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

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，这就需要一个集群范围内的DNS服务来完成从服务名到ClusterIP地址的解析。

02 DNS服务在k8s的发展

2.1 SkyDNS

在这里插入图片描述

在Kubernetes1.2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地址信息生成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。

2.2 KubeDNS

在这里插入图片描述

从Kubernetes1.4版本开始，SkyDNS组件便被KubeDNS替换，主要考虑的是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DrS缓存，为客户端容器应用提供DNS查询服务；
sidecar容器：提供对kubedns和dnsmasq服务的健康检查功能。

2.3 CoreDNS

在这里插入图片描述
从Kubernetes1.11版本开始，Kubernetes集群的DNS服务由CoreDNS提供：

它是由go语言实现的一套高性能、插件式，易于扩展的DNS服务端；
解决了KubeDNS的一些问题，例如dnsmasq的安全漏洞、externalName不能使用stubDomains进行设置等等；
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；
它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。

03 搭建CoreDNS服务

3.1 修改每个Node上kubelet的DNS启动参数

修改每个Node上kubelet的启动参数，在其中加上以下两个参数：

--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。

3.2 部署CoreDNS服务

部署CoreDNS服务时需要创建3个资源对象：1个ConfigMap、1个Deployment和1个Service。

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。

3.2.1 ConfigMap

ConfigMap 的 "coredns" 主要设置CoreDNS的主配置文件Corefile的内容，其中可以定义各种域名的解析方式和使用的插件，示例如下：

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
    name: coredns
    namespace: kube-system 
    labels: 
        addonmanager.kubernetes.io/mode: EnsureExists
data:
    Corefile: | 
        cluster.local{
            errors
            health{
                lameduck 5s 
            }
            ready
            kubernetes cluster.local 169.169.0.0/16{ 
                fallthrough in-addr.arpa ip6.arpa
            }
            prometheus: 9153
            forward    ./etc/resolv.conf 
            cache 30 
            loop
            reload
            loadbalance
        }
        . {
            cache 30 
            loadbalance
            forward /etc/resolv.conf
        }

3.2.2 Deployment

Deployment 的“coredns” 主要设置CoreDNS容器应用的内容。

其中， 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。

另外，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：

apiversion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
    name: coredns
    namespace: kube-system 
    labels:
        k8s-app: kube-dns
        kubernetes.io/name: "CoreDNS"
spec:
    replicas: 1
    strategy:
        type: RollingUpdate
        rollingUpdate:
            maxUnavailable: 1
    selector:
        matchLabels: 
            k8s-app: kube-dns
    template:
        metadata:
            labels:
                k8s-app: kube-dns
        spec:
        priorityClassName: system-cluster-critical 
        tolerations:
            - key: "CriticalAddonsonly"
              operator: "Exists"
        nodeSelector:
            kubernetes.io/os: linux 
        affinity:
            podAntiAffinity:
            preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: 
            - weight: 100
              podAffinityTerm:
                  labelSelector:
                    matchExpressions:
                    - key: k8s-app
                      operator: In
                      values: ["kube-dns"]
                topologyKey: kubernetes.io/hostname
        containers:
        - name: coredns
          image: coredns/coredns:1.7.0 
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          resources:
            limits:
              memory: 170Mi
            requests:
              cpu: 100m
              memory: 70Mi
          args: ["-conf","/etc/coredns/Corefile" ]
        volumeMounts:
        - name: config-volume 
          mountPath: /etc/coredns 
          readOnly: true
        ports:
        - containerPort: 53
          name: dns
          protocol: UDP
        - containerPort: 53
          name: dns-tcp
          protocol: TCP
        - containerPort: 9153
          name: metrics
          protocol: TCP
        securityContext:
          allowPrivilegeEscalation: false
          capabilities:
            add:
            - NET_BIND_SERVICE
            drop:
            - a11
          readOnlyRootFilesystem: true 
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /health
            port: 8080
            scheme: HTTP
          initialDelaySeconds: 60 
          timeoutSeconds: 5
          successThreshold: 1
          failureThreshold: 5
        readinessProbe:
          httpGet:
            path: /ready
            port: 8181
            scheme: HTTP
        dnsPolicy: Default
        volumes:
        - name: config-volume
          configMap:
            name: coredns
            items:
            - key: Corefile
              path: Corefile

