Configurazione di NodeLocal DNSCache

Questa pagina spiega come migliorare la latenza di ricerca DNS in un cluster Google Kubernetes Engine (GKE) utilizzando NodeLocal DNSCache.

Per i cluster GKE Autopilot, NodeLocal DNSCache è abilitato per impostazione predefinita e non può essere sostituito.

Architettura

NodeLocal DNSCache è un componente aggiuntivo di GKE che puoi eseguire in aggiunta a kube-dns.

GKE implementa NodeLocal DNSCache come DaemonSet che esegue una cache DNS su ogni nodo del cluster.

Quando un pod effettua una richiesta DNS, la richiesta viene inviata alla cache DNS in esecuzione sullo stesso nodo del pod. Se la cache non riesce a risolvere la richiesta DNS, la inoltra a una delle seguenti posizioni in base alla destinazione della query:

• kube-dns: tutte le query per il dominio DNS del cluster (cluster.local) vengono inoltrate a kube-dns. I pod node-local-dns utilizzano il servizio kube-dns-upstream per accedere ai pod kube-dns. Nel seguente diagramma, l'indirizzo IP del servizio kube-dns è 10.0.0.10:53.
• Domini stub personalizzati o server dei nomi upstream: le query vengono inoltrate direttamente dai pod NodeLocal DNSCache.
• Cloud DNS: tutte le altre query vengono inoltrate al server di metadati locale in esecuzione sullo stesso nodo del pod da cui ha avuto origine la query. Il server di metadati locale accede a Cloud DNS.

Quando abiliti NodeLocal DNSCache su un cluster esistente, GKE ricrea tutti i nodi del cluster che eseguono GKE versione 1.15 e successive in base alla procedura di upgrade dei nodi.

Dopo che GKE ricrea i nodi, aggiunge automaticamente l'etichetta addon.gke.io/node-local-dns-ds-ready=true ai nodi. Non devi aggiungere manualmente questa etichetta ai nodi del cluster.

Vantaggi di NodeLocal DNSCache

NodeLocal DNSCache offre i seguenti vantaggi:

• Riduzione del tempo medio di ricerca DNS
• Le connessioni dai pod alla cache locale non creano voci nella tabella conntrack. Ciò impedisce le connessioni interrotte e rifiutate causate da esaurimento della tabella conntrack e condizioni di competizione.
• Puoi utilizzare NodeLocal DNSCache con Cloud DNS per GKE.
• Le query DNS per URL esterni (URL che non fanno riferimento a risorse del cluster) vengono inoltrate direttamente al server di metadati Cloud DNS locale, bypassando kube-dns.
• Le cache DNS locali rilevano automaticamente i domini stub e i server dei nomi upstream specificati nella sezione Aggiunta di resolver personalizzati per i domini stub.

Requisiti e limitazioni

• NodeLocal DNSCache consuma risorse di calcolo su ogni nodo del cluster.
• NodeLocal DNSCache non è supportato con i node pool Windows Server.
• NodeLocal DNSCache richiede GKE versione 1.15 o successive.
• NodeLocal DNSCache accede ai pod kube-dns utilizzando TCP.
• NodeLocal DNSCache accede a upstreamServers e stubDomains utilizzando TCP e UDP su GKE versione 1.18 o successive. Il server DNS deve essere raggiungibile tramite TCP e UDP.
• I record DNS vengono memorizzati nella cache per i seguenti periodi:
  • Il durata (TTL) del record o 30 secondi se il TTL è superiore a 30 secondi.
  • 5 secondi se la risposta DNS è NXDOMAIN.
• I pod NodeLocal DNSCache sono in ascolto sulle porte 53, 9253, 9353 e 8080 sui nodi. Se esegui qualsiasi altro pod hostNetwork o configuri un hostPorts con queste porte, NodeLocal DNSCache non funziona e si verificano errori DNS. I pod NodeLocal DNSCache non utilizzano la modalità hostNetwork quando si utilizza GKE Dataplane V2 e non si utilizza Cloud DNS per GKE.
• La cache DNS locale viene eseguita solo sui node pool che eseguono GKE versione 1.15 e successive. Se abiliti NodeLocal DNSCache in un cluster con nodi che eseguono versioni precedenti, i pod su questi nodi utilizzano kube-dns.

