Dcker容器技术应用 教案7 项目七Dcker安全

PAGE76Docker容器技术应用课程教案授课题目：项目七Docker安全授课学时8课时课程类型理实一体课教学目的：（1）了解Docker安全（2）了解Kubernetes的体系结构（3）理解Kubernetes的核心概念（3）掌握部署Kubernetes系统环境的方法（4）掌握搭建Kubernetes集群的方法教学重点：1、Docker安全概述：介绍Docker容器与虚拟机的安全性比较，分析Docker在使用过程中可能面临的安全风险，重点讨论Docker的安全策略和防护措施。2、Docker安全影响因素：深入探讨影响Docker安全性的各类因素，包括版本漏洞、未经授权的访问、不安全的镜像、网络通信安全等，帮助学生全面理解容器安全的挑战。3、Cgroup资源管理和限制机制：介绍Cgroup的概念、功能以及如何使用Cgroup对Docker容器进行资源限制，确保容器资源的合理分配与管理。4、Docker日志管理：讲解Docker日志的分类和作用，介绍如何查看和管理Docker容器日志，确保容器的运行安全和问题追踪。教学方法和手段：任务驱动法、启发法、讨论法、直观演示法

Docker容器技术应用课程教案教学内容及过程教学内容与教学设计：7.1知识准备7.1.1Docker安全概述1.Docker容器与虚拟机的安全性比较Docker容器与宿主机共享操作系统，容器中的应用有可能导致虚拟机崩溃，而虚拟机崩溃一般不会影响宿主机的运行，如图7-1所示。DockerEngine引擎是运行和管理容器的核心软件，通常会简单地指Docker，用以创建和运行容器。Docker使用cgroups、namespaces和SELinux/AppArmor安全策略等多种技术来实现容器隔离，让应用能够在容器内运行而不影响宿主机和其他容器。Hypervisor处于硬件系统之上，它将CPU、内存、网卡等转换为虚拟资源按需分配给每个虚拟机，每个虚拟机都配置自己的操作系统，想通过虚拟机攻击宿主机或其他虚拟机，必须经过Hypervisor层，而这个难度是相当大的，所以与Docker容器相比，虚拟机的安全性是比较高的。图7-1容器与虚拟机2.影响Docker安全的因素以下是常见的导致Docker安全性问题的一些因素：（1）版本漏洞：虽然Docker版本在不断升级，但Docker引擎和相关组件仍然可能存在漏洞，攻击者可能利用这些漏洞对系统进行攻击。（2）未经授权的访问：未经授权的用户或者容器可能会访问其他容器或者宿主机上的敏感信息。（3）不安全的镜像：通过公开的镜像网站，使用未经验证或者来源不明的镜像，而其中可能包含恶意代码，攻击者会通过恶意镜像进行攻击。（4）网络通信：容器之间的网络通信可能不安全，攻击者会通过监听、拦截或者篡改网络流量进行攻击。（5）资源耗尽：攻击者控制的恶意容器可能会消耗过多的系统资源，导致拒绝服务或者其他系统性能问题。（6）缺乏监控和日志：如果缺乏对容器活动的监控和日志记录，可能导致无法追踪或安全分析事件。除此之外，还有不完善的配置、存储泄露、容器逃逸、不适当的权限管理等，也会导致Docker的安全性问题。7.1.2Cgroup资源管理和限制机制Cgroup（ControlGroups控制族群的简写）是Linux内核提供的一种资源管理和限制机制，它能提供统一的接口来管理CPU、内存、磁盘I/O、网络等资源，可以对进程进行分组并对分组内的进程进行资源限制、优先级调整等操作，从而更好地控制系统中各个进程的资源使用情况，实现资源隔离和共享，避免因某些进程占用资源过多而导致系统负载过高的问题。1.Cgroup相关概念任务（task）：系统的一个进程。一个任务可以是多个不同层级cgroup的成员。控制组（cgroup）：按照一定规则划分的一组进程。一个进程可以加入到某个控制组，Cgroup以控制组为单位进行资源分配和限制。层级树（hierarchy）：按照树状结构排列组成的一系列控制组，即一棵控制树。控制组中的子节点是父节点的孩子，继承父节点的属性。例如，系统中已经定义了控制组C1，限制CPU使用2核，然后再定义控制组C2，既限制CPU使用2核又限制内存使用4G，则控制组C1和C2可以组成父子关系，无须重复定义CPU限制，C2直接继承C1即可。子系统（subsystem）：用以实现对某类资源的管理和控制，一个子系统就是一个资源控制器（controllers）。例如CPU子系统是限制CPU使用时间的控制器，内存子系统是限制内存使用量的控制器。每个控制组可以关联一个或多个子系统，子系统必须附加到一个层级上才能起作用，层级上的所有控制组都受到该子系统的控制。份额：默认一个Docker容器的CPU份额是1024，当同时运行两个容器container1和container2时，如果其CPU份额分别为512和1024（即1:2），则container2获得CPU的使用率比container1大一倍。