Kubernetes(k8s)如何使用kube-dns實現服務發現

大綱：

• Kubernetes中如何發現 服務

• 如何發現Pod提供的服務
• 如何使用Service發現服務
• 如何使用kube-dns發現服務

• kube-dns原理

• 組成
• 域名格式
• 配置

注：本次分享內容基於Kubernetes 1.2版本！

下面從一個簡單的例子開始講解。

1、Kubernetes中如何發現服務

◆ 發現Pod提供的服務

首先使用nginx-deployment.yaml檔案建立一個Nginx Deployment，檔案內容如圖所示：

首先建立兩個執行Nginx服務的Pod：

使用kubectl create -f nginx-deployment.yaml指令建立，這樣便可以得到兩個執行nginx服務的Pod。待Pod執行之後檢視一下它們的IP，並在k8s叢集內通過podIP和containerPort來訪問Nginx服務：

獲取Pod IP：

在叢集內訪問Nginx服務：

看到這裡相信很多人會有以下疑問：

1. 每次收到獲取podIP太扯了，總不能每次都要手動改程式或者配置才能訪問服務吧，要怎麼提前知道podIP呢？
2. Pod在執行中可能會重建，IP變了怎麼解？
3. 如何在多個Pod中實現負載均衡嘞？

這些問題使用k8s Service就可以解決。

◆ 使用Service發現服務

下面為兩個Nginx Pod建立一個Service。使用nginx-service.yaml檔案進行建立，檔案內容如下：

建立之後，仍需要獲取Service的Cluster-IP，再結合Port訪問Nginx服務。

Service可以將pod IP封裝起來，即使Pod發生重建，依然可以通過Service來訪問Pod提供的服務。此外，Service還解決了負載均衡的問題，大家可以多訪問幾次Service，然後通過kubectl logs <Pod Name>來檢視兩個Nginx Pod的訪問日誌來確認。

獲取IP：

在叢集內訪問Service：

雖然Service解決了Pod的服務發現和負載均衡問題，但存在著類似的問題：不提前知道Service的IP，還是需要改程式或配置啊。看到這裡有沒有感覺身體被掏空？

接下來聊聊kube-dns是如何解決上面這個問題的。

◆ 使用kube-dns發現服務

kube-dns可以解決Service的發現問題，k8s將Service的名稱當做域名註冊到kube-dns中，通過Service的名稱就可以訪問其提供的服務。

可能有人會問如果叢集中沒有部署kube-dns怎麼辦？沒關係，實際上kube-dns外掛只是執行在kube-system名稱空間下的Pod，完全可以手動建立它。可以在k8s原始碼（v1.2）的cluster/addons/dns目錄下找到兩個模板（skydns-rc.yaml.in和skydns-svc.yaml.in）來建立，為大家準備的完整示例檔案會在分享結束後提供獲取方式，PPT中只擷取了部分內容。

通過skydns-rc.yaml檔案建立kube-dns Pod，其中包含了四個containers，這裡開始簡單過一下檔案的主要部分，稍後做詳細介紹。

第一部分可以看到kube-dns使用了RC來管理Pod，可以提供最基本的故障重啟功能。

建立kube-dns Pod，其中包含了4個containers

接下來是第一個容器 etcd ，它的用途是儲存DNS規則。

第二個容器 kube2sky ，作用是寫入DNS規則。

第三個容器是 skydns ，提供DNS解析服務。

最後一個容器是 healthz ，提供健康檢查功能。

有了Pod之後，還需要建立一個Service以便叢集中的其他Pod訪問DNS查詢服務。通過skydns-svc.yaml建立Service，內容如下：

建立完kube-dns Pod和Service，並且Pod執行後，便可以訪問kube-dns服務。

下面建立一個Pod，並在該Pod中訪問Nginx服務：

建立之後等待kube-dns處於執行狀態

再新建一個Pod，通過其訪問Nginx服務

在curl-util Pod中通過Service名稱訪問my-nginx Service：

只要知道需要的服務名稱就可以訪問，使用kube-dns發現服務就是那麼簡單。

雖然領略了使用kube-dns發現服務的便利性，但相信有很多人也是一頭霧水：kube-dns到底怎麼工作的？在叢集中啟用了kube-dns外掛，怎麼就能通過名稱訪問Service了呢？

2、kube-dns原理

◆ Kube-dns組成

之前已經瞭解到kube-dns是由四個容器組成的，它們扮演的角色可以通過下面這張圖來理解。

其中：

• SkyDNS是用於服務發現的開源框架，構建於etcd之上。作用是為kubernetes叢集中的Pod提供DNS查詢介面。專案託管於https://github.com/skynetservices/skydns

