k8s node dns本地缓存

2023-01-13 610

版权

本文内容由阿里云实名注册用户自发贡献，版权归原作者所有，阿里云开发者社区不拥有其著作权，亦不承担相应法律责任。具体规则请查看《阿里云开发者社区用户服务协议》和《阿里云开发者社区知识产权保护指引》。如果您发现本社区中有涉嫌抄袭的内容，填写侵权投诉表单进行举报，一经查实，本社区将立刻删除涉嫌侵权内容。

简介： 讲解k8s node dns本地缓存

01 引言

声明：本文为《Kubernetes权威指南：从Docker到Kubernetes实践全接触（第5版）》的读书笔记

由于在Kubernetes集群中配置的DNS服务 是一个名为 “kube-dns” 的Service，所以容器应用都通过其ClusterIP地址（例如169.169.0.100）去执行服务名的DNS域名解析。这对于大规模集群可能引起以下两个问题：

集群DNS服务压力增大（这可以通过自动扩容缓解）；
由于DNS服务的IP地址是Service的ClusterIP地址，所以会通过kube- proxy设置的iptables规则进行转发，可能导致域名解析性能很差，原因是Netfilter 在做DNAT转换时可能会引起conntrack冲突，从而导致DNS查询产生5s的延时。

为了解决这两个问题，Kubernetes引入了Node本地DNS缓存（NodeLocal DNSCache）来提高整个集群的DNS域名解析的性能，本文来讲解下。

02 Node本地DNS缓存

使用Node本地DNS缓存的好处如下：

在没有本地DNS缓存时，集群DNS服务的Pod很可能在其他节点上，跨主机访问会增加网络延时，使用Node本地DNS缓存可 显著减少跨主机查询的网络延时；
跳过iptables DNAT和连接跟踪将有助于 减少conntrack竞争，并避免UDP DNS记录填满conntrack表；
本地缓存到集群DNS服务的连接协议可以升级为TCP。TCP conntrack条目将在连接关闭时被删除；默认使用UDP时，conntrack条目只能等到超时时间过后才被删除，操作系统的默认超时时间(nf_conntrack_udp_timeout)，为30s；
将DNS查询从UDP升级为TCP，将减少由于丢弃的UDP数据包和DNS超时而引起的尾部延迟(tail latency)，UDP超时时间可能会长达30s（3次重试，每次10s)；
提供Node级别DNS解析请求的度量（Metrics）和可见性（visibility) 可以重新启用负缓存（Negative caching）功能，减少对集群DNS服务的查询数量。

2.1 工作流程

Node本地DNS缓存（NodeLocal DNSCache）的工作流程如图所示，客户端Pod首先会通过本地DNS缓存进行域名解析，当缓存中不存在域名时，会将请求转发到集群DS服务进行解析。
在这里插入图片描述

2.2 部署Node本地DNS缓存工具

配置文件nodelocaldns.yaml的内容如下，主要包括 ServiceAccount、Daemonset、ConfigMap和Service 几个资源对象。

2.2.1 资源对象配置

Service Account的定义如下:

apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata: 
    name: node-local-dns
    namespace: kube-system 
    labels:
        kubernetes.io/cluster-service: "true"
        addonmanager.kubernetes.io/mode: Reconcile

Service的定义如下:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
    name: kube-dns-upstream
    namespace: kube-system 
    labels:
        k8s-app: kube-dns
        kubernetes.io/cluster-service: "true"
        addonmanager.kubernetes.io/mode: Reconcile 
        kubernetes.io/name: "KubeDNSUpstream"
spec:
    ports:
    - name: dns
      port: 53
      protocol: UDP
      targetPort: 53
    - name: dns-tcp
      port: 53
      protocol: TCP
      targetPort: 53
    selector:
      k8s-app: kube-dns

ConfigMap的定义如下:

apiversion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
    name: node-local-dns
    namespace: kube-system 
    labels:
        addonmanager.kubernetes.io/mode: Reconcile
data:
Corefile: |
    cluster.local:53 {
        errors
        cache{
            success 9984 30 
            denial 9984 5
        }
        reload
        loop
        bind169.254.20.10
        forward.169.169.0.100{
            force tcp
        }
        prometheus 9253
        hea1th169.254.20.10:8081 
        }
    in-addr.arpa:53 {
        errors 
        cache 30 
        reload
        loop
        bind 169.254.20.10
        forward . 169.169.0.100{
            force tcp
        }
        prometheus 9253 
        }
    ip6.arpa:53 {
        errors 
        cache 30 
        reload
        loop
        bind 169.254.20.10
        forward . 169.169.0.100{
            force tcp
        }
        prometheus 9253
        }
    .:53 {
        errors 
        cache 30 
        reload
        loop
        bind 169.254.20.10
        forward . 169.169.0.100{
            force tcp
        }
        prometheus 9253 
        }

