kubernetes 簡介：kube-dns 和服務發現

本文轉載自查看原文 2017-09-30 10:57 14051 k8s/ dns

服務發現

kubernetes 提供了 service 的概念可以通過 VIP 訪問 pod 提供的服務，但是在使用的時候還有一個問題：怎么知道某個應用的 VIP？比如我們有兩個應用，一個 app，一個是 db，每個應用使用 rc 進行管理，並通過 service 暴露出端口提供服務。app 需要連接到 db 應用，我們只知道 db 應用的名稱，但是並不知道它的 VIP 地址。

最簡單的辦法是從 kubernetes 提供的 API 查詢。但這是一個糟糕的做法，首先每個應用都要在啟動的時候編寫查詢依賴服務的邏輯，這本身就是重復和增加應用的復雜度；其次這也導致應用需要依賴 kubernetes，不能夠單獨部署和運行（當然如果通過增加配置選項也是可以做到的，但這又是增加負責度）。

開始的時候，kubernetes 采用了 docker 使用過的方法——環境變量。每個 pod 啟動時候，會把通過環境變量設置所有服務的 IP 和 port 信息，這樣 pod 中的應用可以通過讀取環境變量來獲取依賴服務的地址信息。這種方式服務和環境變量的匹配關系有一定的規范，使用起來也相對簡單，但是有個很大的問題：依賴的服務必須在 pod 啟動之前就存在，不然是不會出現在環境變量中的。

更理想的方案是：應用能夠直接使用服務的名字，不需要關心它實際的 ip 地址，中間的轉換能夠自動完成。名字和 ip 之間的轉換就是 DNS 系統的功能，因此 kubernetes 也提供了 DNS 方法來解決這個問題。

部署 DNS 服務

DNS 服務不是獨立的系統服務，而是一種 addon ，作為插件來安裝的，不是 kubernetes 集群必須的（但是非常推薦安裝）。可以把它看做運行在集群上的應用，只不過這個應用比較特殊而已。

DNS 有兩種配置方式，在 1.3 之前使用 etcd + kube2sky + skydns 的方式，在 1.3 之后可以使用 kubedns + dnsmasq 的方式。

修改 kubelet 啟動參數

不管以什么方式啟動，對外的效果是一樣的。要想使用 DNS 功能，還需要修改 kubelet的啟動配置項，告訴 kubelet，給每個啟動的 pod 設置對應的 DNS 信息，一共有兩個參數：--cluster_dns=10.10.10.10 --cluster_domain=cluster.local，分別是 DNS 在集群中的 vip 和域名后綴，要和 DNS rc 中保持一致。

skydns

下面是這種方式的部署配置文件：

apiVersion: v1
kind: ReplicationController
metadata:
  labels:
    k8s-app: kube-dns
    kubernetes.io/cluster-service: "true" name: kube-dns namespace: kube-system spec: replicas: 1 selector: k8s-app: kube-dns template: metadata: labels: k8s-app: kube-dns kubernetes.io/cluster-service: "true" spec: containers: - name: etcd command: - /usr/local/bin/etcd - "-listen-client-urls" - "http://127.0.0.1:2379,http://127.0.0.1:4001" - "-advertise-client-urls" - "http://127.0.0.1:2379,http://127.0.0.1:4001" - "-initial-cluster-token" - skydns-etcd image: "gcr.io/google_containers/etcd:2.0.9" resources: limits: cpu: 100m memory: 50Mi - name: kube2sky args: - "-domain=cluster.local" - "-kube_master_url=http://10.7.114.81:8080" image: "gcr.io/google_containers/kube2sky:1.11" resources: limits: cpu: 100m memory: 50Mi - name: skydns args: - "-machines=http://localhost:4001" - "-addr=0.0.0.0:53" - "-domain=cluster.local" image: "gcr.io/google_containers/skydns:2015-03-11-001" livenessProbe: exec: command: - /bin/sh - "-c" - "nslookup kubernetes.default.svc.cluster.local localhost >/dev/null" initialDelaySeconds: 30 timeoutSeconds: 5 ports: - containerPort: 53 name: dns protocol: UDP - containerPort: 53 name: dns-tcp protocol: TCP resources: limits: cpu: 100m memory: 50Mi dnsPolicy: Default

