K8s集群中的DNS服务（CoreDNS）详解

概述

官网文档：https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/services-networking/dns-pod-service/
在 Kubernetes（K8s）中，DNS 服务是实现服务发现和 Pod 通信的核心组件之一，用于解决集群内资源通过域名而非 IP 地址进行访问的需求。本文将详细解析 K8s DNS 服务的原理、组件、配置及应用场景。
K8s DNS的作用

服务发现

• 允许 Pod 通过服务名称（Service Name）而非动态变化的 IP 地址访问其他服务，简化网络配置。
  
• 支持跨命名空间（Namespace）的服务访问，通过域名后缀区分不同作用域。
  

Pod 通信

• 每个 Pod 自动获取 DNS 配置，可直接通过主机名（Hostname）或服务名进行通信。
  

解耦服务依赖

• 服务的 IP 地址变更时，DNS 会自动更新解析结果，避免手动维护 IP 列表。
  

核心组件：CoreDNS（替代传统 kube-dns）

K8s 早期使用kube-dns作为 DNS 服务器，目前默认采用CoreDNS，因其更轻量、灵活且支持插件机制。
CoreDNS的安装

如果使用kubeadm部署集群，CoreDNS 会自动部署在kube-system命名空间下，如果需要进行部署，可以使用下面的文件：

1. kubectl apply -f https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/master/cluster/addons/dns/coredns/coredns.yaml.base

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部署CoreDNS通常包含

• StatefulSet/Deployment：定义 CoreDNS Pod 副本。
  

1. apiVersion: apps/v1
2. kind: Deployment
3. metadata:
4.   name: coredns
5.   namespace: kube-system
6. spec:
7.   replicas: 2  # 默认2个副本，确保高可用
8.   selector:
9.     matchLabels:
10.       k8s-app: kube-dns  # 历史遗留标签，兼容旧版kube-dns
11.   template:
12.     metadata:
13.       labels:
14.         k8s-app: kube-dns
15.     spec:
16.       containers:
17.       - name: coredns
18.         image: coredns/coredns:v1.10.1  # CoreDNS版本
19.         args: [ "-conf", "/etc/coredns/Corefile" ]
20.         ports:
21.         - containerPort: 53
22.           name: dns
23.           protocol: UDP
24.         - containerPort: 53
25.           name: dns-tcp
26.           protocol: TCP
27.         volumeMounts:
28.         - name: config-volume
29.           mountPath: /etc/coredns
30.       volumes:
31.       - name: config-volume
32.         configMap:
33.           name: coredns
34.           items:
35.           - key: Corefile
36.             path: Corefile

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• Service：暴露 CoreDNS 服务，供集群内 Pod 访问（默认 IP 为10.96.0.10）。
  

1. apiVersion: v1
2. kind: Service
3. metadata:
4.   name: kube-dns
5.   namespace: kube-system
6. spec:
7.   selector:
8.     k8s-app: kube-dns
9.   clusterIP: 10.96.0.10  # 默认集群IP，Pod的nameserver配置指向此IP
10.   ports:
11.   - name: dns
12.     port: 53
13.     protocol: UDP
14.   - name: dns-tcp
15.     port: 53
16.     protocol: TCP

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• ConfigMap：存储 Corefile 配置。
  

1. .:53 {                              #表示监听所有接口的 53 端口（DNS 标准端口）。
2.     errors                          # 记录错误日志
3.     health {
4.         lameduck 5s                 # 健康检查，延迟5秒标记不健康
5.     }
6.     ready                           # 提供 readiness 探针端点（/ready），指示 CoreDNS 是否准备好处理请求
7.     kubernetes cluster.local in-addr.arpa ip6.arpa {
8.         fallthrough in-addr.arpa ip6.arpa  # 未匹配到K8s服务时，透传给下一个插件
9.         ttl 30                        # DNS记录的TTL时间
10.     }
11.     prometheus :9153                # 暴露Prometheus监控指标
12.     forward . /etc/resolv.conf      # 转发外部域名查询到宿主机的DNS服务器
13.     cache 30                        # 缓存查询结果30秒
14.     loop                            # 检测配置循环引用
15.     reload                          # 自动重新加载配置变更
16.     loadbalance                     # 对A/AAAA记录进行负载均衡
17. }

