CoreDNS for kubernetes Service Discovery

一、CoreDNS简介

       Kubernetes包括用于服务发现的DNS服务器Kube-DNS。 该DNS服务器利用SkyDNS的库来为Kubernetes pod和服务提供DNS请求。SkyDNS2的作者，Miek Gieben，创建了一个新的DNS服务器，CoreDNS，它采用更模块化，可扩展的框架构建。 Infoblox已经与Miek合作，将此DNS服务器作为Kube-DNS的替代品。

      CoreDNS利用作为Web服务器Caddy的一部分而开发的服务器框架。该框架具有非常灵活，可扩展的模型，用于通过各种中间件组件传递请求。这些中间件组件根据请求提供不同的操作，例如记录，重定向，修改或维护。虽然它一开始作为Web服务器，但是Caddy并不是专门针对HTTP协议的，而是构建了一个基于CoreDNS的理想框架。

      在这种灵活的模型中添加对Kubernetes的支持，相当于创建了一个Kubernetes中间件。该中间件使用Kubernetes API来满足针对特定Kubernetes pod或服务的DNS请求。而且由于Kube-DNS作为Kubernetes的另一项服务，kubelet和Kube-DNS之间没有紧密的绑定。您只需要将DNS服务的IP地址和域名传递给kubelet，而Kubernetes并不关心谁在实际处理该IP请求。

二、CoreDNS支持的行为

1.0.0版本主要遵循Kube-DNS的当前行为。 CoreDNS的005及更高版本实现了完整的规范和更多功能。

• A记录（正常的Service分配了一个名为my-svc.my-namespace.svc.cluster.local的DNS A记录。 这解决了服务的集群IP）
• “headless”（没有集群IP）的Service也分配了一个名为my-svc.my-namespace.svc.cluster.local的DNS A记录。 与普通服务不同，这解决了Service选择了pods的一组IP。 客户预计将从这ip集合中消耗集合或使用标准循环选择。
• 针对名为正常或无头服务的端口创建的SRV记录，对于每个命名的端口，SRV记录的格式为_my-port-name._my-port-protocol.my-svc.my-namespace.svc.cluster.local。对于常规服务，这将解析为端口号和CNAME：my-svc.my-namespace.svc.cluster.local；对于无头服务，这解决了多个答案，一个用于支持服务的每个pod，并包含端口号还有格式为auto-generated-name.my-svc.my-namespace.svc.cluster.local 的pod的CNAME 。SRV记录包含它们中的“svc”段，对于省略“svc”段的旧式CNAME不支持。
• 作为Service一部分的endpoints的A记录（比如“pets”的记录）
• pod的Spec中描述的A记录
• 还有就是用来发现正在使用的DNS模式版本的TXT记录

      所有群集中不需要pod A记录支持，默认情况下禁用。 此外，CoreDNS对此用例的支持超出了在Kube-DNS中找到的标准行为。

     在Kube-DNS中，这些记录不反映集群的状态，例如，对w-x-y-z.namespace.pod.cluster.local的任何查询将返回带有w.x.y.z（ip）的A记录，即使该IP不属于指定的命名空间，甚至不属于集群地址空间。最初的想法是启用对* .namespace.pod.cluster.local这样的域使用通配符SSL证书。

    CoreDNS集成了提供pod验证的选项，验证返回的IP地址w.x.y.z实际上是指定命名空间中的pod的IP。他防止在命名空间中欺骗DNS名称。 然而，它确实会大大增加CoreDNS实例的内存占用，因为现在它需要观察所有的pod，而不仅仅是服务端点。

  

三、在kubernetes中部署coredns

1、下载coredns部署包：

https://github.com/coredns/deployment/tree/master/kubernetes

主要有几个文件：

      deploy.sh是一个便捷的脚本，用于生成用于在当前运行标准kube-dns的集群上运行CoreDNS的清单。使用coredns.yaml.sed文件作为模板，它创建一个ConfigMap和一个CoreDNS  deployment，然后更新 Kube-DNS service selector以使用CoreDNS deployment。 通过重新使用现有服务，服务请求不会中断。

