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【Kubernetes】Admission Webhook

Kubernetes 提供了需要扩展其内置功能的方法,最常用的可能是自定义资源类型和自定义控制器了,除此之外,Kubernetes 还有一些其他非常有趣的功能,比如 admission webhooks 或者 initializers,这些也可以用于扩展 API,它们可以用于修改某些 Kubernetes 资源的基本行为,接下来我们来看看那些引入了 admission webhooks 的动态准入控制。

准入控制器

首先,我们先看看 Kubernetes 官方文档中关于准入控制器的定义:

An admission controller is a piece of code that intercepts requests to the Kubernetes API server prior to persistence of the object, but after the request is authenticated and authorized. […] Admission controllers may be “validating”, “mutating”, or both. Mutating controllers may modify the objects they admit; validating controllers may not. […] If any of the controllers in either phase reject the request, the entire request is rejected immediately and an error is returned to the end-user.

大概意思就是说准入控制器是在对象持久化之前用于对 Kubernetes API Server 的请求进行拦截的代码段,在请求经过身份验证和授权之后放行通过。准入控制器可能正在validatingmutating或者都在执行,Mutating 控制器可以修改他们的处理的资源对象,Validating 控制器不会,如果任何一个阶段中的任何控制器拒绝了请求,则会立即拒绝整个请求,并将错误返回给最终的用户。

这意味着有一些特殊的控制器可以拦截 Kubernetes API 请求,并根据自定义的逻辑修改或者拒绝它们。Kubernetes 有自己实现的一个控制器列表:https://kubernetes.io/docs/reference/access-authn-authz/admission-controllers/#what-does-each-admission-controller-do,当然你也可以编写自己的控制器,虽然这些控制器听起来功能比较强大,但是这些控制器需要被编译进 kube-apiserver,并且只能在 apiserver 启动时启动。由于上面的控制器的限制,我们就需要用到“动态”的概念了,而不是和 apiserver 耦合在一起,Admission webhooksinitializers就通过一种动态配置方法解决了这个限制问题。对于这两个功能,initializers属于比较新的功能,而且平时用得非常少,还是一个alpha特性,所以更多的我们会来了解下Admission webhooks的使用方法。

在新版本(1.14+) kubernetes 集群中已经移除了对initializers的支持,所以可以不用考虑这种方式。

admission webhook 是什么?

在 Kubernetes apiserver 中包含两个特殊的准入控制器:MutatingAdmissionWebhookValidatingAdmissionWebhook。这两个控制器将发送准入请求到外部的 HTTP 回调服务并接收一个准入响应。如果启用了这两个准入控制器,Kubernetes 管理员可以在集群中创建和配置一个 admission webhook。

k8s api request lifecycle

总的来说,这样做的步骤如下:

  • 检查集群中是否启用了 admission webhook 控制器,并根据需要进行配置。
  • 编写处理准入请求的 HTTP 回调,回调可以是一个部署在集群中的简单 HTTP 服务,甚至也可以是一个 serverless 函数,例如:https://github.com/kelseyhightower/denyenv-validating-admission-webhook
  • 通过MutatingWebhookConfigurationValidatingWebhookConfiguration资源配置 admission webhook。

这两种类型的 admission webhook 之间的区别是非常明显的:validating webhooks 可以拒绝请求,但是它们却不能修改在准入请求中获取的对象,而 mutating webhooks 可以在返回准入响应之前通过创建补丁来修改对象,如果 webhook 拒绝了一个请求,则会向最终用户返回错误。

现在非常火热的的 Service Mesh 应用istio就是通过 mutating webhooks 来自动将Envoy这个 sidecar 容器注入到 Pod 中去的:https://istio.io/docs/setup/kubernetes/sidecar-injection/。

创建配置一个 Admission Webhook

上面我们介绍了 Admission Webhook 的理论知识,接下来我们在一个真实的 Kubernetes 集群中来实际测试使用下,我们将创建一个 webhook 的 webserver,将其部署到集群中,然后创建 webhook 配置查看是否生效。

先决条件

一个 Kubernetes 当然是必须的,你可以通过二进制或者 Kubeadm 来快速搭建集群,或者使用云服务厂商托管的集群都可以。(1.9版本以上)

