Kubernetes - 集群中的 DNS

2021-06-07 约 1490 字预计阅读 3 分钟

1 Pod 的 DNS

1.1 Pod 的 DNS 域名

对每个 Pod 来说，CoreDNS 会为其设置一个 <pod_ip>.<namespace>.pod.<clust-domain> 格式的 DNS 域名。

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# 访问 POD IP DNS
$ nslookup 192-168-166-168.tidb-cluster-dev.pod.cluster.local
Server:    10.96.0.10
Address 1: 10.96.0.10 kube-dns.kube-system.svc.cluster.local

Name:      192-168-166-168.tidb-cluster-dev.pod.cluster.local
Address 1: 192.168.166.168 my-tidb-cluster-dev-tidb-0.my-tidb-cluster-dev-tidb-peer.tidb-cluster-dev.svc.cluster.local

对于 Deployment 或 DaemonSet 类型创建的 Pod，CoreDNS 会为其管理的每个 Pod 设置一个 <pod_ip>.<depolyment/daemonset_name>.svc.<cluster_domain> 格式的 DNS 域名。

1.2 自定义 Hostname 和 Subdomain

默认情况下，Pod 内容器的 Hostname 被设置为 Pod 的名称。因此，使用副本控制器时 Pod 名称会包含随机串，所以 Pod 的 Hostname 不是固定的。

可以通过 Pod 定义中 spec.hostname 字段定义容器环境的 Hostname，通过 spec.subdomain 字段定义容器环境的子域名。

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spec:
  hostname: webapp-1
  subdomain: mysubdomain

Pod 创建成功后，Kubernetes 为其设置 DNS 域名为 <hostname>.<subdomain>.<namespace>.svc.<cluster_domain>。

如果为 Pod 部署一个 Headless Service，那么 CoreDNS 会自动创建对应 DNS 记录。这样就可以通过该 DNS 域名来访问 Pod。

实际上，StatefulSet 就是通过 Headless Service + Pod Spec 来固定每个 Pod 的 DNS 域名的。查看一个 StatefulSet 管理的 Pod：

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# kubectl get pod my-tidb-cluster-dev-pd-0 -o yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  # ...
spec:
  hostname: my-tidb-cluster-dev-pd-0      # 固定 pod 的 hostname
  subdomain: my-tidb-cluster-dev-pd-peer  # 在 StatefulSet 中定义的 Headless Service name

1.3 自定义 DNS 配置

通过 Pod 定义中的 spec.dnsPolicy 可以定义使用的 DNS 策略。

目前包含以下的 DNS 策略：

Default - 从 Node 继承 DNS 配置
ClusterFirst - 先查询集群内部的 DNS 服务器，不匹配集群 Cluster Domain 则转发查询 Node 的 DNS
ClusterFirstWithHostNet - 如果 Pod 使用 HostNetwork 运行，DNS 应该使用 Host，否则与 ClusterFirst 相同
None - 忽略 Kubernetes DNS 设置，由用户通过 spec.dnsConfig 字段进行配置

通过 spec.dnsConfig 字段进行更加细节的 DNS 相关配置。

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spec:
  dnsPolicy: "None"
  dnsConfig:
    nameservers:
      - 8.8.8.8
    searches:
      - ns1.svc.cluster-domain.example
      - my.dns.search.suffix
    options:
      - name: ndots
        value: "2"
      - name: edns0

Kubernetes 通过设置 Container 中的 /etc/resolv.conf 文件来配置 DNS 策略：

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nameserver 8.8.8.8
search ns1.svc.cluster-domain.example my.dns.search.suffix
option natods:2 eth0

2 Service 的 DNS

Service DNS 相关已经在 Service 一文中说明，这里仅仅简单提及一下。

每个 Service 会自动对应一个 DNS 域名，命名方式为 <service>.<namespace>.svc.<cluster_domain>，cluster_domain 默认为 cluster.local。

通过改变 namespace 可以访问不同 namespace 下的 Service。

3 Node 本地 DNS 缓存

默认下，集群中的 DNS 服务都是通过 kube-dns 的 Service 提供的，所有容器都可以通过其 ClusterIP 地址去访问 CoreDNS 进行 DNS 域名解析。

为了缓解 DNS 服务器的压力，Kubernetes 引入了 Node 本地 DNS 缓存，使得 DNS 域名解析可以在 Node 本地缓存，不用每次跨主机去 CoreDNS 进行解析。

使用 Node 本地 DNS 缓存后，Pod 进行 DNS 解析的流程如下：

/posts/cloud/cloud_native/kubernetes/k8s_learning/dns-in-k8s/img1.png

Node 本地 DNS 缓存的功能是通过部署一个 DaemonSet 实现的，其 Pod 运行的 k8s.gcr.io/k8s-dns-node-cache 镜像实现了 DNS 缓存功能。

具体部署方式见文档：在 Kubernetes 集群中使用 NodeLocal DNSCache

4 CoreDNS

从 1.11 版本开始，Kubernetes 集群的 DNS 服务由 CoreDNS 提供，其用 Go 实现的一个高性能、插件式、易扩展的 DNS 服务器。

4.1 配置 CoreDNS

CoreDNS 的主要功能是通过插件系统实现的，CoreDNS 实现了一种链式插件结构，将 DNS 逻辑抽象为一个个插件，能够组合灵活配置。

常见的插件如下：

loadbalance ：提供基于 DNS 负载均衡功能
loop ：检查 DNS 解析出现的循环问题
cache ：提供前端缓存功能
health ：对 Endpoint 进行健康检查
kubernetes ：从 Kubernetes 中读取 zone 数据
etcd ：从 etcd 中读取 zone 记录，可用于自定义域名记录
file ：从 RFC11035 格式文件读取 zone 数据
hosts ：使用 /etc/hosts 文件或者其他文件读取 zone 数据，可用于自定义域名记录
auto ：从磁盘中自动加载区域文件
reload ：定时重新加载 Corefile 配置文件内容
forward ：转发域名查询到上游 DNS 服务器上
prometheus ：为 Prometheus 系统提供采集性能指标数据 URL
pprof ：在 URL 路径 /debug/pprof 提供性能数据
log ：对 DNS 查询进行日志记录
errors ：对错误信息进行日志记录

默认下，CoreDNS 的 Pod 会使用 coredns ConfigMap 提供对 CoreDNS 的配置。因此，你可以通过配置此 ConfigMap 进行 CoreDNS 的配置。

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# kubectl get configmaps  coredns -n kube-system -o yaml
# ...
kind: ConfigMap
data:
  Corefile: |
    .:53 {
        errors
        health {
           lameduck 5s
        }
        ready
        kubernetes cluster.local in-addr.arpa ip6.arpa {
           pods insecure
           fallthrough in-addr.arpa ip6.arpa
           ttl 30
        }
        prometheus :9153
        forward . /etc/resolv.conf {
           max_concurrent 1000
        }
        cache 30
        loop
        reload
        loadbalance
    }    

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