Kubernetes 服务发现之 coreDNS

2019/07/11 19:11 下午 posted in  Kubernetes

服务发现是 K8s 的一项很重要的功能。K8s 的服务发现有两种方式,一种是将 svc 的 ClusterIP 以环境变量的方式注入到 pod 中;一种就是 DNS,从 1.13 版本开始,coreDNS 就取代了 kube dns 成为了内置的 DNS 服务器。这篇文章就来简单分析一下 coreDNS。

K8s DNS 策略

Kubernetes 中 Pod 的 DNS 策略有四种类型。

  1. Default:Pod 继承所在主机上的 DNS 配置;

  2. ClusterFirst:K8s 的默认设置;先在 K8s 集群配置的 coreDNS 中查询,查不到的再去继承自主机的上游 nameserver 中查询;

  3. ClusterFirstWithHostNet:对于网络配置为 hostNetwork 的 Pod 而言,其 DNS 配置规则与 ClusterFirst 一致;

  4. None:忽略 K8s 环境的 DNS 配置,只认 Pod 的 dnsConfig 设置。

下面主要来了解一下 coreDNS 解析域名的过程。

resolv.conf 文件分析

在部署 pod 的时候,如果用的是 K8s 集群的 DNS,那么 kubelet 在起 pause 容器的时候,会将其 DNS 解析配置初始化成集群内的配置。

比如我创建了一个叫 my-nginx 的 deployment,其 pod 中的 resolv.conf 文件如下:

[root@localhost ~]# kubectl exec -it my-nginx-b67c7f44-hsnpv cat /etc/resolv.conf
nameserver 10.96.0.10
search default.svc.cluster.local svc.cluster.local cluster.local
options ndots:5

在集群中 pod 之间互相用 svc name 访问的时候,会根据 resolv.conf 文件的 DNS 配置来解析域名,下面来分析具体的过程。

域名解析的过程

pod 的 resolv.conf 文件主要有三个部分,分别为 nameserver、search 和 option。而这三个部分可以由 K8s 指定,也可以通过 pod.spec.dnsConfig 字段自定义。

nameserver

resolv.conf 文件的第一行 nameserver 指定的是 DNS 服务的 IP,这里就是 coreDNS 的 clusterIP:

[root@localhost ~]# kubectl -n kube-system get svc |grep dns
kube-dns   ClusterIP   10.96.0.10   <none>        53/UDP,53/TCP,9153/TCP   32d

也就是说所有域名的解析,都要经过 coreDNS 的虚拟 IP 10.96.0.10 进行解析,不论是 Kubernetes 内部域名还是外部的域名。

search 域

resolv.conf 文件的第二行指定的是 DNS search 域。解析域名的时候,将要访问的域名依次带入 search 域,进行 DNS 查询。

比如我要在刚才那个 pod 中访问一个域名为 your-nginx 的服务,其进行的 DNS 域名查询的顺序是:

your-nginx.default.svc.cluster.local. -> your-nginx.svc.cluster.local. -> your-nginx.cluster.local.    

直到查到为止。

options

resolv.conf 文件的第三行指定的是其他项,最常见的是 dnotsdnots 指的是如果查询的域名包含的点 “.” 小于 5,则先走 search 域,再用绝对域名;如果查询的域名包含点数大于或等于 5,则先用绝对域名,再走 search 域。K8s 中默认的配置是 5。

也就是说,如果我访问的是 a.b.c.e.f.g ,那么域名查找的顺序如下:

a.b.c.e.f.g. -> a.b.c.e.f.g.default.svc.cluster.local. -> a.b.c.e.f.g.svc.cluster.local. -> a.b.c.e.f.g.cluster.local.

如果我访问的是 a.b.c.e,那么域名查找的顺序如下:

a.b.c.e.default.svc.cluster.local. -> a.b.c.e.svc.cluster.local. -> a.b.c.e.cluster.local. -> a.b.c.e.

pod 之间的通信

在了解完了域名解析的过程后,再来了解一下 pod 之间的通信。

通过 svc 访问

众所周知,在 K8s 中,Pod 之间通过 svc 访问的时候,会经过 DNS 域名解析,再拿到 ip 通信。而 K8s 的域名全称为 "<service-name>.<namespace>.svc.cluster.local",而我们通常只需将 svc name 当成域名就能访问到 pod,这一点通过上面的域名解析过程并不难理解。

我们来看个例子。有两个 deployment,一个叫 busybox,在 default 这个 namespace 下;一个叫 your-nginx,在 hdls 这个 namespace 下,svc 同名。我们在 busybox 中尝试访问 your-nginx

[root@localhost ~]# kubectl get po
NAME                           READY   STATUS    RESTARTS   AGE
busybox-5bbb5d7ff7-dh68j       1/1     Running   0          8m35s
[root@localhost ~]#
[root@localhost ~]# kubectl exec -it busybox-5bbb5d7ff7-dh68j sh
/ # wget your-nginx
wget: bad address 'your-nginx'
/ #
/ # wget your-nginx.hdls
Connecting to your-nginx.hdls (10.100.3.148:80)
saving to 'index.html'
index.html           100% |*****************************************************|   612  0:00:00 ETA
'index.html' saved
/ #
[root@localhost ~]# kubectl -n hdls get svc
NAME         TYPE        CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
your-nginx   ClusterIP   10.100.3.148   <none>        80/TCP    14m

可以看到,当直接用 your-nginx 去访问的时候,提示 bad address,说明域名错了,因为在不同的 namespace 下,所有的 search 域都找过了还是找不到;当用 your-nginx.hdls 去访问的时候,会解析到 10.100.3.148 这个 IP,而这个 IP 正是 your-nginx 的 ClusterIP。

