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k8s服务发现之第四弹Service 与 Pod 的 DNS

2024-11-24 来源：个人技术集锦

Kubernetes 发布有关 Pod 和 Service 的信息，这些信息被用来对 DNS 进行编程。 Kubelet 配置 Pod 的 DNS，以便运行中的容器可以通过名称而不是 IP 来查找服务。

集群中定义的 Service 被赋予 DNS 名称。 默认情况下，客户端 Pod 的 DNS 搜索列表会包含 Pod 自身的名字空间和集群的默认域。

Service 的名字空间

DNS 查询可能因为执行查询的 Pod 所在的名字空间而返回不同的结果。 不指定名字空间的 DNS 查询会被限制在 Pod 所在的名字空间内。 要访问其他名字空间中的 Service，需要在 DNS 查询中指定名字空间。

例如，假定名字空间 test 中存在一个 Pod，prod 名字空间中存在一个服务 data。

Pod 查询 data 时没有返回结果，因为使用的是 Pod 的名字空间 test。

Pod 查询 data.prod 时则会返回预期的结果，因为查询中指定了名字空间。

DNS 查询可以使用 Pod 中的 /etc/resolv.conf 展开。 Kubelet 为每个 Pod 配置此文件。 例如，对 data 的查询可能被展开为 data.test.svc.cluster.local。 search 选项的取值会被用来展开查询。要进一步了解 DNS 查询，可参阅 。

nameserver 10.32.0.10
search <namespace>.svc.cluster.local svc.cluster.local cluster.local
options ndots:5

概括起来，名字空间 test 中的 Pod 可以成功地解析 data.prod 或者 data.prod.svc.cluster.local。

DNS 记录

哪些对象会获得 DNS 记录呢？

以下各节详细介绍已支持的 DNS 记录类型和布局。 其它布局、名称或者查询即使碰巧可以工作，也应视为实现细节， 将来很可能被更改而且不会因此发出警告。 有关最新规范请查看 。

Service

A/AAAA 记录

除了无头 Service 之外的 “普通” Service 会被赋予一个形如 my-svc.my-namespace.svc.cluster-domain.example 的 DNS A 和/或 AAAA 记录，取决于 Service 的 IP 协议族（可能有多个）设置。 该名称会解析成对应 Service 的集群 IP。

没有集群 IP 的 也会被赋予一个形如 my-svc.my-namespace.svc.cluster-domain.example 的 DNS A 和/或 AAAA 记录。 与普通 Service 不同，这一记录会被解析成对应 Service 所选择的 Pod IP 的集合。 客户端要能够使用这组 IP，或者使用标准的轮转策略从这组 IP 中进行选择

SRV 记录

Kubernetes 根据普通 Service 或无头 Service 中的命名端口创建 SRV 记录。每个命名端口， SRV 记录格式为 _port-name._port-protocol.my-svc.my-namespace.svc.cluster-domain.example。 普通 Service，该记录会被解析成端口号和域名：my-svc.my-namespace.svc.cluster-domain.example。 无头 Service，该记录会被解析成多个结果，及该服务的每个后端 Pod 各一个 SRV 记录， 其中包含 Pod 端口号和格式为 hostname.my-svc.my-namespace.svc.cluster-domain.example 的域名。

Pod

A/AAAA 记录

一般而言，Pod 会对应如下 DNS 名字解析：

pod-ip-address.my-namespace.pod.cluster-domain.example

172-17-0-3.default.pod.cluster.local

通过 Service 暴露出来的所有 Pod 都会有如下 DNS 解析名称可用：

pod-ip-address.service-name.my-namespace.svc.cluster-domain.example

Pod 的 hostname 和 subdomain 字段

当前，创建 Pod 时其主机名（从 Pod 内部观察）取自 Pod 的 metadata.name 值。

Pod 规约中包含一个可选的 hostname 字段，可以用来指定一个不同的主机名。 当这个字段被设置时，它将优先于 Pod 的名字成为该 Pod 的主机名（同样是从 Pod 内部观察）。 举个例子，给定一个 spec.hostname 设置为 “my-host” 的 Pod， 该 Pod 的主机名将被设置为 “my-host”。

