却步伐迟缓,就是因为这个问题迟迟没有解决。

并且,多租户问题不仅仅在公有云上存在,在公司内部的私有云上同样存在,不同部门、团队的应用,理应进行强隔离,以免一个业务出现问题影响整个公司。但过去,大家应用容器的势头很强,装作看不到这个问题罢了。

对于多租户问题,虽然社区逐渐有了一些解决方案,但因为还不太成熟,也缺乏一个标志性事件把它们推到前台。终于,2018 年 12 月,AWS 出手了。

众所周知,AWS 是云计算行业的领头羊,但在容器到云原生这波浪潮里,AWS 却变成了跟随者的角色,它肯定是不甘心的,最终,它在容器安全给出了自己的答案,重新走在了所有云厂商的前面。

AWS 的答案是Firecracker,一种轻量级虚拟机(MicroVM),这个轻量级是相对于全功能虚拟机来说的,后者的代表是 QEMU,号称能模拟所有硬件设备。Firecracker 将能省的地方都省了,最终留下一个极其精巧的运行时,只保护该保护的地方。

从性能上来讲,Firecracker 和容器已经很接近了,它最初的意图就是为 AWS 的 Serverless 服务 Lambda 提供保护,性能必须要跟上;从安全上来讲,在该保护的地方,它提供的是虚拟机级别的保护,无论是来自内部和外部的漏洞和攻击都能防护。

AWS 还推出了 Firecracker 的 containerd 实现,这意味着可以用标准容器的方法来驱动 Firecracker,说明用虚拟机来解决容器安全这条道路是可行的。

但是,AWS 有自己的一套完整生态,Firecracker 也是这个生态的一部分,虽然它开源了,社区并不能做到开箱即用,与 Kubernetes 有一些不兼容的地方。

这时,就轮到 Kata Containers 出场了。

面向云原生的虚拟化

Kata Containers 的前身是 Hyper runV 和 Intel Clear Container,这两者都试图用虚拟化的技术来解决容器安全问题。

两者都是 2015 年 5 月布的,后来发现彼此技术路径差不多,两边的创始人聚到一起一合计,要不合并吧,于是 Kata Containers 就诞生了。

当时,正遭遇 Kubernetes 和 CNCF 强劲攻势的 OpenStack 基金会,一眼看出了 Kata Containers 的应用潜力,于是在将战略改为面向开放基础设施的同时,将 Kata Containers 接纳为第二个顶级开放基础设施项目,与 OpenStack 同级。

但是,Kata Containers 在诞生后一段时间里,却并不受社区的开发人员看好

其重要原因有二,第一个是,Kata 虽然从第一天就将与 Kubernetes 集成作为最优先目标,但 Kubernetes 早期版本只考虑了如何运行容器,要让 Kubernetes 支持非容器技术需要额外做一些功夫,当时 runC 容器还如日中天,让 Kubernetes 管理虚拟机是一个比较另类的做法。

第二,Kata 虽然成功地让虚拟机兼容了容器的大部分接口,但是性能太差,其中一个主要原因在于,它在底层采用了上面提到的 QEMU 作为对接系统接口层,而 QEMU 是一个包含数百万行代码、数万个文件的项目,虽然 Kata 努力对其进行了精简,但带来额外的性能损耗,还是让对安全不太敏感的应用难以接受。

事情的转机就在于 AWS Firecracker 的发布,当时,Firecracker 只支持 AWS 自己的 Serverless 服务,但是明眼人都看得出来,Serverless 都支持了,容器还远吗?Firecracker 也让大家更加关注容器安全问题,Kata Containers 开始受到更多的关注。

同时,Kata 也在利用包括 Firecracker 在内的最新开源社区进展,进一步降低开销:比如,支持 Firecracker 作为部分适用场景的 VMM,以及研发自己的 rust-VMM cloud-hypervisor,又将沙箱 agent 替换为轻量的 rust-agent,让内存占用从十多 MB 降低到 1.1MB,提升肉眼可见,并且,这个开销已经可以接受。

另一方面,在 Kata Containers 和社区的推动下,Kubernetes 开始接受安全容器了,在 Kubernetes 里运行 Kata 不再需要做额外处理。

在 Kata Containers 的两周年之际,它给自己的定义是面向云原生的虚拟化

之所以要强调虚拟化,是因为它的本质是用的虚拟化技术,但与传统虚拟化相比,Kata Containers 走的是一个完全不同的发展方向,是适合云原生场景下的虚拟化。

但是为什么又叫它安全容器呢?现在回到我们开头介绍的多租户问题,使用 Kata Containers 后,当你启动一个容器,实际上是启动了一个虚拟机,但这个虚拟机的功能、生命周期、性能表现都和容器一模一样。

鸭子测试说,如果一个动物走路像鸭子、说话像鸭子、长得像鸭子、啄食也像鸭子,那么我们就认为它是一只鸭子。放到 Kata Containers 也一样。

Docker 自身的技术路线,无法很好地解决安全问题,所以当 CRI 和安全容器出现之后,它的商业化探索已经注定不会有太好结局。

Kata Containers 与安全容器的未来

软件世界里有很多不确定性,但我们可以确定的是,安全问题一定会发生。

那么,如何应对安全问题呢?Linus 说过这样一句话:

安全问题的唯一正解在于允许那些(导致安全问题的)Bug 发生,但通过额外的隔离层来阻挡住它们。

—— LinuxCon NA 2015, Linus Torvalds

要一劳永逸地解决容器安全问题,可能唯有为其添加额外的隔离层,这也是 Kata Containers 的思路。

值得一提的是,安全容器并不是只有 Kata Containers 和 Firecracker这一条路线,Google 推出的 gVisor 是另一条路线,它是一个更纯粹的隔离层,上层应用对系统的所有访问都经过隔离层处理后,再将其中少数请求交给宿主机响应。

Kata Containers 经过两年耕耘,业界开始逐渐跟进,比如百度智能云,在函数计算、容器服务、边缘计算等方面开始尝试。

2019 年,Kata Containers 创始人加入蚂蚁金服,蚂蚁并未干涉 Kata Containers 的发展路线,Kata 仍是社区主导的开源项目,Kata Containers 也开始在蚂蚁和阿里内部逐渐落地。

Kata Containers 未来仍会继续优化其性能,当然,更重要的是,容器和虚拟机就像是一座天平的两端,Kata Containers 需要不断地摸索,去找到那个平衡点。

AWS 已经证明了安全容器是公有云落地 Serverless 的关键技术之一,与之类似,边缘计算也将成为安全容器的典型应用场景。

随着 AWS 以及各家云厂商的跟进,可以预见,2020 年将迎来安全容器落地的爆发。

Kata Containers 项目地址:

https://github.com/kata-containers

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【责任编辑:张燕妮 TEL:(010)68476606】

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