k8s 系列之 CoreDNS 解读

k8s 系列之 CoreDNS

CoreDNS工作原理

kuberntes 中的 pod 基于 service 域名解析后，再负载均衡分发到 service 后端的各个 pod 服务中，如果没有 DNS 解析，则无法查到各个服务对应的 service 服务

 在 Kubernetes 中，服务发现有几种方式：

基于环境变量的方式
基于内部域名的方式

从 K8S 1.11 开始，K8S 已经使用 CoreDNS，替换 KubeDNS 来充当其 DNS 解析， DNS 如何解析，依赖容器内 resolv 文件的配置

# cat /etc/resolv.conf 
nameserver 10.200.254.254
search default.svc.cluster.local. svc.cluster.local. cluster.local.
options ndots:5

 ndots:5：如果查询的域名包含的点 “.” 不到 5 个，那么进行 DNS 查找，将使用非完全限定名称（或者叫绝对域名），如果你查询的域名包含点数大于等于 5，那么 DNS 查询，默认会使用绝对域名进行查询。Kubernetes 域名的全称，必须是 service-name.namespace.svc.cluster.local 这种模式，服务名

# nslookup kubernetes.default.svc.cluster.local
Server:        10.200.254.254
Address:    10.200.254.254:53Name:    kubernetes.default.svc.cluster.local
Address: 10.200.0.1

DNS策略，在Pod，Deployment RC等资源设置 dnsPolicy
None

用于想要自定义 DNS 配置的场景，而且需要和 dnsConfig 配合一起使用

Default

让 kubelet 来决定使用何种 DNS 策略。而 kubelet 默认使用宿主机的 /etc/resolv.conf（使用宿主机的DNS策略）

但 kubelet 可以配置使用什么文件来进行 DNS 策略，使用 kubelet 的参数：–resolv-conf=/etc/resolv.conf 来决定 DNS 解析文件地址

ClusterFirst

表示 POD 内的 DNS 使用集群中配置的 DNS 服务，使用 Kubernetes 中 kubedns 或 coredns 服务进行域名解析。如果解析不成功，才会使用宿主机的 DNS 进行解析

ClusterFirstWithHostNet
POD 是用 HOST 模式启动的（HOST模式），用 HOST 模式表示 POD 中的所有容器，都使用宿主机的 /etc/resolv.conf 进行 DNS 查询，但如果使用了 HOST 模式，还继续使用 Kubernetes 的 DNS 服务，那就将 dnsPolicy 设置为 ClusterFirstWithHostNet

配置文件使用 configmap

health：CoreDNS 健康检查为 http://$IP:8080/health，返回为 OK
kubernetes：CoreDNS 将根据 Kubernetes 服务和 pod 的 IP 回复 DNS 查询
prometheus：CoreDNS 度量 http://$IP:9153/metrics
proxy：不在 Kubernetes 集群域内的查询都将转发到预定义的解析器（/etc/resolv.conf），可以配置多个upstream 域名服务器，也可以用于延迟查找 /etc/resolv.conf 中定义的域名服务器
cache：启用缓存，30 秒 TTL
loop：检测简单的转发循环，如果找到循环则停止 CoreDNS 进程
reload：允许自动重新加载已更改的 Corefile
loadbalance：DNS 负载均衡器，默认round_robin

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:name: corednsnamespace: namespace-test
data:Corefile: |.:53 {errorshealthreadykubernetes cluster.local  10.200.0.0/16 {pods insecureupstream 114.114.114.114fallthrough in-addr.arpa ip6.arpanamespaces namespace-test}prometheus :9153forward . /etc/resolv.confcache 30loopreloadloadbalance}

Coredns 规定协议

当前 CoreDNS 接受4种协议: DNS, DNS over TLS (DoT), DNS over HTTP/2 (DoH)
and DNS over gRPC。可以通过在服务器配置文件，在zone 前加个前缀来指定服务器接收哪种协议。

dns:// for plain DNS (the default if no scheme is specified).
tls:// for DNS over TLS, see RFC 7858.
https:// for DNS over HTTPS, see RFC 8484.
grpc:// for DNS over gRPC.
UDP非标准端口只在某些地区某些运营商有用，DoT，即DNS over TLS，支持DoT的公共DNS服务有Quad9的9.9.9.9，Google的8.8.8.8以及Cloudflare的1.1.1.1，可以这么使用：

.:5301 {forward . tls://9.9.9.9 {tls_servername dns.quad9.net}cache
}
.:5302 {forward . tls://1.1.1.1 tls://1.0.0.1 {tls_servername 1dot1dot1dot1.cloudflare-dns.com}cache
}
.:5303 {forward . tls://8.8.8.8 tls://8.8.4.4 {tls_servername dns.google}cache
}