這里有兩個需要根據實際情況配置的地方：

kube_master_url： kube2sky 會用到 kubernetes master API，它會讀取里面的 service 信息
domain：域名后綴，默認是 cluster.local，你可以根據實際需要修改成任何合法的值

然后是 Service 的配置文件：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: kube-dns
  namespace: kube-system labels: k8s-app: kube-dns kubernetes.io/cluster-service: "true" kubernetes.io/name: "KubeDNS" spec: selector: k8s-app: kube-dns clusterIP: 10.10.10.10 ports: - name: dns port: 53 protocol: UDP - name: dns-tcp port: 53 protocol: TCP

這里需要注意的是 clusterIP: 10.10.10.10 這一行手動指定了 DNS service 的 IP 地址，這個地址必須在預留的 vip 網段。手動指定的原因是為了固定這個 ip，這樣啟動 kubelet 的時候配置 --cluster_dns=10.10.10.10 比較方便，不需要再動態獲取 DNS 的 vip 地址。

有了這兩個文件，直接創建對象就行：

$ kubectl create -f ./skydns-rc.yml $ kubectl create -f ./skydns-svc.yml [root@localhost ~]# kubectl get svc,rc,pod --namespace=kube-system NAME CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE svc/kube-dns 10.10.10.10 <none> 53/UDP 1d NAME DESIRED CURRENT READY AGE rc/kube-dns 1 1 1 41m NAME READY STATUS RESTARTS AGE po/kube-dns-twl0q 3/3 Running 0 41m

kubeDNS

在 kubernetes 1.3 版本之后，kubernetes 改變了 DNS 的部署方式，變成了 kubeDNS + dnsmasq，沒有了 etcd 。在這種模式下，kubeDNS 是原來 kube2sky + skyDNS + etcd，只不過它把數據都保存到自己的內存，而不是 kv store 中；dnsmasq 的引進是為了提高解析的速度，因為它可以配置 DNS 緩存。

這種部署方式的完整配置文件這里就不貼出來了，我放到了 github gist 上面，有興趣可以查看。創建方法也是一樣 kubectl create -f ./skydns-rc.yml

測試 DNS 可用性

不管那種部署很是，kubernetes 對外提供的 DNS 服務是一致的。每個 service 都會有對應的 DNS 記錄，kubernetes 保存 DNS 記錄的格式如下：

<service_name>.<namespace>.svc.<domain>

每個部分的字段意思：

service_name: 服務名稱，就是定義 service 的時候取的名字
namespace：service 所在 namespace 的名字
domain：提供的域名后綴，比如默認的 cluster.local

在 pod 中可以通過 service_name.namespace.svc.domain 來訪問任何的服務，也可以使用縮寫 service_name.namespace，如果 pod 和 service 在同一個 namespace，甚至可以直接使用 service_name。

NOTE：正常的 service 域名會被解析成 service vip，而 headless service 域名會被直接解析成背后的 pods ip。

雖然不會經常用到，但是 pod 也會有對應的 DNS 記錄，格式是 pod-ip-address.<namespace>.pod.<domain>，其中 pod-ip-address 為 pod ip 地址的用 - 符號隔開的格式，比如 pod ip 地址是 1.2.3.4 ，那么對應的域名就是 1-2-3-4.default.pod.cluster.local。

