附011.Kubernetes-DNS及搭建
- 2019 年 12 月 10 日
- 筆記
一 Kubernetes DNS介绍
1.1 Kubernetes DNS发展
作为服务发现机制的基本功能，在集群内需要能够通过服务名对服务进行访问，因此需要一个集群范围内的DNS服务来完成从服务名到ClusterIP的解析。
DNS服务在Kubernetes的发展过程中经历了3个阶段，SkyDNS —-> KubeDNS —-> CoreDNS。
1.2 SkyDNS
在Kubernetes 1.2版本时，DNS服务是由SkyDNS提供的，它由4个容器组成：kube2sky、skydns、etcd和healthz。
kube2sky容器监控Kubernetes中Service资源的变化，根据Service的名称和IP地址信息生DNS记录，并将其保存到etcd中。
skydns容器从etcd中读取DNS记录，并为客户端容器应用提供DNS查询服务。
healthz容器提供对skydns服务的健康检查功能。
SkyDNS的总体架构如下：
1.3 KubeDNS
从Kubernetes 1.4版本开始，SkyDNS组件便被KubeDNS替换，主要考虑是SkyDNS组件之间通信较多，整体性能不高。
KubeDNS由3个容器组成：kubedns、dnsmasq和sidecar，去掉了SkyDNS中的etcd存储，将DNS记录直接保存在内存中，以提高查询性能。
kubedns容器监控Kubernetes中Service资源的变化，根据Service的名称和IP地址生成DNS记录，并将DNS记录保存在内存中。
dnsmasq容器从kubedns中获取DNS记录，提供DNS缓存，为客户端容器应用提供DNS查询服务。
sidecar提供对kubedns和dnsmasq服务的健康检查功能。
KubeDNS的总体架构如下：
1.4 CoreDNS
从Kubernetes 1.11版本开始，Kubernetes集群的DNS服务由CoreDNS提供。CoreDNS是CNCF基金会的一个项目，是用Go语言实现的高性能、插件式、易扩展的DNS服务端。
CoreDNS解决了KubeDNS的一些问题，例如dnsmasq的安全漏洞、externalName不能使用stubDomains设置，等等。
CoreDNS支持自定义DNS记录及配置upstream DNS Server，可以统一管理Kubernetes基于服务的内部DNS和数据中心的物理DNS。
CoreDNS没有使用多个容器的架构，只用一个容器便实现了KubeDNS内3个容器的全部功能。
CoreDNS的总体架构如下：
二 CoreDNS部署
2.1 修改kubelet启动参数
部署之前需要修改每个Node上kubelet的启动参数，加上以下两个参数：
- –cluster-dns=169.169.0.100：为DNS服务的ClusterIP地址。
- –cluster-domain=cluster.local：为在DNS服务中设置的域名。
然后重启kubelet服务。
提示：也可通过如下方式引入yaml配置文件实现：
1 # vi /etc/systemd/system/kubelet.service 2 …… 3 --config=/etc/kubernetes/kubelet-config.yaml 4 …… 5 # vi /etc/kubernetes/kubelet-config.yaml 6 …… 7 clusterDomain: "cluster.local" 8 clusterDNS: 9 - "10.254.0.2" 10 ……
2.2 创建授权
在启用了RBAC的集群中， 还可以设置ServiceAccount、 ClusterRole、 ClusterRoleBinding对CoreDNS容器进行权限设置。ServiceAccount、 ClusterRole、 ClusterRoleBinding相关yaml如下：
1 [root@k8smaster01 ~]# vi corednsaccout.yaml 2 # __MACHINE_GENERATED_WARNING__ 3 4 apiVersion: v1 5 kind: ServiceAccount 6 metadata: 7 name: coredns 8 namespace: kube-system 9 labels: 10 kubernetes.io/cluster-service: "true" 11 addonmanager.kubernetes.io/mode: Reconcile 12 --- 13 apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1 14 kind: ClusterRole 15 metadata: 16 labels: 17 kubernetes.io/bootstrapping: rbac-defaults 18 addonmanager.kubernetes.io/mode: Reconcile 19 name: system:coredns 20 rules: 21 - apiGroups: 22 - "" 23 resources: 24 - endpoints 25 - services 26 - pods 27 - namespaces 28 verbs: 29 - list 30 - watch 31 - apiGroups: 32 - "" 33 resources: 34 - nodes 35 verbs: 36 - get 37 --- 38 apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1 39 kind: ClusterRoleBinding 40 metadata: 41 annotations: 42 rbac.authorization.kubernetes.io/autoupdate: "true" 43 labels: 44 kubernetes.io/bootstrapping: rbac-defaults 45 addonmanager.kubernetes.io/mode: EnsureExists 46 name: system:coredns 47 roleRef: 48 apiGroup: rbac.authorization.k8s.io 49 kind: ClusterRole 50 name: system:coredns 51 subjects: 52 - kind: ServiceAccount 53 name: coredns 54 namespace: kube-system 55 56 [root@k8smaster01 ~]# kubectl create -f corednsaccout.yaml