ConfigMap Corefile的主要配置参数如下：

bind 169.254.20.10 ：node-local-dns需要绑定的本地IP地址，建议将其设置为169.254.0.0/16范围，确保不与集群内的其他IP冲突；
forward.169.169.0.100：在node-local-dns缓存中不存在域名记录时, 将转发到的上游DNS服务器IP设置为Kubernetes集群DNS服务(kube-dns)的IP，例如169.169.0.100；
health169.254.20.10:8081：健康检查端口号设置与Daemonset的livenessProbe一致，需要注意，node-local-dns网络模式设置了 hostNetwork=true，这个端口号也会被直接绑定到宿主机上,需要确保不与宿主机的其他应用冲突。

DaemonSet的定义如下:

apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
    name: node-local-dns 
    namespace: kube-system 
    labels:
        k8s-app: node-local-dns
        kubernetes.io/cluster-service: "true"
        addonmanager.kubernetes.io/mode: Reconcile 
spec:
    updatestrategy:
        rollingUpdate:
            maxUnavai1able: 10% 
    selector:
        matchLabels:
            k8s-app: node-local-dns 
    template:
        metadata:
            labels:
                k8s-app: node-local-dns 
            annotations:
                prometheus.io/port: "9253" 
                prometheus.io/scrape: "true" 
        spec:
            priorityclassName: system-node-critical 
            serviceAccountName: node-local-dns 
            hostNetwork: true
            dnsPolicy: Default Don't use cluster DNS. 
            tolerations:
            - key: "CriticalAddonsOnly" 
              operator: "Exists"
            - effect: "NoExecute"
              operator: "Exists"
            - effect: "NoSchedule"
              operator: "Exists"
        containers:
        - name: node-cache
          image: k8s.gcr.io/k8s-dns-node-cache: 1.15.13 
            resources:
                requests:
                cpu: 25m
                memory: 5Mi
                args: ["-localip","169.254.20.10","-conf","/etc/Corefile","-upstreamsvc","kube-dns-upstream"]
            securityContext:
                privileged: true
            ports:
            - containerPort: 53
              name: dns
              protocol: UDP
            - containerPort: 53
              name: dns-tcp
              protocol: TCP
            - containerPort: 9253
              name: metrics
              protocol: TCP
            livenessProbe:
                httpGet:
                    host: 169.254.20.10
                    path: /health
                    port: 8081
                initialDelaySeconds: 60 
                timeoutSeconds: 5
            volumeMounts:
            - mountPath: /run/xtables.lock 
              name: xtables-lock
              readonly: false
            - name: config-volume 
              mountPath: /etc/coredns 
            - name: kube-dns-config 
              mountPath: /etc/kube-dns
        volumes:
        - name: xtables-lock
            hostPath:
                path: /run/xtables.lock 
                type: FileorCreate 
        - name: kube-dns-config 
          configMap:
            name: coredns
            optional: true
        - name: config-volume
            configMap:
                name: node-local-dns
                items:
                    - key: Corefile
                      path: Corefile.base

Daemonset node-local-dns的主要配置参数如下：

args： ["-localip" , "169.254.20.10" , "-conf" , "/etc/Corefile" , "upstreamsvc" , "kube-dns-upstream"]：将-localip参数设置为node-local-dns绑定的本地IP地址，对其他参数无须修改；
livenessProber中的健康检查端口号与ConfigMap中的一致；

另外，如果kube-proxy代理模式（-proxy-mode）使用的是ipvs模式，则还需要修改kubelet的启动参数-cluster-dns为node-local-dns绑定的本地IP地169.254.20.10。

2.2.2 部署

通过kubectl create命令创建node-local-dns服务：

kubectl create -f nodelocaldns.yaml 
serviceaccount/node-local-dns created 
service/kube-dns-upstream created 
configmap/node-local-dns created 
daemonset.apps/node-local-dns created

确认在每个Node上都运行了一个node-local-dns Pod：
在这里插入图片描述
在客户端Pod内对服务名的解析没有变化，仍然可以直接通过服务名访问其他服务，例如：

03 文末

本文主要讲解Node本地DNS缓存相关的概念，希望能帮助到大家，谢谢大家的阅读，本文完！

k8s node dns本地缓存

01 引言

02 Node本地DNS缓存

2.1 工作流程

2.2 部署Node本地DNS缓存工具

2.2.1 资源对象配置

2.2.2 部署

03 文末

DNS软件服务

热门文章

最新文章

相关产品

相关课程

相关电子书

相关实验场景

推荐镜像