    脚本不会删除kube-dns的deployment或replication controller - 您必须手动执行：

kubectl delete --namespace=kube-system deployment kube-dns

要使用它，只需将它们放在同一目录中，然后运行deploy.sh脚本，将其传递给您的服务CIDR（10.3.0.0/24）。 这将生成具有必要Corefile的ConfigMap。 它还将查找现有的kube-dns服务的集群IP。 

（注意：以上原始脚本只适用于当前kubernetes集群含有kube-dns的情况，如果没有需要修改下脚本）

#!/bin/bash

# Deploys CoreDNS to a cluster currently running Kube-DNS.

SERVICE_CIDR=$1
CLUSTER_DOMAIN=${2:-cluster.local}
YAML_TEMPLATE=${3:-`pwd`/coredns.yaml.sed}
YAML=${4:-`pwd`/coredns.yaml}

if [[ -z $SERVICE_CIDR ]]; then
        echo "Usage: $0 SERVICE-CIDR [ CLUSTER-DOMAIN ] [ YAML-TEMPLATE ] [ YAML ]"
        exit 1
fi

#CLUSTER_DNS_IP=$(kubectl get service --namespace kube-system kube-dns -o jsonpath="{.spec.clusterIP}")

CLUSTER_DNS_IP=10.3.0.10

sed -e s/CLUSTER_DNS_IP/$CLUSTER_DNS_IP/g -e s/CLUSTER_DOMAIN/$CLUSTER_DOMAIN/g -e s?SERVICE_CIDR?$SERVICE_CIDR?g $YAML_TEMPLATE

默认情况下CLUSTER_DNS_IP是自动获取kube-dns的集群ip的，但是由于没有部署kube-dns所以只能手动指定一个集群ip了。

coredns.yaml.sed的内容如下：

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: coredns
  namespace: kube-system
data:
  Corefile: |
    .:53 {
        errors
        log stdout
        health
        kubernetes CLUSTER_DOMAIN SERVICE_CIDR
        proxy . /etc/resolv.conf
        cache 30
    }
---
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: coredns
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: coredns
    kubernetes.io/cluster-service: "true"
    kubernetes.io/name: "CoreDNS"
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      k8s-app: coredns
  template:
    metadata:
      labels:
        k8s-app: coredns
      annotations:
        scheduler.alpha.kubernetes.io/critical-pod: ''
        scheduler.alpha.kubernetes.io/tolerations: '[{"key":"CriticalAddonsOnly", "operator":"Exists"}]'
    spec:
      containers:
      - name: coredns
        image: coredns/coredns:latest
        imagePullPolicy: Always
        args: [ "-conf", "/etc/coredns/Corefile" ]
        volumeMounts:
        - name: config-volume
          mountPath: /etc/coredns
        ports:
        - containerPort: 53
          name: dns
          protocol: UDP
        - containerPort: 53
          name: dns-tcp
          protocol: TCP
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /health
            port: 8080
            scheme: HTTP
          initialDelaySeconds: 60
          timeoutSeconds: 5
          successThreshold: 1
          failureThreshold: 5
      dnsPolicy: Default
      volumes:
        - name: config-volume
          configMap:
            name: coredns
            items:
            - key: Corefile
              path: Corefile
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: kube-dns
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: coredns
    kubernetes.io/cluster-service: "true"
    kubernetes.io/name: "CoreDNS"
spec:
  selector:
    k8s-app: coredns
  clusterIP: CLUSTER_DNS_IP
  ports:
  - name: dns
    port: 53
    protocol: UDP
  - name: dns-tcp
    port: 53
    protocol: TCP

 执行:

./deploy.sh 10.3.0.0/24 cluster.local

以上脚本执行后可以看到预览的效果：

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: coredns
  namespace: kube-system
data:
  Corefile: |
    .:53 {
        errors
        log stdout
        health
        kubernetes cluster.local 10.3.0.0/24
        proxy . /etc/resolv.conf
        cache 30
    }
---
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: coredns
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: coredns
    kubernetes.io/cluster-service: "true"
    kubernetes.io/name: "CoreDNS"
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      k8s-app: coredns
  template:
    metadata:
      labels:
        k8s-app: coredns
      annotations:
        scheduler.alpha.kubernetes.io/critical-pod: ''
        scheduler.alpha.kubernetes.io/tolerations: '[{"key":"CriticalAddonsOnly", "operator":"Exists"}]'
    spec:
      containers:
      - name: coredns
        image: coredns/coredns:latest
        imagePullPolicy: Always
        args: [ "-conf", "/etc/coredns/Corefile" ]
        volumeMounts:
        - name: config-volume
          mountPath: /etc/coredns
        ports:
        - containerPort: 53
          name: dns
          protocol: UDP
        - containerPort: 53
          name: dns-tcp
          protocol: TCP
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /health
            port: 8080
            scheme: HTTP
          initialDelaySeconds: 60
          timeoutSeconds: 5
          successThreshold: 1
          failureThreshold: 5
      dnsPolicy: Default
      volumes:
        - name: config-volume
          configMap:
            name: coredns
            items:
            - key: Corefile
              path: Corefile
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: kube-dns
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: coredns
    kubernetes.io/cluster-service: "true"
    kubernetes.io/name: "CoreDNS"
spec:
  selector:
    k8s-app: coredns
  clusterIP: 10.3.0.10
  ports:
  - name: dns
    port: 53
    protocol: UDP
  - name: dns-tcp
    port: 53
    protocol: TCP

仔细观察上面的Corefile部分,这是一个在端口53上运行CoreDNS并为Kubernetes提供cluster.local域的示例

    .:53 {
        errors
        log stdout
        health
        kubernetes cluster.local 10.3.0.0/24
        proxy . /etc/resolv.conf
        cache 30
    }

1）errors官方没有明确解释，后面研究

2）log stdout:日志中间件配置为将日志写入STDOUT

3）health:健康检查，提供了指定端口（默认为8080）上的HTTP端点，如果实例是健康的，则返回“OK”。

4）cluster.local：CoreDNS为kubernetes提供的域，10.3.0.0/24这告诉Kubernetes中间件它负责为反向区域提供PTR请求0.0.3.10.in-addr.arpa ..换句话说，这是允许反向DNS解析服务（我们经常使用到得DNS服务器里面有两个区域，即“正向查找区域”和“反向查找区域”，正向查找区域就是我们通常所说的域名解析，反向查找区域即是这里所说的IP反向解析，它的作用就是通过查询IP地址的PTR记录来得到该IP地址指向的域名，当然，要成功得到域名就必需要有该IP地址的PTR记录。PTR记录是邮件交换记录的一种，邮件交换记录中有A记录和PTR记录，A记录解析名字到地址，而PTR记录解析地址到名字。地址是指一个客户端的IP地址，名字是指一个客户的完全合格域名。通过对PTR记录的查询，达到反查的目的。）

5）proxy:这可以配置多个upstream 域名服务器，也可以用于延迟查找 /etc/resolv.conf 中定义的域名服务器

6）cache:这允许缓存两个响应结果，一个是肯定结果（即，查询返回一个结果）和否定结果（查询返回“没有这样的域”），具有单独的高速缓存大小和TTLs。

2、现在安装coredns到kubernetes中

[root@dev-master CoreDNS]# ./deploy.sh 10.3.0.0/24 cluster.local | kubectl apply -f -
configmap "coredns" created
deployment "coredns" created
service "kube-dns" created