   由于proxy插件新版本已经移除，作为external plugin，需要自己编译CoreDNS。

git clone https://github.com/coredns/coredns.git
cd coredns
make

   CoreDNS使用了go modules机制，所以在make过程中会自动下载依赖的package。可以通过HTTP_PROXY环境变量指定，或者使用国内的一些镜像（如果你信得过的话）通过GOPROXY环境变量指定。则在make前，要修改plugin.cfg文件，加入以下：

proxy:github.com/coredns/proxy
再make，就会把插件编译进去。如果发现没有编译进去，可以先执行一下go generate coredns.go再make

coredns 安装部署
下载：https://github.com/coredns/deployment/tree/master/kubernetes

deploy.sh 用于生成用于 kube-dns 的集群上运行 CoreDNS 的 yaml 文件

coredns.yaml.sed 文件作为模板，它创建一个 ConfigMap 和一个 CoreDNS deployment 的yaml 文件

./deploy.sh 172.18.0.0/24 cluster.local 生成 yaml 文件，在使用 kubectl apply 部署在 k8s 中

官方性能
计算表达式： MB required (default settings) = (Pods + Services) / 1000 + 54

  cache 需要 30 MB，大约缓存 10000 条记录操作 buffer 需要 5 MB，用于处理查询，大约可以承受 30 K QPS 量

CoreDNS 的性能优化

概述
CoreDNS 作为 Kubernetes 集群的域名解析组件，如果性能不够可能会影响业务，本文介绍几种 CoreDNS 的性能优化手段。

合理控制 CoreDNS 副本数
考虑以下几种方式:

根据集群规模预估 coredns 需要的副本数，直接调整 coredns deployment 的副本数:
kubectl -n kube-system scale --replicas=10 deployment/coredns
为 coredns 定义 HPA 自动扩缩容。
安装 cluster-proportional-autoscaler 以实现更精确的扩缩容(推荐)。
禁用 ipv6
如果 K8S 节点没有禁用 IPV6 的话，容器内进程请求 coredns 时的默认行为是同时发起 IPV4 和 IPV6 解析，而通常我们只需要用到 IPV4，当容器请求某个域名时，coredns 解析不到 IPV6 记录，就会 forward 到 upstream 去解析，如果到 upstream 需要经过较长时间(比如跨公网，跨机房专线)，就会拖慢整个解析流程的速度，业务层面就会感知 DNS 解析慢。

CoreDNS 有一个 template 的插件，可以用它来禁用 IPV6 的解析，只需要给 CoreDNS 加上如下的配置:

template ANY AAAA {
rcode NXDOMAIN
}
这个配置的含义是：给所有 IPV6 的解析请求都响应空记录，即无此域名的 IPV6 记录。

优化 ndots
默认情况下，Kubernetes 集群中的域名解析往往需要经过多次请求才能解析到。查看 pod 内 的 /etc/resolv.conf 可以知道 ndots 选项默认为 5:

意思是: 如果域名中 . 的数量小于 5，就依次遍历 search 中的后缀并拼接上进行 DNS 查询。

举个例子，在 debug 命名空间查询 kubernetes.default.svc.cluster.local 这个 service:

域名中有 4 个 .，小于 5，尝试拼接上第一个 search 进行查询，即 kubernetes.default.svc.cluster.local.debug.svc.cluster.local，查不到该域名。
继续尝试 kubernetes.default.svc.cluster.local.svc.cluster.local，查不到该域名。
继续尝试 kubernetes.default.svc.cluster.local.cluster.local，仍然查不到该域名。
尝试不加后缀，即 kubernetes.default.svc.cluster.local，查询成功，返回响应的 ClusterIP。
可以看到一个简单的 service 域名解析需要经过 4 轮解析才能成功，集群中充斥着大量无用的 DNS 请求。

怎么办呢？我们可以设置较小的 ndots，在 Pod 的 dnsConfig 中可以设置:

然后业务发请求时尽量将 service 域名拼完整，这样就不会经过 search 拼接造成大量多余的 DNS 请求。

不过这样会比较麻烦，有没有更好的办法呢？有的！请看下面的 autopath 方式。

启用 autopath
启用 CoreDNS 的 autopath 插件可以避免每次域名解析经过多次请求才能解析到，原理是 CoreDNS 智能识别拼接过 search 的 DNS 解析，直接响应 CNAME 并附上相应的 ClusterIP，一步到位，可以极大减少集群内 DNS 请求数量。

启用方法是修改 CoreDNS 配置:

kubectl -n kube-system edit configmap coredns
修改红框中圈出来的配置:

加上 autopath @kubernetes。
默认的 pods insecure 改成 pods verified。
需要注意的是，启用 autopath 后，由于 coredns 需要 watch 所有的 pod，会增加 coredns 的内存消耗，根据情况适当调节 coredns 的 memory request 和 limit。

CoreDNS 的排障

报错：***********************dns: overflowing header size

此时需修改参数：

#kubectl describe  configmap   coredns   -n kube-system
Name:         coredns
Namespace:    kube-system
Labels:       <none>
Annotations:  kubectl.kubernetes.io/last-applied-configuration:{"apiVersion":"v1","data":{"Corefile":".:53 {\n    errors\n    health {\n      lameduck 5s\n    }\n    ready\n    kubernetes cluster.local...Data
====
Corefile:
----
.:53 {errorshealth {lameduck 5s}readykubernetes cluster.local in-addr.arpa ip6.arpa {fallthrough in-addr.arpa ip6.arpa}template ANY AAAA {rcode NXDOMAIN}prometheus :9153forward . /etc/resolv.confbufsize 2048     ##调大此参数 或增加此参数cache 30loopreloadloadbalance
}