2.3 创建ConfigMap
1 [root@k8smaster01 ~]# vi corednsconfigmap.yaml 2 apiVersion: v1 3 kind: ConfigMap 4 metadata: 5 name: coredns 6 namespace: kube-system 7 labels: 8 addonmanager.kubernetes.io/mode: EnsureExists 9 data: 10 Corefile: | 11 .:53 { 12 errors 13 health 14 kubernetes cluster.local in-addr.arpa ip6.arpa { 15 pods insecure 16 upstream 17 fallthrough in-addr.arpa ip6.arpa 18 } 19 prometheus :9153 20 forward . /etc/resolv.conf 21 cache 30 22 loop 23 reload 24 loadbalance 25 } 26 27 [root@k8smaster01 ~]# kubectl create -f corednsconfigmap.yaml
2.4 创建Deployment
1 [root@k8smaster01 ~]# vi corednsdeploy.yaml 2 apiVersion: apps/v1 3 kind: Deployment 4 metadata: 5 name: coredns 6 namespace: kube-system 7 labels: 8 k8s-app: kube-dns 9 kubernetes.io/cluster-service: "true" 10 addonmanager.kubernetes.io/mode: Reconcile 11 kubernetes.io/name: "CoreDNS" 12 spec: 13 # replicas: not specified here: 14 # 1. In order to make Addon Manager do not reconcile this replicas parameter. 15 # 2. Default is 1. 16 # 3. Will be tuned in real time if DNS horizontal auto-scaling is turned on. 17 strategy: 18 type: RollingUpdate 19 rollingUpdate: 20 maxUnavailable: 1 21 selector: 22 matchLabels: 23 k8s-app: kube-dns 24 template: 25 metadata: 26 labels: 27 k8s-app: kube-dns 28 annotations: 29 seccomp.security.alpha.kubernetes.io/pod: 'docker/default' 30 spec: 31 priorityClassName: system-cluster-critical 32 serviceAccountName: coredns 33 tolerations: 34 - key: "CriticalAddonsOnly" 35 operator: "Exists" 36 nodeSelector: 37 beta.kubernetes.io/os: linux 38 containers: 39 - name: coredns 40 image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/coredns:1.3.1 41 imagePullPolicy: IfNotPresent 42 resources: 43 limits: 44 memory: 170Mi 45 requests: 46 cpu: 100m 47 memory: 70Mi 48 args: [ "-conf", "/etc/coredns/Corefile" ] 49 volumeMounts: 50 - name: config-volume 51 mountPath: /etc/coredns 52 readOnly: true 53 ports: 54 - containerPort: 53 55 name: dns 56 protocol: UDP 57 - containerPort: 53 58 name: dns-tcp 59 protocol: TCP 60 - containerPort: 9153 61 name: metrics 62 protocol: TCP 63 livenessProbe: 64 httpGet: 65 path: /health 66 port: 8080 67 scheme: HTTP 68 initialDelaySeconds: 60 69 timeoutSeconds: 5 70 successThreshold: 1 71 failureThreshold: 5 72 readinessProbe: 73 httpGet: 74 path: /health 75 port: 8080 76 scheme: HTTP 77 securityContext: 78 allowPrivilegeEscalation: false 79 capabilities: 80 add: 81 - NET_BIND_SERVICE 82 drop: 83 - all 84 readOnlyRootFilesystem: true 85 dnsPolicy: Default 86 volumes: 87 - name: config-volume 88 configMap: 89 name: coredns 90 items: 91 - key: Corefile 92 path: Corefile 93 94 [root@k8smaster01 ~]# kubectl create -f corednsdeploy.yaml