Pod 规约还有一个可选的 subdomain 字段，可以用来表明该 Pod 是名字空间的子组的一部分。 举个例子，某 Pod 的 spec.hostname 设置为 “foo”，spec.subdomain 设置为 “bar”， 在名字空间 “my-namespace” 中，主机名称被设置成 “foo” 并且对应的完全限定域名（FQDN）为 “foo.bar.my-namespace.svc.cluster-domain.example”（还是从 Pod 内部观察）。

如果 Pod 所在的名字空间中存在一个无头服务，其名称与子域相同， 则集群的 DNS 服务器还会为 Pod 的完全限定主机名返回 A 和/或 AAAA 记录。

示例：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: busybox-subdomain
spec:
  selector:
    name: busybox
  clusterIP: None
  ports:
  - name: foo # 实际上不需要指定端口号
    port: 1234
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: busybox1
  labels:
    name: busybox
spec:
  hostname: busybox-1
  subdomain: busybox-subdomain
  containers:
  - image: busybox:1.28
    command:
      - sleep
      - "3600"
    name: busybox
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: busybox2
  labels:
    name: busybox
spec:
  hostname: busybox-2
  subdomain: busybox-subdomain
  containers:
  - image: busybox:1.28
    command:
      - sleep
      - "3600"
    name: busybox

Pod 的 setHostnameAsFQDN 字段

特性状态： Kubernetes v1.22 [stable]

当 Pod 配置为具有全限定域名 (FQDN) 时，其主机名是短主机名。 例如，如果你有一个具有完全限定域名 busybox-1.busybox-subdomain.my-namespace.svc.cluster-domain.example 的 Pod， 则默认情况下，该 Pod 内的 hostname 命令返回 busybox-1，而 hostname --fqdn 命令返回 FQDN。

当你在 Pod 规约中设置了 setHostnameAsFQDN: true 时，kubelet 会将 Pod 的全限定域名（FQDN）作为该 Pod 的主机名记录到 Pod 所在名字空间。 在这种情况下，hostname 和 hostname --fqdn 都会返回 Pod 的全限定域名。

说明：

在 Linux 中，内核的主机名字段（struct utsname 的 nodename 字段）限定最多 64 个字符。

如果 Pod 启用这一特性，而其 FQDN 超出 64 字符，Pod 的启动会失败。 Pod 会一直出于 Pending 状态（通过 kubectl 所看到的 ContainerCreating）， 并产生错误事件，例如 “Failed to construct FQDN from Pod hostname and cluster domain, FQDN long-FQDN is too long (64 characters is the max, 70 characters requested).” （无法基于 Pod 主机名和集群域名构造 FQDN，FQDN long-FQDN 过长，至多 64 个字符，请求字符数为 70）。 对于这种场景而言，改善用户体验的一种方式是创建一个 ， 在用户创建顶层对象（如 Deployment）的时候控制 FQDN 的长度。

Pod 的 DNS 策略

DNS 策略可以逐个 Pod 来设定。目前 Kubernetes 支持以下特定 Pod 的 DNS 策略。 这些策略可以在 Pod 规约中的 dnsPolicy 字段设置：

  • “Default”: Pod 从运行所在的节点继承名称解析配置。 参考获取更多信息。

  • “ClusterFirst”: 与配置的集群域后缀不匹配的任何 DNS 查询（例如 “www.kubernetes.io”） 都会由 DNS 服务器转发到上游名称服务器。集群管理员可能配置了额外的存根域和上游 DNS 服务器。 参阅 了解在这些场景中如何处理 DNS 查询的信息。

  • "

    ClusterFirstWithHostNet

    ": 对于以 hostNetwork 方式运行的 Pod，应将其 DNS 策略显式设置为 "

    ClusterFirstWithHostNet

    "。否则，以 hostNetwork 方式和

    "ClusterFirst"

    策略运行的 Pod 将会做出回退至

    "Default"

    策略的行为。

    • 注意：这在 Windows 上不支持。 有关详细信息，请参见。

  • “None”: 此设置允许 Pod 忽略 Kubernetes 环境中的 DNS 设置。Pod 会使用其 dnsConfig 字段所提供的 DNS 设置。 参见 节。

说明：

“Default” 不是默认的 DNS 策略。如果未明确指定 dnsPolicy，则使用 “ClusterFirst”。

下面的示例显示了一个 Pod，其 DNS 策略设置为 “ClusterFirstWithHostNet”， 因为它已将 hostNetwork 设置为 true。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: busybox
  namespace: default
spec:
  containers:
  - image: busybox:1.28
    command:
      - sleep
      - "3600"
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    name: busybox
  restartPolicy: Always
  hostNetwork: true
  dnsPolicy: ClusterFirstWithHostNet

