Kubernetes 内部 DNS 解析机制与故障排除

好的，各位观众老爷，欢迎来到今天的“Kubernetes 内部 DNS 探秘奇旅”！我是你们的老朋友，代码界的段子手，Bug 界的清道夫，今天咱们不谈风花雪月，只聊 Kubernetes 里那些“看不见摸不着”的 DNS 精灵们。

准备好了吗？系好安全带，咱们要发车了！💨

第一幕：DNS，Kubernetes 的“指路明灯”

想象一下，你来到了一个陌生的城市，没有导航，没有地图，怎么办？寸步难行啊！Kubernetes 里的 Pods 也一样，它们需要彼此交流，需要找到对方，没有“指路明灯”，那还不得迷路到天涯海角？

这个“指路明灯”就是 DNS (Domain Name System)。DNS 就像一个电话簿，把人类可读的域名（例如：my-service.my-namespace.svc.cluster.local）转换成计算机可读的 IP 地址（例如：10.0.0.1）。

在 Kubernetes 里，DNS 的作用可大了：

• 服务发现： 找到 Service 对应的 Pods。
• 内部通信： Pods 之间互相通信。
• 外部访问： 允许外部世界访问 Kubernetes 集群内部的服务。

没有 DNS，Kubernetes 就成了一座孤岛，Pods 们就像一个个走丢的孩子，哭都没地方哭。😭

第二幕：kube-dns/CoreDNS，谁是幕后英雄？

Kubernetes 默认使用 kube-dns 或者 CoreDNS 作为集群内部的 DNS 服务。这两个家伙，都是 DNS 服务器界的扛把子。

• kube-dns： Kubernetes 的老朋友，历史悠久，经验丰富。它由三个容器组成：kube-dns, dnsmasq, 和 sidecar。
• CoreDNS： Kubernetes 的新欢，性能更强，配置更灵活，是官方推荐的替代方案。它是一个单一的可执行文件，配置简单，扩展性强。

你可以把 kube-dns 想象成一位经验丰富的老管家，事无巨细，面面俱到；而 CoreDNS 则是一位年轻有为的创业者，充满活力，勇于创新。

那么，它们是如何工作的呢？让我们来揭秘一下：

1. Pod 发起 DNS 查询： 当 Pod 需要解析域名时，它会向 /etc/resolv.conf 中配置的 DNS 服务器发起查询请求。
2. kube-dns/CoreDNS 接收请求： kube-dns/CoreDNS 接收到请求后，会根据配置的规则进行解析。
3. 查询 Kubernetes API Server： 如果域名是 Kubernetes 内部的 Service 或 Pod，kube-dns/CoreDNS 会查询 Kubernetes API Server，获取对应的 IP 地址。
4. 返回 IP 地址： kube-dns/CoreDNS 将解析到的 IP 地址返回给 Pod。

整个过程，就像快递员根据地址找到收件人一样，只不过快递员是 kube-dns/CoreDNS，收件人是 Pod，地址是域名，快递是 IP 地址。 🚚

第三幕：DNS 记录类型，你的 Kubernetes “户口本”

Kubernetes 使用不同的 DNS 记录类型来管理集群内部的域名和 IP 地址。这些记录类型，就像你的“户口本”，记录着你的姓名、性别、籍贯、住址等等信息。

记录类型	描述	示例
A	将域名映射到 IPv4 地址。	my-service.my-namespace.svc.cluster.local. 30 IN A 10.0.0.1
AAAA	将域名映射到 IPv6 地址。	my-service.my-namespace.svc.cluster.local. 30 IN AAAA 2001:db8::1
SRV	用于服务发现，指定服务的端口号和目标主机。	_http._tcp.my-service.my-namespace.svc.cluster.local. 30 IN SRV 10 50 8080 my-pod-1.my-namespace.pod.cluster.local. (优先级10，权重50，端口8080，目标主机my-pod-1)
PTR	将 IP 地址映射到域名，用于反向 DNS 查询。	1.0.0.10.in-addr.arpa. 30 IN PTR my-service.my-namespace.svc.cluster.local.
CNAME	将一个域名指向另一个域名，创建别名。	www.example.com. 30 IN CNAME example.com.
NS	指定域名的权威 DNS 服务器。	cluster.local. 30 IN NS kube-dns.kube-system.svc.cluster.local.
SOA	指定域名的起始授权机构 (Start of Authority)，包含域名的基本信息，例如管理员邮箱、序列号、刷新时间等。	略（SOA 记录比较复杂，一般不需要手动配置）