但如果container2一直处于空闲，则container1可以获得更多的CPU使用率。当主机上只运行一个容器时，即使其CPU份额只有30，它也可以独占整个主机的CPU资源。Cgroup只在容器占用资源紧缺时才起作用，Cgroup资源配置取决于多个运行容器的CPU分配情况和容器中进程的运行情况。2.Cgroup子系统在/sys/fs/cgroup/目录下，可以看到Cgroup子系统，如图7-2所示。图7-2虚拟机与容器Cgroup子系统是一组资源控制模块，它们的作用分别如下：blkio：为块设备设置I/O限制。cpu：使用调度程序设置进程的CPU占用时间。cpuacct：自动生成Cgroup中任务所使用CPU资源情况报告。cpuset：为Cgroup中的任务分配独立的CPU（多核系统）和内存节点。devices：开启或关闭Cgroup中任务对设备的访问。freezer：挂起或恢复Cgroup中的任务。hugetlb：限制使用的内存页数量。memory：设置Cgroup中任务对内存占用的限定。net_cls：使用等级识别符（classid）标记网络数据包，将Cgroup中进程产生的网络包分类，让Linux流量控制器tc可以根据分类区分数据包并做网络限制。net_prio：设置Cgroup中进程产生网络流量的优先级。perf_event：使用perf工具监控Cgroup。pids：限制任务数量。systemd：提供Cgroup使用和管理接口。7.1.3Docker日志在实际的生产环境中，高效监控和日志管理对系统的持续稳定运行以及故障排查至关重要。1.Docker日志的主要作用性能监控：‌日志记录了容器运行时的CPU使用率、‌内存占用、‌网络流量等信息，‌通过分析这些数据，‌可以对容器的性能进行监控，‌及时发现性能瓶颈，‌优化应用性能。问题排查：‌当应用出现问题时，‌查看Docker容器的日志，分析日志中的错误信息，有助于快速定位问题的根源，‌从而采取相应的解决措施。‌‌安全审计：‌日志‌记录了容器的启动、‌停止、‌访问控制等信息，‌据此可以检测应用的潜在安全风险，‌防患于未然。‌故障恢复：‌当系统发生故障时，‌通过查看和分析日志，可以了解故障发生前后的容器状态，‌有助于快速恢复系统的正常运行。‌优化改进：‌通过对日志进行分析，‌可以发现应用的运行情况和潜在问题，‌为应用的优化和改进提供依据。‌2.Docker日志的分类Docker日志分为Docker引擎日志和容器日志两类。Docker引擎日志是指Docker运行时所产生的日志，一般存储在/var/log/docker.log文件中，或使用命令journalctl-udocker查看，具体位置因系统而异。Docker容器日志是指容器内的服务所产生的日志，它记录了Docker容器在运行过程中产生的各种输出、警告或错误等信息，以便用户对容器进行监控、性能分析和故障排查。每个容器的日志一般存储在/var/lib/docker/containers/<container-id>/container-json.log文件中。3.Docker日志的第三方管理工具在实际应用中，有时需要更高级的日志管理工具对大规模集群的日志进行处理，如集中化管理、实时搜索、统计分析等。Docker日志常见的第三方管理工具包括Sysdig、‌Splunk、ELK等。‌Sysdig是一个开源的系统追踪工具，‌能够实时捕获和分析Linux系统和容器内部信息，‌并生成详细的事件日志。它还提供了一个基于Web的用户界面，对容器、进程、文件系统、网络等进行实时的性能监控。Splunk是一款商业化的日志管理和分析平台，‌提供实时监控、‌搜索和可视化等功能，支持在Docker容器中监控和优化应用程序的性能。‌ELK是一个流行的日志管理和分析平台，由Elasticsearch、‌Logstash和Kibana三个开源工具组成，可以为用户‌提供强大的Docker日志收集、存储、搜索和可视化等功能。‌这些工具各有特点，‌‌应用于不同的生产场景，‌可以根据用户的具体需求选择合适的工具进行Docker容器的日志管理。7.2任务实施任务7.2.1设置容器的CPU使用率与CPU周期（1）任务目标掌握设置容器CPU使用率的方法掌握设置CPU周期的方法（2）任务内容创建Stress工具镜像设置容器占用CPU资源的份额设置CPU周期（3）完成任务所需的设备和软件一台安装Windows10操作系统的计算机VMwareWorkstation，Docker远程管理工具MobaXterm（4）任务实施步骤详见实验指导书任务7.2.2限制CPU内核、内存和BlockIO（1）任务目标掌握限制CPU内核、内存和BlockIO的方法（2）任务内容限制CPU内核限制内存限制BlockIO（3）完成任务所需的设备和软件一台安装Windows10操作系统的计算机VMwareWorkstation，Docker远程管理工具MobaXterm（4）任务实施步骤详见实验指导书任务7.2.3查看Docker日志（1）任务