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：

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

部署CoreDNS通常包含

• StatefulSet/Deployment：定义 CoreDNS Pod 副本。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: coredns
  namespace: kube-system
spec:
  replicas: 2  # 默认2个副本，确保高可用
  selector:
    matchLabels:
      k8s-app: kube-dns  # 历史遗留标签，兼容旧版kube-dns
  template:
    metadata:
      labels:
        k8s-app: kube-dns
    spec:
      containers:
      - name: coredns
        image: coredns/coredns:v1.10.1  # CoreDNS版本
        args: [ "-conf", "/etc/coredns/Corefile" ]
        ports:
        - containerPort: 53
          name: dns
          protocol: UDP
        - containerPort: 53
          name: dns-tcp
          protocol: TCP
        volumeMounts:
        - name: config-volume
          mountPath: /etc/coredns
      volumes:
      - name: config-volume
        configMap:
          name: coredns
          items:
          - key: Corefile
            path: Corefile

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

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: kube-dns
  namespace: kube-system
spec:
  selector:
    k8s-app: kube-dns
  clusterIP: 10.96.0.10  # 默认集群IP，Pod的nameserver配置指向此IP
  ports:
  - name: dns
    port: 53
    protocol: UDP
  - name: dns-tcp
    port: 53
    protocol: TCP

• ConfigMap：存储 Corefile 配置。

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

CoreDNS的组成

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

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

• 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）。

[root@master ~]# kubectl get svc -n kube-system
NAME       TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)                  AGE
kube-dns   ClusterIP   10.96.0.10   <none>        53/UDP,53/TCP,9153/TCP   9d

[root@master ~]# kubectl describe svc kube-dns -n kube-system
Name:              kube-dns
Namespace:         kube-system
Labels:            k8s-app=kube-dns
                   kubernetes.io/cluster-service=true
                   kubernetes.io/name=CoreDNS
Annotations:       prometheus.io/port: 9153
                   prometheus.io/scrape: true
Selector:          k8s-app=kube-dns
Type:              ClusterIP
IP Family Policy:  SingleStack
IP Families:       IPv4
IP:                10.96.0.10
IPs:               10.96.0.10
Port:              dns  53/UDP
TargetPort:        53/UDP
Endpoints:         100.117.144.135:53,100.117.144.138:53
Port:              dns-tcp  53/TCP
TargetPort:        53/TCP
Endpoints:         100.117.144.135:53,100.117.144.138:53
Port:              metrics  9153/TCP
TargetPort:        9153/TCP
Endpoints:         100.117.144.135:9153,100.117.144.138:9153
Session Affinity:  None
Events:            <none>

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

[root@master ~]# kubectl describe cm coredns -n kube-system
Name:         coredns
Namespace:    kube-system
Labels:       <none>
Annotations:  <none>

Data
====
Corefile:
----
.:53 {
    errors
    health {
       lameduck 5s
    }
    ready
    kubernetes cluster.local in-addr.arpa ip6.arpa {
       pods insecure
       fallthrough in-addr.arpa ip6.arpa
       ttl 30
    }
    prometheus :9153
    forward . /etc/resolv.conf {
       max_concurrent 1000
    }
    cache 30
    loop
    reload
    loadbalance
}

BinaryData
====

Events:  <none>

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

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

• 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？

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

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

## 第一个Pod和 Service
[root@master ~/coredns]# cat test-1.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: dns-target-pod
  labels:
    app: dns-test
spec:
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox
    command: ["sh", "-c", "while true; do sleep 3600; done"]
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: dns-target-service
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: dns-test
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 80

[root@master ~/coredns]# kubectl apply -f test-1.yaml
pod/dns-target-pod unchanged
service/dns-target-service created

# 第二个Pod和Service
[root@master ~/coredns]# cat test-2.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: dns-source-pod
  labels:
    app: dns-source-test
spec:
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox
    command: ["sh", "-c", "while true; do sleep 3600; done"]
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: dns-source-service
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: dns-source-test
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 80

[root@master ~/coredns]# kubectl apply -f test-2.yaml
pod/dns-source-pod created
service/dns-source-service created

# 检查一下
[root@master ~/coredns]# kubectl get po,svc
NAME                 READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/dns-source-pod   1/1     Running   0          111s
pod/dns-target-pod   1/1     Running   0          8s

NAME                         TYPE        CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
service/dns-source-service   ClusterIP   10.96.0.192   <none>        80/TCP    81s
service/dns-target-service   ClusterIP   10.96.3.51    <none>        80/TCP    3m56s

验证DNS

[root@master ~/coredns]# kubectl exec -it pod/dns-source-pod -- sh
/ # nslookup dns-target-service.default.svc.cluster.local
Server:         10.96.0.10
Address:        10.96.0.10:53

Name:   dns-target-service.default.svc.cluster.local
Address: 10.96.3.51

验证在不同命名空间下的DNS访问

示例：

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

创建Pod和Service进行验证

[root@master ~/coredns]# cat test-3.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: dns-coredns-pod
  namespace: coredns
  labels:
    app: dns-coredns-test
spec:
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox
    command: ["sh", "-c", "while true; do sleep 3600; done"]
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: dns-coredns-service
  namespace: coredns
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: dns-coredns-test
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 80

[root@master ~/coredns]# kubectl apply -f test3.yaml
pod/dns-coredns-pod created
service/dns-coredns-service created

[root@master ~]# kubectl get all -n coredns
NAME                  READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/dns-coredns-pod   1/1     Running   0          4m36s

NAME                          TYPE        CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
service/dns-coredns-service   ClusterIP   10.96.0.119   <none>        80/TCP    4m36s

进行验证

[root@master ~/coredns]# kubectl exec -it dns-target-pod -- sh
/ # nslookup dns-coredns-service.coredns.svc.cluster.local
Server:         10.96.0.10
Address:        10.96.0.10:53

Name:   dns-coredns-service.coredns.svc.cluster.local
Address: 10.96.0.119