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CoreDNS的组成

• CoreDNS Pod：运行 CoreDNS 服务，监听 DNS 请求（默认端口 53）。
  

1. [root@master ~]# kubectl get po -o wide -n kube-system
2. NAME                             READY   STATUS    RESTARTS        AGE   IP                NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
3. coredns-787d4945fb-jb4t9         1/1     Running   1 (2d23h ago)   9d    100.117.144.135   node01   <none>           <none>
4. coredns-787d4945fb-z47x7         1/1     Running   1 (2d23h ago)   9d    100.117.144.138   node01   <none>           <none>

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• Service 资源：为 CoreDNS Pod 暴露集群内部服务，名称为kube-dns（或coredns，取决于部署方式），IP 通常为10.96.0.10（集群 IP 范围）。
  

1. [root@master ~]# kubectl get svc -n kube-system
2. NAME       TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)                  AGE
3. kube-dns   ClusterIP   10.96.0.10   <none>        53/UDP,53/TCP,9153/TCP   9d
5. [root@master ~]# kubectl describe svc kube-dns -n kube-system
6. Name:              kube-dns
7. Namespace:         kube-system
8. Labels:            k8s-app=kube-dns
9.                    kubernetes.io/cluster-service=true
10.                    kubernetes.io/name=CoreDNS
11. Annotations:       prometheus.io/port: 9153
12.                    prometheus.io/scrape: true
13. Selector:          k8s-app=kube-dns
14. Type:              ClusterIP
15. IP Family Policy:  SingleStack
16. IP Families:       IPv4
17. IP:                10.96.0.10
18. IPs:               10.96.0.10
19. Port:              dns  53/UDP
20. TargetPort:        53/UDP
21. Endpoints:         100.117.144.135:53,100.117.144.138:53
22. Port:              dns-tcp  53/TCP
23. TargetPort:        53/TCP
24. Endpoints:         100.117.144.135:53,100.117.144.138:53
25. Port:              metrics  9153/TCP
26. TargetPort:        9153/TCP
27. Endpoints:         100.117.144.135:9153,100.117.144.138:9153
28. Session Affinity:  None
29. Events:            <none>

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• ConfigMap 配置：通过 ConfigMap 定义 CoreDNS 的解析规则和插件。
  

1. [root@master ~]# kubectl describe cm coredns -n kube-system
2. Name:         coredns
3. Namespace:    kube-system
4. Labels:       <none>
5. Annotations:  <none>
7. Data
8. ====
9. Corefile:
10. ----
11. .:53 {
12.     errors
13.     health {
14.        lameduck 5s
15.     }
16.     ready
17.     kubernetes cluster.local in-addr.arpa ip6.arpa {
18.        pods insecure
19.        fallthrough in-addr.arpa ip6.arpa
20.        ttl 30
21.     }
22.     prometheus :9153
23.     forward . /etc/resolv.conf {
24.        max_concurrent 1000
25.     }
26.     cache 30
27.     loop
28.     reload
29.     loadbalance
30. }
33. BinaryData
34. ====
36. Events:  <none>

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CoreDNS域名解析规则

K8s集群中Pod之间通过域名互相访问需要遵守特定的规则，规则如下

1. <service-name>.<namespace>.svc.<cluster-domain>

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• service-name：表示service的名称
  
• namespace：service所在的命名空间
  
• cluster-domain：集群的域名，默认为cluster.local
  

cluster-domain从哪儿获取？

1. [root@master ~]# grep clusterDomain /var/lib/kubelet/config.yaml
2. clusterDomain: cluster.local