Pod 的 DNS 配置

特性状态： Kubernetes v1.14 [stable]

Pod 的 DNS 配置可让用户对 Pod 的 DNS 设置进行更多控制。

dnsConfig 字段是可选的，它可以与任何 dnsPolicy 设置一起使用。 但是，当 Pod 的 dnsPolicy 设置为 “None” 时，必须指定 dnsConfig 字段。

用户可以在 dnsConfig 字段中指定以下属性：

  • nameservers：将用作于 Pod 的 DNS 服务器的 IP 地址列表。 最多可以指定 3 个 IP 地址。当 Pod 的 dnsPolicy 设置为 “None” 时， 列表必须至少包含一个 IP 地址，否则此属性是可选的。 所列出的服务器将合并到从指定的 DNS 策略生成的基本名称服务器，并删除重复的地址。
  • searches：用于在 Pod 中查找主机名的 DNS 搜索域的列表。此属性是可选的。 指定此属性时，所提供的列表将合并到根据所选 DNS 策略生成的基本搜索域名中。 重复的域名将被删除。Kubernetes 最多允许 6 个搜索域。
  • options：可选的对象列表，其中每个对象可能具有 name 属性（必需）和 value 属性（可选）。 此属性中的内容将合并到从指定的 DNS 策略生成的选项。 重复的条目将被删除。

以下是具有自定义 DNS 设置的 Pod 示例：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  namespace: default
  name: dns-example
spec:
  containers:
    - name: test
      image: nginx
  dnsPolicy: "None"
  dnsConfig:
    nameservers:
      - 192.0.2.1 # 这是一个示例
    searches:
      - ns1.svc.cluster-domain.example
      - my.dns.search.suffix
    options:
      - name: ndots
        value: "2"
      - name: edns0

创建上面的 Pod 后，容器 test 会在其 /etc/resolv.conf 文件中获取以下内容：

nameserver 192.0.2.1
search ns1.svc.cluster-domain.example my.dns.search.suffix
options ndots:2 edns0

对于 IPv6 设置，搜索路径和名称服务器应按以下方式设置：

kubectl exec -it dns-example -- cat /etc/resolv.conf

输出类似于：

nameserver 2001:db8:30::a
search default.svc.cluster-domain.example svc.cluster-domain.example cluster-domain.example
options ndots:5

DNS 搜索域列表限制

特性状态： Kubernetes 1.26 [beta]

Kubernetes 本身不限制 DNS 配置，最多可支持 32 个搜索域列表，所有搜索域的总长度不超过 2048。 此限制分别适用于节点的解析器配置文件、Pod 的 DNS 配置和合并的 DNS 配置。

说明：

早期版本的某些容器运行时可能对 DNS 搜索域的数量有自己的限制。 根据容器运行环境，那些具有大量 DNS 搜索域的 Pod 可能会卡在 Pending 状态。 众所周知 containerd v1.5.5 或更早版本和 CRI-O v1.21 或更早版本都有这个问题。

Windows 节点上的 DNS 解析

  • 在 Windows 节点上运行的 Pod 不支持 ClusterFirstWithHostNet。 Windows 将所有带有 . 的名称视为全限定域名（FQDN）并跳过全限定域名（FQDN）解析。
  • 在 Windows 上，可以使用的 DNS 解析器有很多。 由于这些解析器彼此之间会有轻微的行为差别，建议使用 powershell cmdlet 进行名称查询解析。
  • 在 Linux 上，有一个 DNS 后缀列表，当解析全名失败时可以使用。 在 Windows 上，你只能有一个 DNS 后缀， 即与该 Pod 的命名空间相关联的 DNS 后缀（例如：mydns.svc.cluster.local）。 Windows 可以解析全限定域名（FQDN），和使用了该 DNS 后缀的 Services 或者网络名称。 例如，在 default 命名空间中生成一个 Pod，该 Pod 会获得的 DNS 后缀为 default.svc.cluster.local。 在 Windows 的 Pod 中，你可以解析 kubernetes.default.svc.cluster.local 和 kubernetes， 但是不能解析部分限定名称（kubernetes.default 和 kubernetes.default.svc）。
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