我們運行一個 busybox 來驗證 DNS 服務能夠正常工作：

/ # nslookup whoami Server: 10.10.10.10 Address 1: 10.10.10.10 Name: whoami Address 1: 10.10.10.175 / # nslookup kubernetes Server: 10.10.10.10 Address 1: 10.10.10.10 Name: kubernetes Address 1: 10.10.10.1 / # nslookup whoami.default.svc Server: 10.10.10.10 Address 1: 10.10.10.10 Name: whoami.default.svc Address 1: 10.10.10.175 / # nslookup whoami.default.svc.transwarp.local Server: 10.10.10.10 Address 1: 10.10.10.10 Name: whoami.default.svc.transwarp.local Address 1: 10.10.10.175

可以看出，如果我們在默認的 namespace default 創建了名為 whoami 的服務，以下所有域名都能被正確解析：

whoami whoami.default.svc whoami.default.svc.cluster.local

每個 pod 的 DNS 配置文件如下，可以看到 DNS vip 地址以及搜索的 domain 列表：

/ # cat /etc/resolv.conf search default.pod.cluster.local default.svc.cluster.local svc.cluster.local cluster.local nameserver 10.10.10.10 options ndots:5 options ndots:5

kubernetes DNS 原理解析

我們前面介紹了兩種不同 DNS 部署方式，這部分講講它們內部的原理。

kube2sky 模式

這種模式下主要有三個容器在運行：

[root@localhost ~]# docker ps CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES 919cbc006da2 172.16.1.41:5000/google_containers/kube2sky:1.12 "/kube2sky /kube2sky " About an hour ago Up About an hour k8s_kube2sky.80a41edc_kube-dns-twl0q_kube-system_ea1f5f4d-15cf-11e7-bece-080027c09e5b_1bd3fdb4 73dd11cac057 172.16.1.41:5000/jenkins/etcd:live "etcd -data-dir=/var/" About an hour ago Up About an hour k8s_etcd.4040370_kube-dns-twl0q_kube-system_ea1f5f4d-15cf-11e7-bece-080027c09e5b_b0e5a99f 0b10ae639989 172.16.1.41:5000/jenkins/skydns:20150703-113305 "bootstrap.sh" About an hour ago Up About an hour k8s_skydns.73baf3b1_kube-dns-twl0q_kube-system_ea1f5f4d-15cf-11e7-bece-080027c09e5b_2860aa6d

這三個容器的作用分別是：

etcd：保存所有的 DNS 數據
kube2sky：通過 kubernetes API 監聽 Service 的變化，然后同步到 etcd
skyDNS：根據 etcd 中的數據，對外提供 DNS 查詢服務

kubeDNS 模式

這種模式下，kubeDNS 容器替代了原來的三個容器的功能，它會監聽 apiserver 並把所有 service 和 endpoints 的結果在內存中用合適的數據結構保存起來，並對外提供 DNS 查詢服務。

kubeDNS：提供了原來 kube2sky + etcd + skyDNS 的功能，可以單獨對外提供 DNS 查詢服務
dnsmasq：一個輕量級的 DNS 服務軟件，可以提供 DNS 緩存功能。kubeDNS 模式下，dnsmasq 在內存中預留一塊大小（默認是 1G）的地方，保存當前最常用的 DNS 查詢記錄，如果緩存中沒有要查找的記錄，它會到 kubeDNS 中查詢，並把結果緩存起來

每種模式都可以運行額外的 exec-healthz 容器對外提供 health check 功能，證明當前 DNS 服務是正常的。

exec-healthz：運行某個命令，根據結果來對外提供 /healthz 結果

總結

推薦使用 kubeDNS 的模式來部署，因為它有着以下的好處：

不需要額外的存儲，省去了額外的維護和數據保存的工作
更好的性能。通過 dnsmasq 緩存和直接把 DNS 記錄保存在內存中，來提高 DNS 解析的速度

參考資料

http://cizixs.com/2017/04/11/kubernetes-intro-kube-dns

http://jingyan.baidu.com/article/72ee561a6e2460e16138dff7.html

源碼分析

http://blog.csdn.net/u010278923/article/details/70173635

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