其中，最常用的就是 A 记录和 SRV 记录。A 记录用于将 Service 的域名映射到 Service 的 Cluster IP，SRV 记录用于服务发现，找到 Service 对应的 Pods。

第四幕：域名解析规则，Kubernetes 的“寻址之道”

Kubernetes 定义了一套域名解析规则，让 Pods 可以通过简单的域名找到彼此。这些规则，就像 Kubernetes 的“寻址之道”，告诉 Pods 如何在集群内部“找到回家的路”。

• Service 域名： my-service.my-namespace.svc.cluster.local

  • my-service: Service 的名称。
  • my-namespace: Service 所在的 Namespace。
  • svc: Service 的类型（固定为 svc）。
  • cluster.local: 集群的域名后缀。

• Pod 域名： my-pod.my-namespace.pod.cluster.local

  • my-pod: Pod 的名称。
  • my-namespace: Pod 所在的 Namespace。
  • pod: Pod 的类型（固定为 pod）。
  • cluster.local: 集群的域名后缀。

• Headless Service 域名： 如果 Service 是 Headless Service（没有 Cluster IP），那么 Kubernetes 会为每个 Pod 创建一个 DNS A 记录，直接将 Pod 的域名映射到 Pod 的 IP 地址。

这些域名解析规则，就像一个个路标，指引着 Pods 在 Kubernetes 的迷宫里穿梭。 🗺️

第五幕：DNS 故障排除，做一个 Kubernetes “侦探”

DNS 虽然强大，但也难免会遇到问题。当 DNS 出现故障时，Pods 就无法解析域名，无法找到彼此，整个集群都会陷入混乱。

这时候，你就需要化身 Kubernetes “侦探”，找出 DNS 问题的真相。🕵️

1. 检查 DNS 服务状态：

首先，要确保 kube-dns/CoreDNS 正常运行。你可以通过以下命令检查：

kubectl get pods -n kube-system -l k8s-app=kube-dns
kubectl get pods -n kube-system -l k8s-app=coredns

如果 Pods 的状态不是 Running，或者重启次数过多，那就说明 DNS 服务可能存在问题。

2. 检查 DNS 配置：

其次，要检查 Pod 的 DNS 配置是否正确。你可以通过以下命令查看 Pod 的 /etc/resolv.conf 文件：

kubectl exec -it <pod-name> -n <namespace> -- cat /etc/resolv.conf

/etc/resolv.conf 文件应该包含以下内容：

nameserver <kube-dns/CoreDNS 的 IP 地址>
search <namespace>.svc.cluster.local svc.cluster.local cluster.local
options ndots:5

如果 nameserver 地址不正确，或者 search 域名缺失，那就说明 Pod 的 DNS 配置有问题。

3. 使用 nslookup 或 dig 命令测试 DNS 解析：

你可以使用 nslookup 或 dig 命令来测试 DNS 解析是否正常。这两个命令就像你的“听诊器”，可以让你听到 DNS 服务器的“心跳”。

kubectl exec -it <pod-name> -n <namespace> -- nslookup <domain-name>
kubectl exec -it <pod-name> -n <namespace> -- dig <domain-name>

如果解析失败，那就说明 DNS 服务器无法解析该域名。

4. 检查 Kubernetes Service 和 Endpoint：

如果 DNS 解析失败，还要检查 Kubernetes Service 和 Endpoint 是否配置正确。你可以通过以下命令查看：

kubectl get svc -n <namespace> <service-name> -o yaml
kubectl get endpoints -n <namespace> <service-name> -o yaml

