如何在K8s中配置和使用DNS服务？

k8s DNS详细内容

Kubernetes（K8s）是一个开源的容器编排平台，用于自动化部署、扩展和管理容器化应用，在Kubernetes集群中，DNS（域名系统）扮演着至关重要的角色，它使得Pod可以通过服务名称进行互相通信，而不需要直接使用IP地址，本文将详细介绍Kubernetes中的DNS机制，包括其概念、类型、工作原理以及常见问题的解决方案。

一、DNS基础介绍

1 什么是DNS？

DNS（Domain Name System，域名系统）是互联网上用于域名解析的分布式数据库系统，它将易于记忆的域名转换为机器可读的IP地址，从而使得用户可以通过域名访问互联网资源。

2 DNS工作原理

DNS的工作原理可以分为以下几个步骤：

域名解析请求：当用户在浏览器中输入一个域名时，浏览器会向本地DNS服务器发送一个域名解析请求。

本地DNS服务器查询：本地DNS服务器会首先查询自己的缓存，如果没有找到对应的IP地址，则向根域名服务器发送查询请求。

根域名服务器响应：根域名服务器返回给本地DNS服务器一个下一级域名服务器的IP地址。

顶级域名服务器查询：本地DNS服务器向下一级域名服务器发送查询请求。

权威域名服务器响应：权威域名服务器返回该域名对应的IP地址。

本地DNS服务器缓存：本地DNS服务器将该域名和IP地址的映射关系存储在缓存中，以便下次查询时可以直接返回结果。

1.3 example.com域名解析示例

当用户输入example.com时，DNS解析过程如下：

本地DNS服务器查询缓存，未命中。

向根域名服务器发送请求，根域名服务器返回.com顶级域名服务器的IP地址。

向.com顶级域名服务器发送请求，.com顶级域名服务器返回example.com权威域名服务器的IP地址。

向example.com权威域名服务器发送请求，权威域名服务器返回具体的IP地址。

本地DNS服务器将结果返回给浏览器，浏览器通过该IP地址访问网站。

二、Kubernetes中的DNS

1 DNS类型

在Kubernetes中，有两种常见的DNS服务器：kubedns和CoreDNS，它们都是集群中的默认DNS服务器，用于为Pod和Service提供域名解析服务。

2.1.1 kubedns

kubedns是Kubernetes集群中最早的DNS解决方案，由三个组件组成：

kubedns：接收DNS请求并将请求转发到etcd中存储的DNS记录。

etcd：存储DNS记录。

dnsmasq：轻量级DNS服务器，负责解析DNS请求并返回相应的IP地址。

2.1.2 CoreDNS

CoreDNS是kubedns的替代品，从Kubernetes 1.11版本开始成为默认的DNS解决方案，CoreDNS由Go语言实现，具有高性能、插件式、易于扩展的特点，与kubedns相比，CoreDNS具有更好的可扩展性和灵活性。

2 CoreDNS的工作原理

CoreDNS的工作原理可以分为以下几个步骤：

监听：CoreDNS监听Kubernetes集群中的DNS服务IP地址和端口（通常是10.96.0.10:53）。

转发：接收到DNS请求后，CoreDNS会检查请求中的域名是否以.cluster.local如果是，则将请求转发给Kubernetes集群内部的Service或Pod。

判断：如果请求中的域名是一个Service的DNS名称，CoreDNS会查找该Service的所有后端Pod的IP地址，并返回其中一个IP地址。

Pod判断：如果请求中的域名是一个Pod的DNS名称，CoreDNS会直接返回该Pod的IP地址。

上游判断：如果请求的域名不是以.cluster.localCoreDNS会将请求转发给上游DNS服务器进行解析。

3 CoreDNS的配置修改

在Kubernetes中，可以通过修改kubelet的启动参数来选择使用哪种类型的DNS服务，默认情况下，Kubernetes使用Cluster DNS，要使用CoreDNS，需要在kubelet的启动参数中设置clusterdns选项。

clusterdns=10.96.0.10 clusterdomain=cluster.local

这将使用IP地址为10.96.0.10的CoreDNS服务，并将集群域设置为cluster.local。

三、DNS在Kubernetes中的应用

1 服务发现机制

在Kubernetes中，Pod需要能够通过服务名访问其他Pod提供的服务，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，CoreDNS提供了这一功能，使得Pod可以通过DNS名称轻松访问其他Pod和服务。