然后确保在 apiserver 中启用了MutatingAdmissionWebhookValidatingAdmissionWebhook这两个控制器,由于我这里集群使用的是 kubeadm 搭建的,可以通过查看 apiserver Pod 的配置:

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$ kubectl get pods kube-apiserver-ydzs-master -n kube-system -o yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
labels:
component: kube-apiserver
tier: control-plane
name: kube-apiserver-ydzs-master
namespace: kube-system
......
spec:
containers:
- command:
- kube-apiserver
- --advertise-address=10.151.30.11
- --allow-privileged=true
- --authorization-mode=Node,RBAC
- --client-ca-file=/etc/kubernetes/pki/ca.crt
- --enable-admission-plugins=NodeRestriction,MutatingAdmissionWebhook,ValidatingAdmissionWebhook
......

上面的enable-admission-plugins参数中带上了MutatingAdmissionWebhookValidatingAdmissionWebhook两个准入控制插件,如果没有的,需要添加上这两个参数,然后重启 apiserver。

然后通过运行下面的命令检查集群中是否启用了准入注册 API:

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$ kubectl api-versions |grep admission

admissionregistration.k8s.io/v1beta1

编写 webhook

满足了前面的先决条件后,接下来我们就来实现一个 webhook 示例,通过监听两个不同的 HTTP 路径(validate 和 mutate)来进行 validating 和 mutating webhook 验证。

这个 webhook 的完整代码可以在 Github 上获取:https://github.com/cnych/admission-webhook-example,该代码 Fork 自仓库https://github.com/banzaicloud/admission-webhook-example。这个 webhook 是一个简单的带 TLS 认证的 HTTP 服务,用 Deployment 方式部署在我们的集群中。

代码中主要的逻辑在两个文件中:main.gowebhook.gomain.go文件包含创建 HTTP 服务的代码,而webhook.go包含 validates 和 mutates 两个 webhook 的逻辑,大部分代码都比较简单,首先查看main.go文件,查看如何使用标准 golang 包来启动 HTTP 服务,以及如何从命令行标志中读取 TLS 配置的证书:

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flag.StringVar(&parameters.certFile, "tlsCertFile", "/etc/webhook/certs/cert.pem", "File containing the x509 Certificate for HTTPS.")
flag.StringVar(&parameters.keyFile, "tlsKeyFile", "/etc/webhook/certs/key.pem", "File containing the x509 private key to --tlsCertFile.")

然后一个比较重要的是 serve 函数,用来处理传入的 mutate 和 validating 函数 的 HTTP 请求。该函数从请求中反序列化 AdmissionReview 对象,执行一些基本的内容校验,根据 URL 路径调用相应的 mutate 和 validate 函数,然后序列化 AdmissionReview 对象:

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func (whsvr *WebhookServer) serve(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
var body []byte
if r.Body != nil {
if data, err := ioutil.ReadAll(r.Body); err == nil {
body = data
}
}
if len(body) == 0 {
glog.Error("empty body")
http.Error(w, "empty body", http.StatusBadRequest)
return
}

// verify the content type is accurate
contentType := r.Header.Get("Content-Type")
if contentType != "application/json" {
glog.Errorf("Content-Type=%s, expect application/json", contentType)
http.Error(w, "invalid Content-Type, expect `application/json`", http.StatusUnsupportedMediaType)
return
}

var admissionResponse *v1beta1.AdmissionResponse
ar := v1beta1.AdmissionReview{}
if _, _, err := deserializer.Decode(body, nil, &ar); err != nil {
glog.Errorf("Can't decode body: %v", err)
admissionResponse = &v1beta1.AdmissionResponse{
Result: &metav1.Status{
Message: err.Error(),
},
}
} else {
fmt.Println(r.URL.Path)
if r.URL.Path == "/mutate" {
admissionResponse = whsvr.mutate(&ar)
} else if r.URL.Path == "/validate" {
admissionResponse = whsvr.validate(&ar)
}
}

admissionReview := v1beta1.AdmissionReview{}
if admissionResponse != nil {
admissionReview.Response = admissionResponse
if ar.Request != nil {
admissionReview.Response.UID = ar.Request.UID
}
}

resp, err := json.Marshal(admissionReview)
if err != nil {
glog.Errorf("Can't encode response: %v", err)
http.Error(w, fmt.Sprintf("could not encode response: %v", err), http.StatusInternalServerError)
}
glog.Infof("Ready to write reponse ...")
if _, err := w.Write(resp); err != nil {
glog.Errorf("Can't write response: %v", err)
http.Error(w, fmt.Sprintf("could not write response: %v", err), http.StatusInternalServerError)
}
}

