Kubernetes如何使用kube-dns实现服务发现

莫问

　　大纲：

　　·       Kubernetes中如何发现服务
　　·       如何发现Pod提供的服务
　　·       如何使用Service发现服务
　　·       如何使用kube-dns发现服务
　　·       kube-dns原理
　　·       组成
　　·       域名格式
　　·       配置

　　注：本次分享内容基于Kubernetes 1.2版本！
　　下面从一个简单的例子开始讲解。
1.Kubernetes中如何发现服务
　　◆   发现Pod提供的服务
　　首先使用nginx-deployment.yaml文件创建一个Nginx Deployment，文件内容如图所示：
　　首先创建两个运行Nginx服务的Pod：

　　使用kubectl create -f nginx-deployment.yaml指令创建，这样便可以得到两个运行nginx服务的Pod。待Pod运行之后查看一下它们的IP，并在k8s集群内通过podIP和containerPort来访问Nginx服务：
　　获取Pod IP：

　　在集群内访问Nginx服务：

　　看到这里相信很多人会有以下疑问：

　　1.  每次收到获取podIP太扯了，总不能每次都要手动改程序或者配置才能访问服务吧，要怎么提前知道podIP呢？
　　2.  Pod在运行中可能会重建，IP变了怎么解？
　　3.  如何在多个Pod中实现负载均衡嘞？

　　这些问题使用k8s Service就可以解决。
　　◆   使用Service发现服务
　　下面为两个Nginx Pod创建一个Service。使用nginx-service.yaml文件进行创建，文件内容如下：

　　创建之后，仍需要获取Service的Cluster-IP，再结合Port访问Nginx服务。
　　Service可以将pod  IP封装起来，即使Pod发生重建，依然可以通过Service来访问Pod提供的服务。此外，Service还解决了负载均衡的问题，大家可以多访问几次Service，然后通过kubectl logs <Pod Name>来查看两个Nginx Pod的访问日志来确认。
　　获取IP：

　　在集群内访问Service：

　　虽然Service解决了Pod的服务发现和负载均衡问题，但存在着类似的问题：不提前知道Service的IP，还是需要改程序或配置啊。看到这里有没有感觉身体被掏空？
　　接下来聊聊kube-dns是如何解决上面这个问题的。
　　◆   使用kube-dns发现服务
　　kube-dns可以解决Service的发现问题，k8s将Service的名称当做域名注册到kube-dns中，通过Service的名称就可以访问其提供的服务。
　　可能有人会问如果集群中没有部署kube-dns怎么办？没关系，实际上kube-dns插件只是运行在kube-system命名空间下的Pod，完全可以手动创建它。可以在k8s源码（v1.2）的cluster/addons/dns目录下找到两个模板（skydns-rc.yaml.in和skydns-svc.yaml.in）来创建，为大家准备的完整示例文件会在分享结束后提供获取方式，PPT中只截取了部分内容。
　　通过skydns-rc.yaml文件创建kube-dns Pod，其中包含了四个containers，这里开始简单过一下文件的主要部分，稍后做详细介绍。
　　第一部分可以看到kube-dns使用了RC来管理Pod，可以提供最基本的故障重启功能。
　　创建kube-dns Pod，其中包含了4个containers

　　接下来是第一个容器  etcd  ，它的用途是保存DNS规则。

　　第二个容器  kube2sky ，作用是写入DNS规则。

　　第三个容器是  skydns ，提供DNS解析服务。

　　最后一个容器是  healthz ，提供健康检查功能。

　　有了Pod之后，还需要创建一个Service以便集群中的其他Pod访问DNS查询服务。通过skydns-svc.yaml创建Service，内容如下：

　　创建完kube-dns Pod和Service，并且Pod运行后，便可以访问kube-dns服务。
　　下面创建一个Pod，并在该Pod中访问Nginx服务：
　　创建之后等待kube-dns处于运行状态

　　再新建一个Pod，通过其访问Nginx服务

　　在curl-util Pod中通过Service名称访问my-nginx Service：

　　只要知道需要的服务名称就可以访问，使用kube-dns发现服务就是那么简单。
　　虽然领略了使用kube-dns发现服务的便利性，但相信有很多人也是一头雾水：kube-dns到底怎么工作的？在集群中启用了kube-dns插件，怎么就能通过名称访问Service了呢？
2.kube-dns原理
　　◆   Kube-dns组成
　　之前已经了解到kube-dns是由四个容器组成的，它们扮演的角色可以通过下面这张图来理解。