[root@dev-master CoreDNS]# kubectl get pods --namespace=kube-system
NAME                                        READY     STATUS    RESTARTS   AGE
coredns-512496995-c1x9g                     1/1       Running   0          5m
default-http-backend-905355492-nrt1z        1/1       Running   0          23h
heapster-2450140206-dw408                   1/1       Running   2          23h
kube-apiserver-172.16.71.200                1/1       Running   3          7d
kube-controller-manager-172.16.71.200       1/1       Running   10         8d
kube-proxy-172.16.71.200                    1/1       Running   49         37d
kube-scheduler-172.16.71.200                1/1       Running   300        14d
kubernetes-dashboard-654048359-p73r9        1/1       Running   0          23h
monitoring-grafana-438219031-32btw          1/1       Running   1          5d
monitoring-influxdb-3584808869-s6sh1        1/1       Running   2          23h
nginx-ingress-controller-1644785683-9fxsp   1/1       Running   4          26d
nginx-ingress-controller-1644785683-mw7nx   1/1       Running   2          23h
tiller-deploy-411327518-q9zn3               1/1       Running   2          23h

[root@dev-master CoreDNS]# kubectl logs -f  coredns-512496995-c1x9g --namespace=kube-system
.:53
2017/09/13 02:36:31 [INFO] CoreDNS-011
2017/09/13 02:36:31 [INFO] linux/amd64, go1.9, 1b60688d
CoreDNS-011
linux/amd64, go1.9, 1b60688d

3、修改master节点和所有node节点的/etc/systemd/system/kube-kubelet.service，修改内容如红色所注，与上面的Corefile中的值对应。

[Unit]
Description=Kubernetes Kubelet Master
Documentation=https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes




[Service]
Environment=KUBELET_IMAGE_TAG=v1.6.2
ExecStartPre=/usr/bin/mkdir -p /var/log/containers
ExecStart=/opt/bin/kubelet 
  --api-servers=http://127.0.0.1:8080 
  --register-schedulable=false 
  --cni-conf-dir=/etc/kubernetes/cni/net.d 
  --container-runtime=docker 
  --allow-privileged=true 
  --pod-manifest-path=/etc/kubernetes/manifests 
  --hostname-override=172.16.71.200 
  --pod-infra-container-image=172.16.80.94/mir/pause-amd64:3.0 
  --v=3 
  --cluster-dns=10.3.0.10 
  --cluster-domain=cluster.local. 
  --resolv-conf=/etc/resolv.conf 
Restart=always
RestartSec=10

[Install]
WantedBy=multi-user.target

4、测试CoreDNS是否起作用

现在我们来创建一个nginx的pod和service，测试一下coredns是否起作用

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: 172.16.71.199/common/nginx:1.8.1
    ports:
    - containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx
spec:
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80
    protocol: TCP
  selector:
    app: nginx

[root@dev-master CoreDNS]# kubectl create -f nginx.yaml 
pod "nginx" created
service "nginx" created

[root@dev-master CoreDNS]# kubectl get pod
NAME                              READY     STATUS    RESTARTS   AGE
load-generator-1962471460-6v7lb   1/1       Running   3          22d
nginx                             1/1       Running   0          1m
php-apache-1106203038-w51jw       1/1       Running   3          22d

用curl测试，首先进入这个集群内的另一个pod（这个pod是在修改master节点和node节点的/etc/systemd/system/kube-kubelet.service之后创建的），在pod内部访问刚才创建的

nginx

[root@mir2-handler-deployment-3595565332-bqk3t /]# 
<5332-bqk3t /]# curl nginx.default.svc.cluster.local
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
<style>
    body {
         35em;
        margin: 0 auto;
        font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif;
    }
</style>
</head>
<body>
<h1>Welcome to nginx!</h1>
<p>If you see this page, the nginx web server is successfully installed and
working. Further configuration is required.</p>

<p>For online documentation and support please refer to
<a href="http://nginx.org/">nginx.org</a>.<br/>
Commercial support is available at
<a href="http://nginx.com/">nginx.com</a>.</p>

<p><em>Thank you for using nginx.</em></p>
</body>
</html>

实验证明用：my-svc.my-namespace.svc.cluster.local的方式可以访问服务。