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CoreDNS实战案例

验证同一个命名空间下的CoreDNS访问

创建两个Pod和Service

1. ## 第一个Pod和 Service
2. [root@master ~/coredns]# cat test-1.yaml
3. apiVersion: v1
4. kind: Pod
5. metadata:
6.   name: dns-target-pod
7.   labels:
8.     app: dns-test
9. spec:
10.   containers:
11.   - name: busybox
12.     image: busybox
13.     command: ["sh", "-c", "while true; do sleep 3600; done"]
14. ---
15. apiVersion: v1
16. kind: Service
17. metadata:
18.   name: dns-target-service
19. spec:
20.   type: ClusterIP
21.   selector:
22.     app: dns-test
23.   ports:
24.   - protocol: TCP
25.     port: 80
26.     targetPort: 80
28. [root@master ~/coredns]# kubectl apply -f test-1.yaml
29. pod/dns-target-pod unchanged
30. service/dns-target-service created
32. # 第二个Pod和Service
33. [root@master ~/coredns]# cat test-2.yaml
34. apiVersion: v1
35. kind: Pod
36. metadata:
37.   name: dns-source-pod
38.   labels:
39.     app: dns-source-test
40. spec:
41.   containers:
42.   - name: busybox
43.     image: busybox
44.     command: ["sh", "-c", "while true; do sleep 3600; done"]
45. ---
46. apiVersion: v1
47. kind: Service
48. metadata:
49.   name: dns-source-service
50. spec:
51.   type: ClusterIP
52.   selector:
53.     app: dns-source-test
54.   ports:
55.   - protocol: TCP
56.     port: 80
57.     targetPort: 80
59. [root@master ~/coredns]# kubectl apply -f test-2.yaml
60. pod/dns-source-pod created
61. service/dns-source-service created
63. # 检查一下
64. [root@master ~/coredns]# kubectl get po,svc
65. NAME                 READY   STATUS    RESTARTS   AGE
66. pod/dns-source-pod   1/1     Running   0          111s
67. pod/dns-target-pod   1/1     Running   0          8s
69. NAME                         TYPE        CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
70. service/dns-source-service   ClusterIP   10.96.0.192   <none>        80/TCP    81s
71. service/dns-target-service   ClusterIP   10.96.3.51    <none>        80/TCP    3m56s

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验证DNS

1. [root@master ~/coredns]# kubectl exec -it pod/dns-source-pod -- sh
2. / # nslookup dns-target-service.default.svc.cluster.local
3. Server:         10.96.0.10
4. Address:        10.96.0.10:53
7. Name:   dns-target-service.default.svc.cluster.local
8. Address: 10.96.3.51

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验证在不同命名空间下的DNS访问

示例：

1. # 创建一个新的命名空间
2. [root@master ~/coredns]# kubectl create ns coredns
3. namespace/coredns created
4. [root@master ~/coredns]# kubectl get ns coredns
5. NAME      STATUS   AGE
6. coredns   Active   15s

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创建Pod和Service进行验证

1. [root@master ~/coredns]# cat test-3.yaml
2. apiVersion: v1
3. kind: Pod
4. metadata:
5.   name: dns-coredns-pod
6.   namespace: coredns
7.   labels:
8.     app: dns-coredns-test
9. spec:
10.   containers:
11.   - name: busybox
12.     image: busybox
13.     command: ["sh", "-c", "while true; do sleep 3600; done"]
14. ---
15. apiVersion: v1
16. kind: Service
17. metadata:
18.   name: dns-coredns-service
19.   namespace: coredns
20. spec:
21.   type: ClusterIP
22.   selector:
23.     app: dns-coredns-test
24.   ports:
25.   - protocol: TCP
26.     port: 80
27.     targetPort: 80
29. [root@master ~/coredns]# kubectl apply -f test3.yaml
30. pod/dns-coredns-pod created
31. service/dns-coredns-service created
33. [root@master ~]# kubectl get all -n coredns
34. NAME                  READY   STATUS    RESTARTS   AGE
35. pod/dns-coredns-pod   1/1     Running   0          4m36s
37. NAME                          TYPE        CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
38. service/dns-coredns-service   ClusterIP   10.96.0.119   <none>        80/TCP    4m36s

复制代码

进行验证

1. [root@master ~/coredns]# kubectl exec -it dns-target-pod -- sh
2. / # nslookup dns-coredns-service.coredns.svc.cluster.local
3. Server:         10.96.0.10
4. Address:        10.96.0.10:53
6. Name:   dns-coredns-service.coredns.svc.cluster.local
7. Address: 10.96.0.119

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