Kata Containers 3.19 实战指南：从原理到部署的安全容器全攻略

Kata Containers 3.19 实战指南：从原理到部署的安全容器全攻略

引言：为什么需要 Kata Containers？

在云原生技术栈中，容器的轻量级与虚拟机的强隔离似乎一直是难以调和的矛盾。Kata Containers 🔗 作为开源社区的创新解决方案，通过轻量级虚拟化技术将二者完美融合 —— 它以容器的形式交付，却具备虚拟机级别的隔离性。

截至 2025 年 7 月，Kata Containers 已迭代至3.19.0 版本，集成了 Dragonball hypervisor、支持多架构（x86_64/arm64/ppc64le/s390x）及多种 hypervisor（QEMU/Cloud-Hypervisor/Firecracker），成为云原生环境中敏感 workload 隔离的首选方案。

与传统容器/虚拟机的本质差异

对比维度传统容器（Docker/runc）Kata Containers传统虚拟机（KVM）
隔离级别进程级（共享宿主机内核）虚拟机级（独立内核 + 硬件虚拟化）虚拟机级（完整 OS + 硬件虚拟化）
启动速度毫秒级亚秒级（~200ms）秒级（~3-5s）
资源开销极低（MB 级内存）低（~10-20MB 额外开销）高（GB 级内存）
核心优势轻量、快速隔离性 + 轻量兼顾安全隔离性强

👉 一句话总结：Kata 为每个容器分配独立的轻量级虚拟机（含精简内核），解决了 “共享内核” 的安全隐患，同时保持容器的易用性。

架构组件详解

Kata 的核心能力源于其模块化架构，关键组件如下：

  • Kata Runtime：符合OCI规范的运行时，负责启动和管理轻量级虚拟机，支持多种hypervisor驱动。
  • Kata Agent：运行在虚拟机内的代理进程，处理容器生命周期管理（如创建、停止、信号转发）。
  • Kata Shim：对接containerd/CRI-O的shim接口，负责I/O流转发与进程通信。
  • Kata Proxy：在宿主机与虚拟机间建立安全通信通道，连接Runtime与Agent。
  • Hypervisor：默认使用QEMU，可选Cloud-Hypervisor（高性能）或Firecracker（边缘场景），3.19版本已内置Dragonball（基于Rust-VMM的轻量级VMM）。

安装

使用前提

在开始部署前，请确保环境满足以下要求，避免踩坑：

硬件要求：

  • CPU 虚拟化支持：必须开启 Intel VT-x 或 AMD SVM（通过以下命令验证）
# 检查KVM模块是否加载
lsmod | grep kvm

# 验证CPU是否支持虚拟化
grep -E 'vmx|svm' /proc/cpuinfo  # 有输出则支持

软件环境：

  • containerd ≥ 1.6 或 Kubernetes ≥ 1.22
  • 操作系统：推荐 Ubuntu 20.04+/CentOS 8+等（内核≥5.4）

containerd集成Kata Containers

步骤 1：下载并安装静态二进制包

# 下载3.19.0版本（支持amd64/arm64等架构）
KATA_VERSION="3.19.0"
ARCH="amd64"  # 其他架构：arm64/ppc64le/s390x
wget https://github.com/kata-containers/kata-containers/releases/download/$KATA_VERSION/kata-static-$KATA_VERSION-$ARCH.tar.xz

# 解压至系统目录
tar -Jxvf kata-static-$KATA_VERSION-$ARCH.tar.xz -C / 

# 配置环境变量
echo "export PATH=$PATH:/opt/kata/bin" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

# 设置软连接
ln -s /opt/kata/bin/containerd-shim-kata-v2 /usr/local/bin/containerd-shim-kata-v2

步骤 2：验证安装是否成功

kata-runtime check

# 预期输出（关键行）：
# System is capable of running Kata Containers
# System can currently create Kata Containers

步骤 3：配置 containerd 使用 Kata 运行时

# 配置containerd
mkdir -p /etc/containerd/config.toml.d/
tee /etc/containerd/config.toml.d/kata.conf <<EOF
[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".containerd.runtimes.kata]
  runtime_type = "io.containerd.kata-qemu.v2"
EOF

# 重启containerd服务
systemctl daemon-reload && systemctl restart containerd

设置默认运行时（可选）

若需所有Pod默认使用Kata（不推荐，仅敏感场景），修改containerd配置：

# /etc/containerd/config.toml
[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".containerd]
  default_runtime_name = "kata-qemu"  # 默认使用kata运行时