Abilita NodeLocal DNSCache

Per i cluster Autopilot, NodeLocal DNSCache è abilitato per impostazione predefinita e non può essere sostituito.

Per i cluster Standard, puoi abilitare NodeLocal DNSCache su cluster nuovi o esistenti utilizzando Google Cloud CLI. Puoi abilitare NodeLocal DNSCache nei nuovi cluster utilizzando la console Google Cloud .

Abilita NodeLocal DNSCache in un nuovo cluster

gcloud container clusters create CLUSTER_NAME \
    --location=COMPUTE_LOCATION \
    --addons=NodeLocalDNS

Abilita NodeLocal DNSCache in un cluster esistente

Per abilitare NodeLocal DNSCache in un cluster esistente, utilizza il flag --update-addons con l'argomento NodeLocalDNS=ENABLED:

gcloud container clusters update CLUSTER_NAME \
    --location=COMPUTE_LOCATION \
    --update-addons=NodeLocalDNS=ENABLED

Sostituisci quanto segue:

• CLUSTER_NAME: il nome del tuo cluster.
• COMPUTE_LOCATION: la posizione di Compute Engine per il cluster.

Questa modifica richiede la ricreazione dei nodi, il che può causare interruzioni ai carichi di lavoro in esecuzione. Per informazioni dettagliate su questa modifica specifica, trova la riga corrispondente nella tabella Modifiche manuali che ricreano i nodi utilizzando una strategia di upgrade dei nodi e rispettando le norme di manutenzione. Per saperne di più sugli aggiornamenti dei nodi, consulta Pianificare le interruzioni dell'aggiornamento dei nodi.

Verifica che NodeLocal DNSCache sia abilitato

Puoi verificare che NodeLocal DNSCache sia in esecuzione elencando i pod node-local-dns:

kubectl get pods -n kube-system -o wide | grep node-local-dns

L'output è simile al seguente:

node-local-dns-869mt    1/1   Running   0   6m24s   10.128.0.35   gke-test-pool-69efb6b8-5d7m   <none>   <none>
node-local-dns-htx4w    1/1   Running   0   6m24s   10.128.0.36   gke-test-pool-69efb6b8-wssk   <none>   <none>
node-local-dns-v5njk    1/1   Running   0   6m24s   10.128.0.33   gke-test-pool-69efb6b8-bhz3   <none>   <none>

L'output mostra un pod node-local-dns per ogni nodo che esegue GKE versione 1.15 o successive.

Disabilita NodeLocal DNSCache

Puoi disabilitare NodeLocal DNSCache utilizzando questo comando:

gcloud container clusters update CLUSTER_NAME \
    --location=COMPUTE_LOCATION \
    --update-addons=NodeLocalDNS=DISABLED

Sostituisci quanto segue:

• CLUSTER_NAME: il nome del cluster da disattivare.
• COMPUTE_LOCATION: la posizione di Compute Engine per il cluster.

Questa modifica richiede la ricreazione dei nodi, il che può causare interruzioni ai carichi di lavoro in esecuzione. Per informazioni dettagliate su questa modifica specifica, trova la riga corrispondente nella tabella Modifiche manuali che ricreano i nodi utilizzando una strategia di upgrade dei nodi e rispettando le norme di manutenzione. Per saperne di più sugli aggiornamenti dei nodi, consulta Pianificare le interruzioni dell'aggiornamento dei nodi.

Risoluzione dei problemi relativi a NodeLocal DNSCache

Per informazioni generali sulla diagnosi dei problemi DNS di Kubernetes, consulta Debug della risoluzione DNS.