主要的准入逻辑是 validate 和 mutate 两个函数。validate 函数检查资源对象是否需要校验:不验证 kube-system 和 kube-public 两个命名空间中的资源,如果想要显示的声明不验证某个资源,可以通过在资源对象中添加一个admission-webhook-example.qikqiak.com/validate=false的 annotation 进行声明。如果需要验证,则根据资源类型的 kind,和标签与其对应项进行比较,将 service 或者 deployment 资源从请求中反序列化出来。如果缺少某些 label 标签,则响应中的Allowed会被设置为 false。如果验证失败,则会在响应中写入失败原因,最终用户在尝试创建资源时会收到失败的信息。validate 函数实现如下所示:

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// validate deployments and services
func (whsvr *WebhookServer) validate(ar *v1beta1.AdmissionReview) *v1beta1.AdmissionResponse {
req := ar.Request
var (
availableLabels map[string]string
objectMeta *metav1.ObjectMeta
resourceNamespace, resourceName string
)

glog.Infof("AdmissionReview for Kind=%v, Namespace=%v Name=%v (%v) UID=%v patchOperation=%v UserInfo=%v",
req.Kind, req.Namespace, req.Name, resourceName, req.UID, req.Operation, req.UserInfo)

switch req.Kind.Kind {
case "Deployment":
var deployment appsv1.Deployment
if err := json.Unmarshal(req.Object.Raw, &deployment); err != nil {
glog.Errorf("Could not unmarshal raw object: %v", err)
return &v1beta1.AdmissionResponse{
Result: &metav1.Status{
Message: err.Error(),
},
}
}
resourceName, resourceNamespace, objectMeta = deployment.Name, deployment.Namespace, &deployment.ObjectMeta
availableLabels = deployment.Labels
case "Service":
var service corev1.Service
if err := json.Unmarshal(req.Object.Raw, &service); err != nil {
glog.Errorf("Could not unmarshal raw object: %v", err)
return &v1beta1.AdmissionResponse{
Result: &metav1.Status{
Message: err.Error(),
},
}
}
resourceName, resourceNamespace, objectMeta = service.Name, service.Namespace, &service.ObjectMeta
availableLabels = service.Labels
}

if !validationRequired(ignoredNamespaces, objectMeta) {
glog.Infof("Skipping validation for %s/%s due to policy check", resourceNamespace, resourceName)
return &v1beta1.AdmissionResponse{
Allowed: true,
}
}

allowed := true
var result *metav1.Status
glog.Info("available labels:", availableLabels)
glog.Info("required labels", requiredLabels)
for _, rl := range requiredLabels {
if _, ok := availableLabels[rl]; !ok {
allowed = false
result = &metav1.Status{
Reason: "required labels are not set",
}
break
}
}

return &v1beta1.AdmissionResponse{
Allowed: allowed,
Result: result,
}
}

判断是否需要进行校验的方法如下,可以通过 namespace 进行忽略,也可以通过 annotations 设置进行配置:

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func validationRequired(ignoredList []string, metadata *metav1.ObjectMeta) bool {
required := admissionRequired(ignoredList, admissionWebhookAnnotationValidateKey, metadata)
glog.Infof("Validation policy for %v/%v: required:%v", metadata.Namespace, metadata.Name, required)
return required
}

func admissionRequired(ignoredList []string, admissionAnnotationKey string, metadata *metav1.ObjectMeta) bool {
// skip special kubernetes system namespaces
for _, namespace := range ignoredList {
if metadata.Namespace == namespace {
glog.Infof("Skip validation for %v for it's in special namespace:%v", metadata.Name, metadata.Namespace)
return false
}
}

annotations := metadata.GetAnnotations()
if annotations == nil {
annotations = map[string]string{}
}

var required bool
switch strings.ToLower(annotations[admissionAnnotationKey]) {
default:
required = true
case "n", "no", "false", "off":
required = false
}
return required
}

mutate 函数的代码是非常类似的,但不是仅仅比较标签并在响应中设置Allowed,而是创建一个补丁,将缺失的标签添加到资源中,并将not_available设置为标签的值。

