附011.Kubernetes-DNS及搭建

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。