　　其中：
　　●  SkyDNS是用于服务发现的开源框架，构建于etcd之上。作用是为k8s集群中的Pod提供DNS查询接口。项目托管于https://github.com/skynetservices/skydns
　　●  etcd是一种开源的分布式key-value存储，其功能与ZooKeeper类似。在kube-dns中的作用为存储SkyDNS需要的各种数据，写入方为kube2sky，读取方为SkyDNS。项目托管于https://github.com/coreos/etcd。
　　●   kube2sky是k8s实现的一个适配程序，它通过名为kubernetes的Service（通过kubectl get svc可以查看到该Service，由集群自动创建）调用k8s的list和watch API来监听k8s Service资源的变更，从而修改etcd中的SkyDNS记录。代码可以在k8s源码（v1.2）的cluster/addons/dns/kube2sky/目录中找到。
　　●   exec-healthz是k8s提供的一种辅助容器，多用于side car模式中。它的原理是定期执行指定的Linux指令，从而判断当前Pod中关键容器的健康状态。在kube-dns中的作用就是通过nslookup指令检查DNS查询服务的健康状态，k8s livenessProbe通过访问exec-healthz提供的Http API了解健康状态，并在出现故障时重启容器。其源码位于https://github.com/kubernetes/contrib/tree/master/exec-healthz。
　　●  从图中可以发现，Pod查询DNS是通过ServiceName.Namespace子域名来查询的，但在之前的示例中只用了Service名称，什么原理呢？其实当我们只使用Service名称时会默认Namespace为default，而上面示例中的my-nginx Service就是在default Namespace中，因此是可以正常运行的。关于这一点，后续再深入介绍。
　　●  skydns-rc.yaml中可以发现livenessProbe是设置在kube2sky容器中的，其意图应该是希望通过重启kube2sky来重新写入DNS规则。
　　◆   域名格式
　　接下来了解一下kube-dns支持的域名格式，具体为：<service_name>.<namespace>.svc.<cluster_domain>。
　　其中cluster_domain可以使用kubelet的--cluster-domain=SomeDomain参数进行设置，同时也要保证kube2sky容器的启动参数中--domain参数设置了相同的值。通常设置为cluster.local。那么之前示例中的my-nginx Service对应的完整域名就是my-nginx.default.svc.cluster.local。看到这里，相信很多人会有疑问，既然完整域名是这样的，那为什么在Pod中只通过Service名称和Namespace就能访问Service呢？下面来解释其中原因。
3.配置
　　◆   域名解析配置
　　为了在Pod中调用其他Service，kubelet会自动在容器中创建域名解析配置（/etc/resolv.conf），内容为：

　　感兴趣的可以在网上查找一些resolv.conf的资料来了解具体的含义。之所以能够通过Service名称和Namespace就能访问Service，就是因为search配置的规则。在解析域名时会自动拼接成完整域名去查询DNS。
　　刚才提到的kubelet --cluster-domain参数与search的具体配置是相对应的。而kube2sky容器的--domain参数影响的是写入到etcd中的域名，kube2sky会获取Service的名称和Namespace，并使用--domain参数拼接完整域名。这也就是让两个参数保持一致的原因。
　　◆   NS相关配置
　　kube-dns可以让Pod发现其他Service，那Pod又是如何自动发现kube-dns的呢？在上一节中的/etc/resolv.conf中可以看到nameserver，这个配置就会告诉Pod去哪访问域名解析服务器。

　　相应的，可以在之前提到的skydns-svc.yaml中看到spec.clusterIP配置了相同的值。通常来说创建一个Service并不需要指定clusterIP，k8s会自动为其分配，但kube-dns比较特殊，需要指定clusterIP使其与/etc/resolv.conf中的nameserver保持一致。
　　修改nameserver配置同样需要修改两个地方，一个是kubelet的--cluster-dns参数，另一个就是kube-dns Service的clusterIP。
4.总结
　　接下来重新梳理一下本文的主要内容：

　　●    在k8s集群中，服务是运行在Pod中的，Pod的发现和副本间负载均衡是我们面临的问题。
　　●    通过Service可以解决这两个问题，但访问Service也需要对应的IP，因此又引入了Service发现的问题。
　　●    得益于kube-dns插件，我们可以通过域名来访问集群内的Service，解决了Service发现的问题。
　　●    为了让Pod中的容器可以使用kube-dns来解析域名，k8s会修改容器的/etc/resolv.conf配置。

　　有了以上机制的保证，就可以在Pod中通过Service名称和namespace非常方便地访问对应的服务了。
5.Q&A
　　1. 问: 请问如果公司已有的应用接入的话，那么现有的没有接入的应用就无法访问了，因为这个服务发现是k8s集群内部的，外部无法访问。主要是k8s集群内的服务和集群外的己有的生产的域名访问如何实现，能在kube－dns整合吗？
　　答：两个问题可以抽象为k8s集群内与集群外服务连通性问题，我们从两个方面讲：
　　一、集群内访问集群外
　　这个问题比较简单，集群内的Pod会继承Node上的DNS解析规则。因此只要Node可以访问的服务，Pod中也可以访问到。
　　另外，在1.4版本中，k8s支持了一种ExternalName类型的Service，可以与一个公网域名绑定，通过该Service可以访问对应公网服务。
　　二、集群外访问集群内
　　1. 可以将Service设置为NodePort类型，这样通过任意Node的IP和Service Port便可以访问Service。适合对外的Service比较少的场景。
　　2. 通过kube-proxy可以对外暴露集群内的服务。
　　3. 根据实际情况在集群内自定义实现反向代理。
　　2. 问：我想问下etcd这个容器可以省掉吗？k8s集群有etcd不可以共用吗？
　　答：理论上可以共用etcd。从隔离性的角度考虑来说还是分开好，这样kube-dns服务不会对整个k8s集群的稳定性产生影响。另外如果把kube-dns看做一个微服务的话，那么应该保证内部组件不依赖外部，可以独立运行。