如果 Service 没有 Cluster IP，或者 Endpoint 没有对应的 Pod IP 地址，那就说明 Service 或 Endpoint 配置有问题。

5. 检查 CoreDNS 的配置 (如果使用 CoreDNS)：

如果使用 CoreDNS，还需要检查 CoreDNS 的配置文件 Corefile。你可以通过以下命令查看：

kubectl get configmap -n kube-system coredns -o yaml

Corefile 包含了 CoreDNS 的所有配置，例如插件、域名解析规则等。如果 Corefile 配置错误，可能会导致 DNS 解析失败。

常见 DNS 故障及解决方法：

故障	原因	解决方法
无法解析 Kubernetes Service 域名	kube-dns/CoreDNS 服务异常；Pod 的 DNS 配置错误；Service 或 Endpoint 配置错误；CoreDNS 配置错误。	1. 检查 kube-dns/CoreDNS 服务状态，确保 Pods 正常运行。 2. 检查 Pod 的 /etc/resolv.conf 文件，确保 DNS 配置正确。 3. 检查 Kubernetes Service 和 Endpoint 配置，确保 Cluster IP 和 Pod IP 地址正确。 4. 检查 CoreDNS 的 Corefile 配置文件，确保域名解析规则正确。 5. 重启 kube-dns/CoreDNS 服务。
无法解析外部域名	网络连接问题；DNS 转发配置错误。	1. 检查 Pod 的网络连接，确保可以访问外部网络。 2. 检查 CoreDNS 的 Corefile 配置文件，确保 DNS 转发配置正确（例如使用 forward . /etc/resolv.conf 插件将外部域名转发到宿主机的 DNS 服务器）。
DNS 解析延迟	DNS 服务器负载过高；网络延迟。	1. 增加 kube-dns/CoreDNS 服务的副本数，提高 DNS 服务器的性能。 2. 优化网络配置，减少网络延迟。 3. 使用 DNS 缓存，减少 DNS 查询次数。
Pod 无法获取 DNS 配置 (例如 /etc/resolv.conf)	kubelet 配置错误；网络插件问题。	1. 检查 kubelet 的配置，确保 --resolv-conf 参数指向正确的 /etc/resolv.conf 文件。 2. 检查网络插件的配置，确保网络插件可以正确地配置 Pod 的 DNS。 3. 重启 kubelet 服务。

第六幕：DNS 优化，让你的 Kubernetes “飞起来”

DNS 优化，可以提高 Kubernetes 集群的性能和稳定性，让你的 Kubernetes “飞起来”。🚀

• 使用 CoreDNS： CoreDNS 性能更强，配置更灵活，是官方推荐的替代方案。
• 增加 DNS 副本数： 增加 kube-dns/CoreDNS 服务的副本数，提高 DNS 服务器的性能。
• 使用 DNS 缓存： 使用 DNS 缓存，减少 DNS 查询次数，提高 DNS 解析速度。
• 优化 DNS 转发： 优化 DNS 转发配置，减少 DNS 查询延迟。
• 监控 DNS 性能： 监控 DNS 服务器的性能指标，及时发现和解决问题。

第七幕：总结，DNS，Kubernetes 的“生命线”

DNS 是 Kubernetes 的“生命线”，它连接着集群内部的各个组件，保证了服务的正常运行。理解 Kubernetes 内部 DNS 解析机制，掌握 DNS 故障排除技巧，是成为 Kubernetes 高手的必备技能。

希望今天的“Kubernetes 内部 DNS 探秘奇旅”能帮助你更好地理解 Kubernetes 的 DNS 世界。记住，DNS 不仅仅是一个技术概念，更是一个连接 Kubernetes 世界的桥梁。

感谢各位的观看，我们下期再见！ 👋