• etcd是一種開源的分散式key-value儲存，其功能與ZooKeeper類似。在kube-dns中的作用為儲存SkyDNS需要的各種資料，寫入方為kube2sky，讀取方為SkyDNS。專案託管於https://github.com/coreos/etcd。

• kube2sky是k8s實現的一個適配程式，它通過名為kubernetes的Service（通過kubectl get svc可以檢視到該Service，由叢集自動建立）呼叫k8s的list和watch API來監聽k8s Service資源的變更，從而修改etcd中的SkyDNS記錄。程式碼可以在k8s原始碼（v1.2）的cluster/addons/dns/kube2sky/目錄中找到。

• exec-healthz是k8s提供的一種輔助容器，多用於side car模式中。它的原理是定期執行指定的Linux指令，從而判斷當前Pod中關鍵容器的健康狀態。在kube-dns中的作用就是通過nslookup指令檢查DNS查詢服務的健康狀態，k8s livenessProbe通過訪問exec-healthz提供的Http API瞭解健康狀態，並在出現故障時重啟容器。其原始碼位於https://github.com/kubernetes/contrib/tree/master/exec-healthz。

• 從圖中可以發現，Pod查詢DNS是通過ServiceName.Namespace子域名來查詢的，但在之前的示例中只用了Service名稱，什麼原理呢？其實當我們只使用Service名稱時會預設Namespace為default，而上面示例中的my-nginx Service就是在default Namespace中，因此是可以正常執行的。關於這一點，後續再深入介紹。

• skydns-rc.yaml中可以發現livenessProbe是設定在kube2sky容器中的，其意圖應該是希望通過重啟kube2sky來重新寫入DNS規則。

◆ 域名格式

接下來了解一下kube-dns支援的域名格式，具體為：<service_name>.<namespace>.svc.<cluster_domain>。

其中cluster_domain可以使用kubelet的–cluster-domain=SomeDomain引數進行設定，同時也要保證kube2sky容器的啟動引數中–domain引數設定了相同的值。通常設定為cluster.local。那麼之前示例中的my-nginx Service對應的完整域名就是my-nginx.default.svc.cluster.local。看到這裡，相信很多人會有疑問，既然完整域名是這樣的，那為什麼在Pod中只通過Service名稱和Namespace就能訪問Service呢？下面來解釋其中原因。

3、配置

◆ 域名解析配置

為了在Pod中呼叫其他Service，kubelet會自動在容器中建立域名解析配置（/etc/resolv.conf），內容為：

感興趣的可以在網上查詢一些resolv.conf的資料來了解具體的含義。之所以能夠通過Service名稱和Namespace就能訪問Service，就是因為search配置的規則。在解析域名時會自動拼接成完整域名去查詢DNS。

剛才提到的kubelet –cluster-domain引數與search的具體配置是相對應的。而kube2sky容器的–domain引數影響的是寫入到etcd中的域名，kube2sky會獲取Service的名稱和Namespace，並使用–domain引數拼接完整域名。這也就是讓兩個引數保持一致的原因。

◆ NS相關配置

kube-dns可以讓Pod發現其他Service，那Pod又是如何自動發現kube-dns的呢？在上一節中的/etc/resolv.conf中可以看到nameserver，這個配置就會告訴Pod去哪訪問域名解析伺服器。

相應的，可以在之前提到的skydns-svc.yaml中看到spec.clusterIP配置了相同的值。通常來說建立一個Service並不需要指定clusterIP，k8s會自動為其分配，但kube-dns比較特殊，需要指定clusterIP使其與/etc/resolv.conf中的nameserver保持一致。

修改nameserver配置同樣需要修改兩個地方，一個是kubelet的–cluster-dns引數，另一個就是kube-dns Service的clusterIP。

4、總結

接下來重新梳理一下本文的主要內容：

• 在k8s叢集中，服務是執行在Pod中的，Pod的發現和副本間負載均衡是我們面臨的問題。
• 通過Service可以解決這兩個問題，但訪問Service也需要對應的IP，因此又引入了Service發現的問題。
• 得益於kube-dns外掛，我們可以通過域名來訪問叢集內的Service，解決了Service發現的問題。
• 為了讓Pod中的容器可以使用kube-dns來解析域名，k8s會修改容器的/etc/resolv.conf配置。

有了以上機制的保證，就可以在Pod中通過Service名稱和namespace非常方便地訪問對應的服務了。

本文轉自開源中國-Kubernetes(k8s)如何使用kube-dns實現服務發現