NodeLocal DNSCache non è abilitato immediatamente

Quando abiliti NodeLocal DNSCache su un cluster esistente, GKE potrebbe non aggiornare immediatamente i nodi se il cluster ha una finestra o un'esclusione dalla manutenzione configurata. Per maggiori informazioni, consulta Avvertenze per la ricreazione dei nodi e le finestre di manutenzione.

Se preferisci non aspettare, puoi applicare manualmente le modifiche ai nodi chiamando il comando gcloud container clusters upgrade e passando il flag --cluster-version con la stessa versione GKE già in esecuzione nel pool di nodi. Per questa soluzione alternativa devi utilizzare Google Cloud CLI.

NodeLocal DNSCache con Cloud DNS

Se utilizzi NodeLocal DNSCache con Cloud DNS, il cluster utilizza l'indirizzo IP del server dei nomi 169.254.20.10, come mostrato nel seguente diagramma:

Di conseguenza, l'indirizzo IP del servizio kube-dns potrebbe essere diverso dall'indirizzo IP del server dei nomi utilizzato dai pod. Questa differenza negli indirizzi IP è prevista, perché l'indirizzo IP del server dei nomi 169.254.20.10 è necessario per il corretto funzionamento di Cloud DNS.

Per controllare gli indirizzi IP, esegui questi comandi:

1. Visualizza l'indirizzo IP del servizio kube-dns:

   kubectl get svc -n kube-system kube-dns -o jsonpath="{.spec.clusterIP}"
   

   L'output è l'indirizzo IP di kube-dns, ad esempio 10.0.0.10:53

2. Apri una sessione shell nel pod:

   kubectl exec -it POD_NAME -- /bin/bash
   

3. Nella sessione della shell del pod, leggi i contenuti del file /etc/resolv.conf:

   cat /etc/resolv.conf
   

   L'output è 169.254.20.10

Policy di rete con NodeLocal DNSCache

Se utilizzi i criteri di rete con NodeLocal DNSCache e non utilizzi Cloud DNS o GKE Dataplane V2, devi configurare le regole per consentire ai tuoi carichi di lavoro e ai pod node-local-dns di inviare query DNS.

Utilizza una regola ipBlock nel manifest per consentire la comunicazione tra i pod e kube-dns.

Il seguente manifest descrive un criterio di rete che utilizza una regola ipBlock:

spec:
  egress:
  - ports:
    - port: 53
      protocol: TCP
    - port: 53
      protocol: UDP
    to:
    - ipBlock:
        cidr: KUBE_DNS_SVC_CLUSTER_IP/32
  podSelector: {}
  policyTypes:
    - Egress

Sostituisci KUBE_DNS_SVC_CLUSTER_IP con l'indirizzo IP del servizio kube-dns. Puoi ottenere l'indirizzo IP del servizio kube-dns utilizzando questo comando:

kubectl get svc -n kube-system kube-dns -o jsonpath="{.spec.clusterIP}"

Problemi noti

Timeout DNS in dnsPolicy ClusterFirstWithHostNet quando si utilizzano NodeLocal DNSCache e GKE Dataplane V2

Nei cluster che utilizzano GKE Dataplane V2 e NodeLocal DNSCache, i pod con hostNetwork impostato su true e dnsPolicy impostato su ClusterFirstWithHostNet non possono raggiungere i backend DNS del cluster. I log DNS potrebbero contenere voci simili alle seguenti:

nslookup: write to 'a.b.c.d': Operation not permitted

;; connection timed out; no servers could be reached

L'output indica che le richieste DNS non possono raggiungere i server di backend.

Una soluzione alternativa consiste nell'impostare dnsPolicy e dnsConfig per i pod hostNetwork:

spec:
 dnsPolicy: "None"
 dnsConfig:
   nameservers:
     - KUBE_DNS_UPSTREAM
   searches:
     - cluster.local
     - svc.cluster.local
     - NAMESPACE.svc.cluster.local
     - c.PROJECT_ID.internal
     - google.internal
   options:
     - name: ndots
       value: "5"

Sostituisci quanto segue:

• NAMESPACE: lo spazio dei nomi del pod hostNetwork.
• PROJECT_ID: l'ID del tuo Google Cloud progetto.