提示：replicas副本的数量通常应该根据集群的规模和服务数量确定，如果单个CoreDNS进程不足以支撑整个集群的DNS查询，则可以通过水平扩展提高查询能力。由于DNS服务是Kubernetes集群的关键核心服务，所以建议为其Deployment设置自动扩缩容控制器，自动管理其副本数量。
同时，对资源限制部分（CPU限制和内存限制） 的设置也应根据实际环境进行调整。
2.5 创建Service
1 [root@k8smaster01 ~]# vi corednssvc.yaml 2 apiVersion: v1 3 kind: Service 4 metadata: 5 name: kube-dns 6 namespace: kube-system 7 annotations: 8 prometheus.io/port: "9153" 9 prometheus.io/scrape: "true" 10 labels: 11 k8s-app: kube-dns 12 kubernetes.io/cluster-service: "true" 13 addonmanager.kubernetes.io/mode: Reconcile 14 kubernetes.io/name: "CoreDNS" 15 spec: 16 selector: 17 k8s-app: kube-dns 18 clusterIP: 10.254.0.2 19 ports: 20 - name: dns 21 port: 53 22 protocol: UDP 23 - name: dns-tcp 24 port: 53 25 protocol: TCP 26 - name: metrics 27 port: 9153 28 protocol: TCP 29 30 [root@k8smaster01 ~]# kubectl create -f corednssvc.yaml
2.6 确认验证
1 [root@k8smaster01 ~]# kubectl get deployments --namespace=kube-system 2 NAME READY UP-TO-DATE AVAILABLE AGE 3 coredns 1/1 1 1 14s 4 [root@k8smaster01 ~]# kubectl get pod --namespace=kube-system 5 NAME READY STATUS RESTARTS AGE 6 coredns-5b46b98d57-cknrr 1/1 Running 0 34s 7 [root@k8smaster01 ~]# kubectl get svc --namespace=kube-system 8 NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE 9 kube-dns ClusterIP 10.254.0.2 <none> 53/UDP,53/TCP,9153/TCP 47s
三 服务名DNS解析
3.1 创建测试Pod
1 [root@k8smaster01 ~]# vi busybox.yaml 2 apiVersion: v1 3 kind: Pod 4 metadata: 5 name: busybox 6 namespace: default 7 spec: 8 containers: 9 - name: busybox 10 image: gcr.azk8s.cn/google_containers/busybox 11 command: 12 - sleep 13 - "3600" 14 15 [root@k8smaster01 ~]# kubectl exec -ti busybox -- nslookup webapp #测试解析 16 Server: 10.254.0.2 17 Address 1: 10.254.0.2 kube-dns.kube-system.svc.cluster.local 18 19 Name: webapp 20 Address 1: 10.254.156.234 webapp.default.svc.cluster.local
提示：如果某个Service属于不同的命名空间，那么在进行Service查找时，需要补充Namespace的名称，组合成完整的域名。
1 [root@k8smaster01 ~]# kubectl exec -ti busybox -- nslookup kube-dns.kube-system #补充kube-system的namespace 2 Server: 10.254.0.2 3 Address 1: 10.254.0.2 kube-dns.kube-system.svc.cluster.local 4 5 Name: kube-dns.kube-system 6 Address 1: 10.254.0.2 kube-dns.kube-system.svc.cluster.local
四 CoreDNS配置说明
4.1 常见插件
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的逻辑抽象成了一个个插件，能够灵活组合使用。
常用的插件如下：
- loadbalance：提供基于DNS的负载均衡功能。
- loop：检测在DNS解析过程中出现的简单循环问题。
- 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读取zone数据，可以用于自定义域名记录。
- file：从RFC1035格式文件中读取zone数据。
- hosts：使用/etc/hosts文件或者其他文件读取zone数据，可以用于自定义域名记录。
- auto：从磁盘中自动加载区域文件。
- reload：定时自动重新加载Corefile配置文件的内容。
- forward：转发域名查询到上游DNS服务器。