所以,在不同的 namespace 下的 pod 通过 svc 访问的时候,需要在 svc name 后面加上 .<namespace>

pod 的 hostname 与 subdomain

在 K8s 中,如果不指定 pod 的 hostname,其默认为 pod.metadata.name,通过 spec.hostname 字段可以自定义;另外还可以给 pod 设置 subdomain,通过 spec.subdomain 字段。比如下面这个例子:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  labels:
    name: nginx
spec:
  hostname: domain-test
  subdomain: subdomain-test
  containers:
  - image: nginx
    name: nginx
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: subdomain-test
spec:
  selector:
    name: nginx
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80
    protocol: TCP

可以查看这个 pod 的 hostname 和 hosts 文件:

[root@localhost ~]# kubectl get po -owide
NAME                           READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP             NODE           NOMINATED NODE   READINESS GATES
busybox-5bbb5d7ff7-dh68j       1/1     Running   0          112m    10.244.1.246   172-16-105-2   <none>           <none>
nginx                          1/1     Running   0          2m      10.244.1.253   172-16-105-2   <none>           <none>
[root@localhost ~]# kubectl exec -it nginx bash
root@domain-test:/# cat /etc/hosts
# Kubernetes-managed hosts file.
127.0.0.1   localhost
::1 localhost ip6-localhost ip6-loopback
fe00::0 ip6-localnet
fe00::0 ip6-mcastprefix
fe00::1 ip6-allnodes
fe00::2 ip6-allrouters
10.244.1.253    domain-test.subdomain-test.default.svc.cluster.local    domain-test
root@domain-test:/#

在 busybox 容器中访问这个 pod:

[root@localhost ~]# kubectl exec -it busybox-5bbb5d7ff7-dh68j sh
/ # wget domain-test.subdomain-test
Connecting to domain-test.subdomain-test (10.244.1.253:80)
saving to 'index.html'
index.html           100% |*****************************************************|   612  0:00:00 ETA
'index.html' saved
/ #
/ # wget subdomain-test
Connecting to subdomain-test (10.108.213.70:80)
wget: can't open 'index.html': File exists
/ #

可以看到,当访问 domain-test.subdomain-test 解析出来的是 10.244.1.253,这个是 nginx 的 pod ip,而不是 clusterIP;而访问 subdomain-test 时,解析出来的是 10.108.213.70,这是 clusterIP,属于正常的 svc name 途径。

coreDNS Corefile 文件

CoreDNS 实现了应用的插件化,用户可以选择所需的插件编译到可执行文件中;CoreDNS 的配置文件是 Corefile 形式的,下面是个 coreDNS 的 configMap 例子。

[root@localhost ~]# kubectl -n kube-system get cm coredns -oyaml
apiVersion: v1
data:
  Corefile: |
    .:53 {
        errors
        health
        kubernetes cluster.local in-addr.arpa ip6.arpa {
           pods insecure
           upstream
           fallthrough in-addr.arpa ip6.arpa
        }
        prometheus :9153
        forward . /etc/resolv.conf
        cache 30
        loop
        reload
        loadbalance
    }
kind: ConfigMap
metadata:
  creationTimestamp: "2019-06-10T03:19:01Z"
  name: coredns
  namespace: kube-system
  resourceVersion: "3380134"
  selfLink: /api/v1/namespaces/kube-system/configmaps/coredns
  uid: 7e845ca2-8b2e-11e9-b4eb-005056b40224

Corefile 文件分析

第一部分:

kubernetes cluster.local in-addr.arpa ip6.arpa {
   pods insecure
   upstream
   fallthrough in-addr.arpa ip6.arpa
}

指明 cluster.local 后缀的域名,都是 kubernetes 内部域名,coredns 会监听 service 的变化来维护域名关系,所以cluster.local 相关域名都在这里解析。

第二部分:

proxy . /etc/resolv.conf

proxy 指 coredns 中没有找到记录,则去 /etc/resolv.conf 中的 nameserver 请求解析,而 coredns 容器中的 /etc/resolv.conf 是继承自宿主机的。
实际效果是如果不是 k8s 内部域名,就会去默认的 dns 服务器请求解析,并返回给 coredns 的请求者。

第三部分:

prometheus:CoreDNS 的监控地址为: http://localhost:9153/metrics ,满足 Prometheus 的格式。

cache:允许缓存

loop:如果找到循环,则检测简单的转发循环并停止 CoreDNS 进程。

reload:允许 Corefile 的配置自动更新。在更改 ConfigMap 后两分钟,修改生效

loadbalance:这是一个循环 DNS 负载均衡器,可以在答案中随机化 A,AAAA 和 MX 记录的顺序。

指定 hosts

有的时候,某个域名的服务在集群外,而我希望在集群内访问到,我们可以在 corefile 中指定 hosts 的方法实现。具体方式是将域名及对应的 ip 以 hosts 插件的方式加入到 corefile 中,如下:

hosts {
    10.244.1.245 other-company.com
    fallthrough
}

其中,10.244.1.245your-nginx 的 pod ip。然后再在上面的 busybox pod 中访问 other-company.com 这个服务,情况如下:

[root@localhost ~]# kubectl exec -it busybox-5bbb5d7ff7-dh68j sh
/ # wget other-company.com
Connecting to other-company.com (10.244.1.245:80)
saving to 'index.html'
index.html           100% |*****************************************************|   612  0:00:00 ETA
'index.html' saved
/ #