2 配置CoreDNS服务

部署CoreDNS服务时需要创建三个资源对象：ConfigMap、Deployment和Service，以下是一个简单的示例：

3.2.1 ConfigMap

ConfigMap定义了CoreDNS的主配置文件Corefile

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: coredns
  namespace: kubesystem
data:
  Corefile: |
    .:53 {
        errors
        health {
         lameduck 5s
        }
        ready
        kubernetes cluster.local inaddr.arpa ip6.arpa {
         pods insecure
         fallthrough inaddr.arpa ip6.arpa
         ttl 30
        }
        prometheus :9153
        forward . /etc/resolv.conf {
         max_concurrent 1000
        }
        cache 30
        loop
        reload
        loadbalance
    }

3.2.2 Deployment

Deployment定义了CoreDNS容器应用的内容：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: coredns
  namespace: kubesystem
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      k8sapp: kubernetesdns
  template:
    metadata:
      labels:
        k8sapp: kubernetesdns
    spec:
      containers:
      name: coredns
        image: k8s.gcr.io/coredns:1.8.0
        volumeMounts:
        name: configvolume
          mountPath: /etc/coredns
          subPath: Corefile
      volumes:
      name: configvolume
        configMap:
          name: coredns

3.2.3 Service

Service定义了CoreDNS服务的ClusterIP地址：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: kubedns
  namespace: kubesystem
spec:
  selector:
    k8sapp: kubernetesdns
  clusterIP: 10.96.0.10
  ports:
    protocol: UDP
      port: 53
      targetPort: 53

3 测试DNS是否正常工作

可以使用带有nslookup工具的Pod来验证DNS是否正常工作，创建一个名为dnsutils的Pod：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: dnsutils
  namespace: default
spec:
  containers:
  name: dnsutils
    image: e2eteam/jessiednsutils:1.0
    command:
      sleep
      "infinity"
    imagePullPolicy: IfNotPresent

然后通过以下命令测试DNS解析：

kubectl exec i t dnsutils nslookup myservice.mynamespace.svc.cluster.local

如果DNS配置正确，应该能够解析出对应的IP地址。

四、常见问题与解答栏目

问题1：为什么需要自定义DNS？

回答：在某些复杂的应用场景中，如NFV（Network Function Virtualization），应用可能需要更个性化的DNS配置，某些应用可能需要使用外部的DNS服务器而不是集群内的DNS服务器，或者需要特定的DNS搜索域和选项，通过自定义DNS配置，可以满足这些特殊需求。

问题2：如何在Kubernetes中自定义Pod的DNS设置？

回答：Kubernetes提供了dnsPolicy和dnsConfig两个字段来控制Pod的DNS设置。dnsPolicy决定了Pod的DNS策略，有四个可选值：Default、ClusterFirst、ClusterFirstWithHostNet和None。dnsConfig允许用户自定义Pod的DNS参数，如nameservers、searches和options，通过这两个字段的组合，可以实现对Pod DNS设置的灵活控制，以下是一个自定义Pod DNS设置的示例：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: customdnspod
  namespace: default
spec:
  containers:
  name: mycontainer
    image: myimage
  dnsPolicy: None
  dnsConfig:
    nameservers:
      1.2.3.4
    searches:
      ns1.svc.cluster.local my.dns.search.suffix
    options:
      name: ndots:2
      name: edns0

在这个示例中，Pod将使用自定义的DNS服务器1.2.3.4，并添加额外的搜索域ns1.svc.cluster.local和my.dns.search.suffix，同时设置了DNS选项ndots:2和edns0。