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// main mutation process
func (whsvr *WebhookServer) mutate(ar *v1beta1.AdmissionReview) *v1beta1.AdmissionResponse {
req := ar.Request
var (
availableLabels, availableAnnotations map[string]string
objectMeta *metav1.ObjectMeta
resourceNamespace, resourceName string
)

glog.Infof("AdmissionReview for Kind=%v, Namespace=%v Name=%v (%v) UID=%v patchOperation=%v UserInfo=%v",
req.Kind, req.Namespace, req.Name, resourceName, req.UID, req.Operation, req.UserInfo)

switch req.Kind.Kind {
case "Deployment":
var deployment appsv1.Deployment
if err := json.Unmarshal(req.Object.Raw, &deployment); err != nil {
glog.Errorf("Could not unmarshal raw object: %v", err)
return &v1beta1.AdmissionResponse{
Result: &metav1.Status{
Message: err.Error(),
},
}
}
resourceName, resourceNamespace, objectMeta = deployment.Name, deployment.Namespace, &deployment.ObjectMeta
availableLabels = deployment.Labels
case "Service":
var service corev1.Service
if err := json.Unmarshal(req.Object.Raw, &service); err != nil {
glog.Errorf("Could not unmarshal raw object: %v", err)
return &v1beta1.AdmissionResponse{
Result: &metav1.Status{
Message: err.Error(),
},
}
}
resourceName, resourceNamespace, objectMeta = service.Name, service.Namespace, &service.ObjectMeta
availableLabels = service.Labels
}

if !mutationRequired(ignoredNamespaces, objectMeta) {
glog.Infof("Skipping validation for %s/%s due to policy check", resourceNamespace, resourceName)
return &v1beta1.AdmissionResponse{
Allowed: true,
}
}

annotations := map[string]string{admissionWebhookAnnotationStatusKey: "mutated"}
patchBytes, err := createPatch(availableAnnotations, annotations, availableLabels, addLabels)
if err != nil {
return &v1beta1.AdmissionResponse{
Result: &metav1.Status{
Message: err.Error(),
},
}
}

glog.Infof("AdmissionResponse: patch=%v\n", string(patchBytes))
return &v1beta1.AdmissionResponse{
Allowed: true,
Patch: patchBytes,
PatchType: func() *v1beta1.PatchType {
pt := v1beta1.PatchTypeJSONPatch
return &pt
}(),
}
}

构建

其实我们已经将代码打包成一个 docker 镜像了,你可以直接使用,镜像仓库地址为:cnych/admission-webhook-example:v1。当然如果你希望更改部分代码,那就需要重新构建项目了,由于这个项目采用 go 语言开发,依赖使用的是dep工具,所以我们需要确保构建环境提前安装好 go 环境和 dep 工具,当然 docker 也是必不可少的,因为我们需要的是打包成一个 docker 镜像。

新建项目文件夹:

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$ mkdir admission-webhook && cd admission-webhook
# 创建go项目代码目录,设置当前目录为GOPATH路径
$ mkdir src && export GOPATH=$pwd
$ mkdir -p src/github.com/cnych/ && cd src/github.com/cnych/

进入到上面的src/github.com/cnych/目录下面,将项目代码 clone 下面:

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$ git clone https://github.com/cnych/admission-webhook-example.git

我们可以看到代码根目录下面有一个build的脚本,只需要提供我们自己的 docker 镜像用户名然后直接构建即可:

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$ export DOCKER_USER=cnych
$ ./build