• KUBE_DNS_UPSTREAM: il ClusterIP del servizio kube-dns upstream. Puoi ottenere questo valore utilizzando il seguente comando:

  kubectl get svc -n kube-system kube-dns-upstream -o jsonpath="{.spec.clusterIP}"
  

Le richieste DNS dal pod ora possono raggiungere kube-dns e bypassare NodeLocal DNSCache.

Errori di timeout di NodeLocal DNSCache

Nei cluster con NodeLocal DNSCache abilitato, i log potrebbero contenere voci simili alle seguenti:

[ERROR] plugin/errors: 2 <hostname> A: read tcp <node IP: port>-><kubedns IP>:53: i/o timeout

L'output include l'indirizzo IP del servizio kube-dns-upstream Cluster IP. In questo esempio, la risposta a una richiesta DNS non è stata ricevuta da kube-dns in 2 secondi. Ciò potrebbe essere dovuto a uno dei seguenti motivi:

• Un problema di connettività di rete sottostante.
• Query DNS notevolmente aumentate dal workload o a causa dell'upscaling del pool di nodi.

Di conseguenza, i pod kube-dns esistenti non sono in grado di gestire tutte le richieste in tempo. La soluzione alternativa consiste nell'aumentare il numero di repliche kube-dns modificando i parametri di scalabilità automatica.

Scalare kube-dns

Puoi utilizzare un valore inferiore per nodesPerReplica per assicurarti che vengano creati più pod kube-dns man mano che i nodi del cluster vengono scalati. Ti consigliamo vivamente di impostare un valore max esplicito per assicurarti che la macchina virtuale (VM) del control plane GKE non sia sovraccarica a causa del numero elevato di pod kube-dns che monitorano l'API Kubernetes.

Puoi impostare max sul numero di nodi nel cluster. Se il cluster ha più di 500 nodi, imposta max su 500.

Per i cluster Standard, puoi modificare il numero di repliche kube-dns modificando il ConfigMap kube-dns-autoscaler. Questa configurazione non è supportata nei cluster Autopilot.

kubectl edit configmap kube-dns-autoscaler --namespace=kube-system

L'output è simile al seguente:

linear: '{"coresPerReplica":256, "nodesPerReplica":16,"preventSinglePointFailure":true}'

Il numero di repliche di kube-dns viene calcolato utilizzando la seguente formula:

replicas = max( ceil( cores × 1/coresPerReplica ) , ceil( nodes × 1/nodesPerReplica ), maxValue )

Per aumentare la scalabilità, imposta nodesPerReplica su un valore più piccolo e includi un valore max.

linear: '{"coresPerReplica":256, "nodesPerReplica":8,"max": 15,"preventSinglePointFailure":true}'

La configurazione crea un pod kube-dns per ogni 8 nodi del cluster. Un cluster di 24 nodi avrà 3 repliche e un cluster di 40 nodi avrà 5 repliche. Se il cluster supera i 120 nodi, il numero di repliche kube-dns non supera 15, il valore max.

Per garantire un livello di base di disponibilità DNS nel cluster, imposta un numero minimo di repliche per kube-dns.

L'output di ConfigMap kube-dns-autoscaler con il campo min sarebbe simile al seguente:

linear: '{"coresPerReplica":256, "nodesPerReplica":8,"max": 15,"min": 5,"preventSinglePointFailure":true}'

Passaggi successivi

• Leggi una panoramica di come GKE fornisce DNS gestito.
• Leggi DNS per servizi e pod per una panoramica generale di come viene utilizzato il DNS nei cluster Kubernetes.
• Scopri come utilizzare Cloud DNS per GKE.