3.2.3 Service

Service“kube-dns” 是DNS服务的配置，这个服务需要设置固定的ClusterIP地址，也需要将所有Node上的kubelet启动参数--cluster-dns都设置为这个ClusterIP 地址：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
    name: kube-dns
    namespace: kube-system 
    annotations:
        prometheus.io/port: "9153" 
        prometheus.io/scrape: "true" 
    labels:
        k8s-app: kube-dns
        kubernetes.io/cluster-service: "true" 
        kubernetes.io/name: "CoreDNS" 
spec:
    selector:
        k8s-app: kube-dns
    clusterIP: 169.169.0.100 
    ports:
    - name: dns
      port: 53
      protocol: UDP
    - name: dns-tcp
      port: 53
      protocol: TCP
    - name: metrics
      port: 9153
      protocol: TCP

使用kubectl create命令依次把资源对象创建，然后可以看到创建成功：
在这里插入图片描述

04 服务名的DNS解析

接下来使用一个带有 nslookup工具 的pod来验证DNS是否正常工作。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
    name: busybox
    namespace: default
spec:
containers:
- name: busybox
  image: gcr.io/google containers/busybox 
  command:
    - sleep
    - "3600"

在该容器成功启动后，通过kubectl exec<container_id>--nslookup进行测试:
在这里插入图片描述
可以看到，通过DNS服务器 169.169.0.100 成功解析了redis-master服务的IP地址 169.169.8.10。

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，将其组合成完整的域名**。

下面以查找kube-dns服务为例，将其所在Namespace“kube-system”补充在服务名之后，用 “.” 连接为 “kube- dns.kube-system”，即可查询成功：
在这里插入图片描述
如果仅使用 "kube-dns" 进行查找，则会失败:

nslookup: can't resolve 'kube-dns'

05 CoreDNS配置

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：

插件	描述
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中读取zone数据，可用于自定义域名记录
file	从RFC 1035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服务器上
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

5.1 示例一：设置插件

在下面的示例中为域名 “cluster.local” 设置了一系列插件，包括errors、 health、ready、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：

cluster.local {
    errors
    health{
        lameduck 5s
    }
    ready
    kubernetes cluster.local 169.169.0.0/16 {
        fallthrough in-addr.arpa ip6.arpa
    }
    prometheus: 9153
    forward    ./etc/resolv.conf 
    cache 30 
    loop
    reload
    loadbalance
}

5.2 示例二：自定义域名

另外，etcd和hosts插件都可以用于用户自定义域名记录。

下面是使用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：

{
    etcd com{
        path /skydns
        endpoint http://192.168.18.3:2379 
        upstream /etc/resolv.conf 
    }
    cache 160 com 
    loadbalance
    proxy /etc/resolv.conf
}

如果用户在etcd中插入一条“10.1.1.1 mycompany” DNS记录：

$ ETCDCTL_API=3 etcdctl put "/skydns/com/mycompany" '["host":"10.1.1.","ttl":60]'

客户端应用就能访问域名"mycompany.com"了:

$ nslookup mycompany.com
Server:                169.169.0.100
Address:            169.169.0.100#53

Name:                mycompany.com
Address:            10.1.1.1

5.3 示例三：转发域名查询到上游DNS服务器上

forward插件用于配置上游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。

06 文末

本文主要讲解k8s里面的DNS服务搭建与配置，希望能帮助到大家，谢谢大家的阅读，本文完！

k8s CoreDNS服务搭建与配置