- proxy：转发特定的域名查询到多个其他DNS服务器，同时提供到多个DNS服务器的负载均衡功能。
- prometheus：为Prometheus系统提供采集性能指标数据的URL。
- pprof：在URL路径/debug/pprof下提供运行时的性能数据。
- log：对DNS查询进行日志记录。
- errors：对错误信息进行日志记录。
4.2 插件配置
示例1：
1 [root@k8smaster01 ~]# vi corednsconfigmap.yaml 2 apiVersion: v1 3 kind: ConfigMap 4 metadata: 5 name: coredns 6 namespace: kube-system 7 labels: 8 addonmanager.kubernetes.io/mode: EnsureExists 9 data: 10 Corefile: | 11 .:53 { 12 errors 13 health 14 kubernetes cluster.local in-addr.arpa ip6.arpa { 15 pods insecure 16 upstream 17 fallthrough in-addr.arpa ip6.arpa 18 } 19 prometheus :9153 20 forward . /etc/resolv.conf 21 cache 30 22 loop 23 reload 24 loadbalance 25 }
如上所示为域名“cluster.local”设置了一系列插件， 包括errors、health、kubernetes、prometheus、forward、cache、loop、reload和loadbalance，在进行域名解析时， 这些插件将以从上到下的顺序依次执行。
示例2：如下为使用etcd插件的配置示例，将以“.com”结尾的域名记录配置为从etcd中获取，并将域名记录保存在/skydns路径下。
1 { 2 etcd com { 3 path /skydns 4 endpoint http://192.168.18.3:2379 5 upstream /etc/resolv.conf 6 } 7 cache 160 com 8 loadbalance 9 proxy . /etc/resolv.conf 10 11 } 12 [root@k8smaster01 ~]# etcdctl put /skydns/com/mycompany '{"host":"10.1.1.1","ttl":"60"}' #测试插入 13 [root@k8smaster01 ~]# nslookpu mycompany.com
提示：forward和proxy插件都可以用于配置上游DNS服务器或其他DNS服务器，当在CoreDNS中查询不到域名时，会到其他DNS服务器上进行查询。在实际环境中，可以将Kubernetes集群外部的DNS纳入CoreDNS，进行统一的DNS管理。
五 Pod级别的DNS设置
5.1 Pod级别设置
集群的DNS（CoreDNS）配置之外，针对Pod中也可以设置相应的DNS策略。
示例1：
1 [root@k8smaster01 study]# vi mywebapp.yaml 2 apiVersion: v1 3 kind: Pod 4 metadata: 5 name: webapp 6 spec: 7 containers: 8 - name: webapp 9 image: tomcat 10 dnsPolicy: Default 11 ……
目前可以设置的DNS策略如下:
- Default：继承Pod所在宿主机的DNS设置。
- ClusterFirst：优先使用Kubernetes环境的DNS服务（如CoreDNS提供的域名解析服务），将无法解析的域名转发到从宿主机继承的DNS服务器。
- ClusterFirstWithHostNet：与ClusterFirst相同，对于以hostNetwork模式运行的Pod，应明确指定使用该策略。
- None：忽略Kubernetes环境的DNS配置，通过spec.dnsConfig自定义DNS配置。这个选项从Kubernetes1.9版本开始引入，到Kubernetes 1.10版本升级为Beta版，到Kubernetes1.14版本升级为稳定版。自定义DNS配置可以通过spec.dnsConfig字段进行设置，可以设置下列信息。
- nameservers：一组DNS服务器的列表，最多可以设置3个。
- searches：一组用于域名搜索的DNS域名后缀，最多可以设置6个。
- options：配置其他可选DNS参数，例如ndots、timeout等，以name或name/value对的形式表示。
示例2：dnsConfig外部字段配置示例。
1 [root@k8smaster01 study]# vi mywebapp.yaml 2 apiVersion: v1 3 kind: Pod 4 metadata: 5 namespace: default 6 name: dns-example 7 spec: 8 containers: 9 - name: test 10 image: nginx 11 dnsPolicy: "None" 12 dnsConfig: 13 nameservers: 14 - 223.5.5.5 15 searches: 16 - ns1.svc.cluster.local 17 - my.dns.search.suffix 18 options: 19 - name: ndots 20 value: "2" 21 - name: edns0
1 [root@k8smaster01 study]# kubectl create -f mywebapp.yaml 2 [root@k8smaster01 study]# kubectl exec -ti dns-example -- cat /etc/resolv.conf #确认查看 3 nameserver 223.5.5.5 4 search ns1.svc.cluster.local my.dns.search.suffix 5 options ndots:2 edns0
提示：如上配置从而实现Pod中自定义DNS，而不再使用Kubernetes环境的DNS服务。
