k8s集群配置NodeLocal DNSCache

一、简介

当集群规模较大时，运行的服务非常多，服务之间的频繁进行大量域名解析，CoreDNS将会承受更大的压力，可能会导致如下影响：
延迟增加：有限的coredns服务在解析大量的域名时，会导致解析结果返回慢。
业务访问异常：集群内的服务基本都是通过域名进行访问，coredns在解析压力大时会存在慢或者丢包的情况，导致服务之间解析异常。

二、原理架构
NodeLocal DNSCache 通过在集群节点上作为 DaemonSet 运行 DNS 缓存代理来提高集群 DNS 性能。在当今的体系结构中，运行在 ‘ClusterFirst’ DNS 模式下的 Pod 可以连接到 kube-dns serviceIP 进行 DNS 查询。通过 kube-proxy 添加的 iptables 规则将其转换为 kube-dns/CoreDNS 端点。而借助新架构，Pod 将可以访问在同一节点上运行的 DNS 缓存代理，从而避免 iptables DNAT 规则和连接跟踪。本地缓存代理将查询 kube-dns 服务以获取集群主机名的缓存缺失（默认为 “cluster.local” 后缀）

启用 NodeLocal DNSCache 之后，DNS 查询所遵循的路径如下，流程图取自官网：
在这里插入图片描述

三、与coredns对比
1、使用当前的 DNS 体系结构，如果没有本地 kube-dns/CoreDNS 实例，则具有最高
DNS QPS 的 Pod 可能必须延伸到另一个节点。在这种场景下，拥有本地缓存将有助于改善延迟。
2、跳过 iptables DNAT 和连接跟踪将有助于减少 conntrack 竞争并避免 UDP DNS 条目填满 conntrack 表。
3、从本地缓存代理到 kube-dns 服务的连接可以升级为 TCP。 TCP conntrack 条目将在连接关闭时被删除，相反 UDP 条目必须超时（默认 nf_conntrack_udp_timeout 是 30 秒）。
4、将 DNS 查询从 UDP 升级到 TCP 将减少由于被丢弃的 UDP 包和 DNS 超时而带来的尾部等待时间；这类延时通常长达 30 秒（3 次重试 + 10 秒超时）。由于 nodelocal 缓存监听 UDP DNS 查询，应用不需要变更。
5、在节点级别对 DNS 请求的度量和可见性。
6、可以重新启用负缓存，从而减少对 kube-dns 服务的查询数量。
四、NodeLocal DNSCache部署
1）修改kubelet.config文件，添加NodeLocal DNS的本地侦听IP。本文使用的地址为：169.254.20.10。

kind: KubeletConfiguration
apiVersion: kubelet.config.k8s.io/v1beta1
address: 0.0.0.0
port: 10250
cgroupDriver: systemd
clusterDNS: [“169.254.20.10”,“169.169.0.100”]
clusterDomain: cluster.local
failSwapOn: false
allow-privileged: true
tlsCipherSuites: [“TLS_ECDHE_ECDSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256”,“TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256”,“TLS_ECDHE_ECDSA_WITH_CHACHA20_POLY1305”,“TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_256_GCM_SHA384”,“TLS_ECDHE_R
SA_WITH_CHACHA20_POLY1305”,“TLS_ECDHE_ECDSA_WITH_AES_256_GCM_SHA384”,“TLS_RSA_WITH_AES_256_GCM_SHA384”,“TLS_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256”]authentication:
anonymous:
enabled: false
x509:
clientCAFile: /etc/kubernetes/ssl/ca.crt

2）部署NodeLocal DNS的yaml如下:

apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
name: node-local-dns
namespace: kube-system
labels:
kubernetes.io/cluster-service: “true”
addonmanager.kubernetes.io/mode: Reconcile
—
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: kube-dns-upstream
namespace: kube-system
labels:
k8s-app: kube-dns
kubernetes.io/cluster-service: “true”
addonmanager.kubernetes.io/mode: Reconcile
kubernetes.io/name: “KubeDNSUpstream”
spec:
ports:

– name: dns
port: 53
protocol: UDP
targetPort: 53

name: dns-tcp
port: 53
protocol: TCP
targetPort: 53
selector:
k8s-app: kube-dns
–
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
name: node-local-dns
namespace: kube-system
labels:
addonmanager.kubernetes.io/mode: Reconcile
data:
Corefile: |
cluster.local:53 {
errors
cache {
success 9984 30
denial 9984 5
}
reload
loop
bind 169.254.20.10 #NodeLocal DNS的本地侦听IP。
forward . 169.169.0.100 { #转发到coredns地址
force_tcp #转发协议
}
prometheus :9253
health 169.254.20.10:8080
}
in-addr.arpa:53 {
errors
cache 30
reload
loop
bind 169.254.20.10
forward . 169.169.0.100 {
force_tcp
}
prometheus :9253
}
ip6.arpa:53 {
errors
cache 30
reload
loop
bind 169.254.20.10
forward . PILLAR__CLUSTER__DNS {
force_tcp
}
prometheus :9253
}
.:53 {
errors
cache 30
reload
loop
bind 169.254.20.10
forward . 169.169.0.100
prometheus :9253
}
–
apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
name: node-local-dns
namespace: kube-system
labels:
k8s-app: node-local-dns
kubernetes.io/cluster-service: “true”
addonmanager.kubernetes.io/mode: Reconcile
spec:
updateStrategy:
rollingUpdate:
maxUnavailable: 10%
selector:
matchLabels:
k8s-app: node-local-dns
template:
metadata:
labels:
k8s-app: node-local-dns
annotations:
prometheus.io/port: “9253”
prometheus.io/scrape: “true”
spec:
priorityClassName: system-node-critical
serviceAccountName: node-local-dns
hostNetwork: true
dnsPolicy: Default # Don’t use cluster DNS.
tolerations:
- key: “CriticalAddonsOnly”
operator: “Exists”
- effect: “NoExecute”
operator: “Exists”
- effect: “NoSchedule”
operator: “Exists”
containers:
- name: node-cache
image: 127.0.0.1:1120/panji_microservice/k8s-dns-node-cache:1.22.9
resources:
limits: #根据自己环境设置合适的资源限制
cpu: 50m
memory: 50Mi
requests:
cpu: 25m
memory: 5Mi
args: [ “-localip”, “169.254.20.10”, “-conf”, “/etc/Corefile”, “-upstreamsvc”, “kube-dns-upstream” ]
securityContext:
capabilities:
add:
- NET_ADMIN
ports:
- containerPort: 53
name: dns
protocol: UDP
- containerPort: 53
name: dns-tcp
protocol: TCP
- containerPort: 9253
name: metrics
protocol: TCP
livenessProbe:
httpGet:
host: 169.254.20.10
path: /health
port: 8080
initialDelaySeconds: 60
timeoutSeconds: 5
volumeMounts:
- mountPath: /run/xtables.lock
name: xtables-lock
readOnly: false
- name: config-volume
mountPath: /etc/coredns
- name: kube-dns-config
mountPath: /etc/kube-dns
volumes:
- name: xtables-lock
hostPath:
path: /run/xtables.lock
type: FileOrCreate
- name: kube-dns-config
configMap:
name: kube-dns
optional: true
- name: config-volume
configMap:
name: node-local-dns
items:
- key: Corefile
path: Corefile.base
–
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
annotations:
prometheus.io/port: “9253”
prometheus.io/scrape: “true”
labels:
k8s-app: node-local-dns
name: node-local-dns
namespace: kube-system
spec:
clusterIP: None
ports:
- name: metrics
port: 9253
targetPort: 9253
selector:
k8s-app: node-local-dns

**注：**1、以上配置文件中 169.169.0.100 为k8s集群中得coredns的svc地址。
169.254.20.10为本地NodeLocal dns 监听服务地址。
2、NodeLocal dns会使用主机网络监听8080端口到宿主机，防止和业务服务端口冲突。

3）NodeLocal DNS在kube-proxy不同模式下的配置

一、kube-proxy 运行在 IPTABLES 模式：
可以在kubelet的kubelet.config配置文件中添加NodeLocal dns的本地地址即可。

二、 kube-proxy 运行在 IPVS 模式：
node-local-dns Pod 会设置 PILLAR__UPSTREAM__SERVERS。
在此模式下，node-local-dns Pod 只会侦听的地址。 node-local-dns 接口不能绑定 kube-dns 的集群 IP 地址，因为 IPVS 负载均衡使用的接口已经占用了该地址。
如果 kube-proxy 运行在 IPVS 模式，需要修改 kubelet 的 --cluster-dns 参数
NodeLocal DNSCache 正在侦听的地址。

五、部署结果
部署node-local-dns服务。
在这里插入图片描述