验证配置：通过crictl info查看运行时列表，确认kata已注册：

# 查看是否注册成功
sudo crictl info | grep -A 10 "runtimes"
# 预期输出包含：
# "kata": {
#   "runtimeType": "io.containerd.kata.v2",
#   ...
# }

Kubernetes集成Kata Containers（两种方案）

Kubernetes集成Kata有两种方式：手动配置每个节点或通过daemonset自动部署（推荐生产环境）。

方法一：手动配置节点

需要先完成上文的 containerd+Kata 安装，在 K8s 集群中创建 RuntimeClass 资源：

# 在K8s集群中创建RuntimeClass资源，指向Kata运行时：
kubectl apply -f -<<EOF
apiVersion: node.k8s.io/v1
kind: RuntimeClass
metadata:
  name: kata-qemu
handler: kata
EOF

验证运行时：

kubectl get runtimeclass 应显示kata-qemu

kubectl get runtimeclass
NAME   		HANDLER   AGE
kata-qemu   kata      3s

方法二：daemonset自动部署

需满足：K8s ≥ 1.22、Kata ≥ 3.8.0、containerd/CRI-O 环境

export VERSION=3.19.0
export CHART="oci://ghcr.io/kata-containers/kata-deploy-charts/kata-deploy"
export KATA_NS=kata

helm install kata-deploy "${CHART}" --version "${VERSION}" --create-namespace --namespace "${KATA_NS}" \
--set image.reference=swr.cn-east-3.myhuaweicloud.com/lomtom-common/kata-deploy \
--set imagePullPolicy=IfNotPresent

实操示例

在 containerd 中测试

# 拉取测试镜像
ctr i pull swr.cn-east-3.myhuaweicloud.com/lomtom-common/nginx:1.27

# ① 用传统runc运行（共享宿主机内核）
ctr run --runtime io.containerd.runc.v2 --rm -t swr.cn-east-3.myhuaweicloud.com/lomtom-common/nginx:1.27 demo-runc sh
# 执行 uname -a 会显示宿主机内核（如5.15.0-119-generic）

# ② 用Kata运行（独立内核）
ctr run --runtime io.containerd.kata.v2 --rm -t swr.cn-east-3.myhuaweicloud.com/lomtom-common/nginx:1.27 demo-kata sh
# 执行 uname -a 会显示独立内核（如6.12.36）

在 Kubernetes 中测试

# 创建测试pod
kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    app: nginx-kata
  name: nginx-kata
spec:
  runtimeClassName: kata-qemu # 指定kata
  containers:
    - image: swr.cn-east-3.myhuaweicloud.com/lomtom-common/nginx:1.27
      name: nginx
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    app: nginx-runc
  name: nginx-runc
spec:
  containers:
    - image: swr.cn-east-3.myhuaweicloud.com/lomtom-common/nginx:1.27
      name: nginx
EOF
# 查看Pod运行时信息
kubectl get pod nginx-kata -o jsonpath='{.spec.runtimeClassName}'  # 输出: kata

# 验证内核隔离
kubectl exec -it nginx-runc -- uname -a  # 显示宿主机内核（Linux nginx-runc 5.15.0-139-generic）
kubectl exec -it nginx-kata -- uname -a  # 显示独立内核版本（Linux nginx-kata 6.1.38）

总结

Kata Containers 通过轻量级虚拟化+OCI/CRI兼容，为云原生环境提供了”鱼与熊掌兼得”的安全容器方案。其与containerd、Kubernetes的无缝集成，使得企业可在不改造现有架构的前提下，为敏感 workload（如金融交易、医疗数据）提供硬件级隔离。

未来，随着Dragonball hypervisor的成熟、机密计算的普及，以及与AI/ML场景的GPU支持增强（4.0版本规划），Kata Containers有望成为多租户云环境、边缘计算、混合云场景的首选容器运行时。

  1. deploy kata in containerd 🔗
  2. deploy kata in k8s 🔗
  3. Kubernetes RuntimeClass 🔗
lomtom

标题：Kata Containers 3.19 实战指南：从原理到部署的安全容器全攻略

作者：lomtom

链接：https://lomtom.cn/cu8xh5exyras2

引言：为什么需要 Kata Containers？
与传统容器/虚拟机的本质差异
架构组件详解
安装
使用前提
containerd集成Kata Containers
Kubernetes集成Kata Containers（两种方案）
实操示例
在 containerd 中测试
在 Kubernetes 中测试
总结

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