部署服务

为了部署 webhook server,我们需要在我们的 Kubernetes 集群中创建一个 service 和 deployment 资源对象,部署是非常简单的,只是需要配置下服务的 TLS 配置。我们可以在代码根目录下面的 deployment 文件夹下面查看deployment.yaml文件中关于证书的配置声明,会发现从命令行参数中读取的证书和私钥文件是通过一个 secret 对象挂载进来的:

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args:
- -tlsCertFile=/etc/webhook/certs/cert.pem
- -tlsKeyFile=/etc/webhook/certs/key.pem
[...]
volumeMounts:
- name: webhook-certs
mountPath: /etc/webhook/certs
readOnly: true
volumes:
- name: webhook-certs
secret:
secretName: admission-webhook-example-certs

在生产环境中,对于 TLS 证书(特别是私钥)的处理是非常重要的,我们可以使用类似于cert-manager之类的工具来自动处理 TLS 证书,或者将私钥密钥存储在Vault中,而不是直接存在 secret 资源对象中。我们可以使用任何类型的证书,但是需要注意的是我们这里设置的 CA 证书是需要让 apiserver 能够验证的,我们这里可以重用 Istio 项目中的生成的证书签名请求脚本。通过发送请求到 apiserver,获取认证信息,然后使用获得的结果来创建需要的 secret 对象。

首先,运行该脚本检查 secret 对象中是否有证书和私钥信息:

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$ ./deployment/webhook-create-signed-cert.sh
creating certs in tmpdir /var/folders/x3/wjy_1z155pdf8jg_jgpmf6kc0000gn/T/tmp.IboFfX97
Generating RSA private key, 2048 bit long modulus (2 primes)
..................+++++
........+++++
e is 65537 (0x010001)
certificatesigningrequest.certificates.k8s.io/admission-webhook-example-svc.default created
NAME AGE REQUESTOR CONDITION
admission-webhook-example-svc.default 1s kubernetes-admin Pending
certificatesigningrequest.certificates.k8s.io/admission-webhook-example-svc.default approved
secret/admission-webhook-example-certs created

$ kubectl get secret admission-webhook-example-certs
NAME TYPE DATA AGE
admission-webhook-example-certs Opaque 2 28s

一旦 secret 对象创建成功,我们就可以直接创建 deployment 和 service 对象。

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$ kubectl create -f deployment/deployment.yaml
deployment.apps "admission-webhook-example-deployment" created

$ kubectl create -f deployment/service.yaml
service "admission-webhook-example-svc" created

配置 webhook

现在我们的 webhook 服务运行起来了,它可以接收来自 apiserver 的请求。但是我们还需要在 kubernetes 上创建一些配置资源。首先来配置 validating 这个 webhook,查看 webhook 配置,我们会注意到它里面包含一个CA_BUNDLE的占位符:

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clientConfig:
service:
name: admission-webhook-example-svc
namespace: default
path: "/validate"
caBundle: ${CA_BUNDLE}

CA 证书应提供给 admission webhook 配置,这样 apiserver 才可以信任 webhook server 提供的 TLS 证书。因为我们上面已经使用 Kubernetes API 签署了证书,所以我们可以使用我们的 kubeconfig 中的 CA 证书来简化操作。代码仓库中也提供了一个小脚本用来替换 CA_BUNDLE 这个占位符,创建 validating webhook 之前运行该命令即可:

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$ cat ./deployment/validatingwebhook.yaml | ./deployment/webhook-patch-ca-bundle.sh > ./deployment/validatingwebhook-ca-bundle.yaml

执行完成后可以查看validatingwebhook-ca-bundle.yaml文件中的CA_BUNDLE占位符的值是否已经被替换掉了。需要注意的是 clientConfig 里面的 path 路径是/validate,因为我们代码在是将 validate 和 mutate 集成在一个服务中的。

然后就是需要配置一些 RBAC 规则,我们想在 deployment 或 service 创建时拦截 API 请求,所以apiGroupsapiVersions对应的值分别为apps/v1对应 deployment,v1对应 service。对于 RBAC 的配置方法可以查看我们前面的文章:Kubernetes RBAC 详解

webhook 的最后一部分是配置一个namespaceSelector,我们可以为 webhook 工作的命名空间定义一个 selector,这个配置不是必须的,比如我们这里添加了下面的配置:

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namespaceSelector:
matchLabels:
admission-webhook-example: enabled

则我们的 webhook 会只适用于设置了admission-webhook-example=enabled标签的 namespace, 您可以在Kubernetes参考文档中查看此资源配置的完整布局。

所以,首先需要在default这个 namespace 中添加该标签:

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$ kubectl label namespace default admission-webhook-example=enabled
namespace "default" labeled

最后,创建这个 validating webhook 配置对象,这会动态地将 webhook 添加到 webhook 链上,所以一旦创建资源,就会拦截请求然后调用我们的 webhook 服务:

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$ kubectl create -f deployment/validatingwebhook-ca-bundle.yaml
validatingwebhookconfiguration.admissionregistration.k8s.io "validation-webhook-example-cfg" created

测试

现在让我们创建一个 deployment 资源来验证下是否有效,代码仓库下有一个sleep.yaml的资源清单文件,直接创建即可:

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$ kubectl create -f deployment/sleep.yaml
Error from server (required labels are not set): error when creating "deployment/sleep.yaml": admission webhook "required-labels.qikqiak.com" denied the request: required labels are not set

正常情况下创建的时候会出现上面的错误信息,然后部署另外一个sleep-with-labels.yaml的资源清单:

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$ kubectl create -f deployment/sleep-with-labels.yaml
deployment.apps "sleep" created

可以看到可以正常部署,先我们将上面的 deployment 删除,然后部署另外一个sleep-no-validation.yaml资源清单,该清单中不存在所需的标签,但是配置了admission-webhook-example.qikqiak.com/validate=false这样的 annotation,正常也是可以正常创建的:

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$ kubectl delete deployment sleep
$ kubectl create -f deployment/sleep-no-validation.yaml
deployment.apps "sleep" created

部署 mutating webhook

首先,我们将上面的 validating webhook 删除,防止对 mutating 产生干扰,然后部署新的配置。 mutating webhook 与 validating webhook 配置基本相同,但是 webook server 的路径是/mutate,同样的我们也需要先填充上CA_BUNDLE这个占位符。

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$ kubectl delete validatingwebhookconfiguration validation-webhook-example-cfg
validatingwebhookconfiguration.admissionregistration.k8s.io "validation-webhook-example-cfg" deleted

$ cat ./deployment/mutatingwebhook.yaml | ./deployment/webhook-patch-ca-bundle.sh > ./deployment/mutatingwebhook-ca-bundle.yaml

$ kubectl create -f deployment/mutatingwebhook-ca-bundle.yaml
mutatingwebhookconfiguration.admissionregistration.k8s.io "mutating-webhook-example-cfg" created

现在我们可以再次部署上面的sleep应用程序,然后查看是否正确添加 label 标签:

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$ kubectl create -f deployment/sleep.yaml
deployment.apps "sleep" created

$ kubectl get deploy sleep -o yaml
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
annotations:
admission-webhook-example.qikqiak.com/status: mutated
deployment.kubernetes.io/revision: "1"
creationTimestamp: 2018-09-24T11:35:50Z
generation: 1
labels:
app.kubernetes.io/component: not_available
app.kubernetes.io/instance: not_available
app.kubernetes.io/managed-by: not_available
app.kubernetes.io/name: not_available
app.kubernetes.io/part-of: not_available
app.kubernetes.io/version: not_available
...

最后,我们重新创建 validating webhook,来一起测试。现在,尝试再次创建 sleep 应用。正常是可以创建成功的,我们可以查看下admission-controllers 的文档

准入控制分两个阶段进行,第一阶段,运行 mutating admission 控制器,第二阶段运行 validating admission 控制器。

所以 mutating webhook 在第一阶段添加上缺失的 labels 标签,然后 validating webhook 在第二阶段就不会拒绝这个 deployment 了,因为标签已经存在了,用not_available设置他们的值。

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$ kubectl create -f deployment/validatingwebhook-ca-bundle.yaml
validatingwebhookconfiguration.admissionregistration.k8s.io "validation-webhook-example-cfg" created

$ kubectl create -f deployment/sleep.yaml
deployment.apps "sleep" created

参考文档