k8s dns 缓存

Kubernetes DNS 缓存机制详解

Kubernetes DNS 系统

Kubernetes 集群中默认使用 CoreDNS 作为域名解析服务（早期版本为 kubedns），DNS 服务主要负责以下解析：

• 将 myservice.default.svc.cluster.local 解析为 Service 的 ClusterIP
• 将 podip.namespace.svc.cluster.local 解析为 Pod 的 IP 地址
• 集群外部域名（如互联网域名）的转发

核心组件

DNS 缓存机制原理

DNS 缓存分为 客户端缓存 和 服务端缓存 两级：

客户端缓存

• 实现位置：部署在 Pod 内的 dnsresolver 容器
• 缓存类型：
  • 正向缓存：存储域名 > IP 映射
  • 负向缓存：存储解析失败记录（如 NXDOMAIN）
• 默认参数：
  • 缓存有效期：30秒（可通过 ndots 和 cache 配置调整）
  • 最大缓存条目：5000条
• 工作机制：

  graph TD
    A[Pod发起DNS请求] > B{dnsresolver缓存}
    B >|命中| C[直接返回结果]
    B >|未命中| D[转发到CoreDNS]
    D > E[CoreDNS查询]
    E > F{CoreDNS缓存}
    F >|命中| G[返回结果]
    F >|未命中| H[递归查询上级DNS]

服务端缓存（CoreDNS）

• 插件实现：Cache 插件（默认启用）
• 关键配置：
  • Cache 插件的 TTL（TimeToLive）默认值：2分钟
  • 支持基于域名的差异化缓存策略（如 .svc.cluster.local 长缓存,外部域名短缓存）
• 缓存刷新机制：
  • 主动过期：超过 TTL 自动清除
  • 被动清除：当 Service/Endpoints 资源变更时触发通知

缓存配置优化实践

调整客户端缓存策略

通过修改 Pod 的 dnsConfig 配置：

apiVersion: v1
kind: Pod
spec:
  dnsConfig:
    options:
      name: ndots
        value: "2" # 设置域名尾部点数量阈值（影响完全限定域名解析）
      name: timeout
        value: "2" # DNS查询超时时间（秒）
    nameservers:
      "10.96.0.10" # CoreDNS服务地址

优化 CoreDNS 缓存

编辑 CoreDNS ConfigMap（通常位于 kubesystem 命名空间）：

kubectl edit configmap coredns

添加或修改 Cache 插件配置：

.:53 {
    errors
    log
    health
    kubernetes cluster.local inaddr.arpa ip6.arpa {
      pods insecure
      fallthrough inaddr.arpa ip6.arpa
      ttl 30 # 设置缓存有效期（秒）
      cache 30 5m # 缓存条目30个，最大存储时间5分钟
    }
}

典型优化场景对比表

常见问题与解决方案

缓存雪崩问题

症状：大量缓存同时失效导致瞬时查询风暴
解决方案：

• 实现缓存预热：在 Service 创建时主动解析并缓存
• 随机化TTL：为不同域名设置±10%的随机偏差
• 限流保护：配置 CoreDNS 的 ratelimit 插件

缓存穿透问题

症状：持续查询不存在的域名导致递归查询压力过大
解决方案：

• 启用负向缓存（CoreDNS默认开启）
• 配置 errors 插件记录解析错误
• 设置查询频率限制（如 10r/m）

监控与故障排查

关键监控指标

故障排查步骤

1. 验证基础配置：

   nslookup myservice.default.svc.cluster.local 10.96.0.10

2. 检查 CoreDNS 日志：

   kubectl logs n kubesystem deployment/coredns c details

3. 分析缓存状态：

   # 查看缓存条目数
   kubectl exec n kubesystem deployment/coredns corednscheck cache

4. 压力测试：
   使用 dig + for 循环模拟高并发场景

   for i in {1..100}; do dig +nocmd A myservice.default.svc.cluster.local; done

相关问题与解答

Q1: 如何手动清除 CoreDNS 的缓存？

A1：CoreDNS 不提供直接清除缓存的接口,但可以通过以下方式间接实现：

1. 重启 CoreDNS Pod：强制重建缓存（会影响所有命名空间）

   kubectl rollout restart deployment/coredns n kubesystem

2. 删除特定 Service：触发缓存自动清除

   kubectl delete svc myservice n default && kubectl apply f myservice.yaml

3. 调整 TTL 参数：将 Cache 插件的 TTL 设置为极小值（如5秒），加速缓存过期

Q2: 如何监控特定命名空间的 DNS 性能？

A2：通过以下步骤实现细粒度监控：

1. 启用命名空间维度的指标采集：
   在 Prometheus 配置中添加基于标签的抓取规则：

   job_name: 'kubernetescoredns'
   kubernetes_sd_configs:
   role: endpoint
    honor_labels: true
    relabel_configs:
    source_labels: [__meta_kubernetes_namespace]
      action: keep
      regex: '^(命名空间名称)$'

2. 创建专属监控面板：在 Grafana 中创建命名空间过滤的仪表盘，重点关注：
   • coredns_query_duration_bucket（各延迟区间占比）
   • coredns_cache_miss_total