CoreDNS和NodeLocalDNS配置详解
1、前言：
CoreDNS作为CNCF中托管的一个域名发现的项目，原生集成Kubernetes，它的目标是成为云原生的DNS服务器和服务发现的参考解决方案，目前CoreDNS已经从 CNCF 正式毕业，并正式成为 Kubernetes 的 DNS 服务器。它是 Golang 编写的一个插件式 DNS 服务器，从Kubernetes 1.13开始，CoreDNS就成了Kubernetes的默认DNS服务器，但 kubeadm默认安装CoreDNS的时间要更早。它有以下几个特性：
-
插件化（Plugins）
基于 Caddy 服务器框架，CoreDNS 实现了一个插件链的架构，将大量应用端的逻辑抽象成 plugin 的形式（如 Kubernetes 的 DNS 服务发现，Prometheus 监控等）暴露给使用者。CoreDNS 以预配置的方式将不同的 plugin 串成一条链，按序执行 plugin 的逻辑。从编译层面，用户选择所需的 plugin 编译到最终的可执行文件中，使得运行效率更高。CoreDNS 采用 Go 编写，所以从具体代码层面来看，每个 plugin 其实都是实现了其定义的 interface 的组件而已。第三方只要按照 CoreDNS Plugin API 去编写自定义插件，就可以很方便地集成于 CoreDNS。
-
配置简单化
引入表达力更强的 DSL[2]，即
Corefile形式的配置文件（也是基于 Caddy 框架开发）。 -
一体化的解决方案
区别于
kube-dns，CoreDNS 编译出来就是一个单独的二进制可执行文件，内置了 cache，backend storage，health check 等功能，无需第三方组件来辅助实现其他功能，从而使得部署更方便，内存管理更为安全。
其实从功能角度来看，CoreDNS 更像是一个通用 DNS 方案（类似于 BIND），然后通过插件模式来极大地扩展自身功能，从而可以适用于不同的场景（比如 Kubernetes）。正如官方博客所说：
CoreDNS is powered by plugins.
另外，在正式介绍CoreDNS和NodeocalDNS配置前先普及一下本文可能用到的一些概念：
1）in-addr.arpa （反向域名解析，从IP地址到域名的映射）
in-addr是inverse address, arpa 的标准名称对应为Address and Routing Parameter Area, 即“地址路由参数域”。
由于在域名系统中，一个IP地址可以对应多个域名，因此从IP出发去找域名，理论上应该遍历整个域名树，但这在 Internet上是不现实的。为了完成逆向域名解析，系统提供一个特别域，该特别域称为逆向解析域in-addr.arpa。这样欲解析的IP地址就会被表达成一种像域名一样的可显示串形式，后缀以逆向解析域域名“in-addr.arpa”结尾。例如一个IP地址：218.30.103.170，其逆向域名表达方式为：170.103.30.218.in-addr.arpa。两种表达方式中IP地址部分顺序恰好相反，因为域名结构是自底向上(从子域到域)，而IP地址结构是自顶向下(从网络到主机)的。实质上逆向域名解析是将IP地址表达成一个域名，以地址做为索引的域名空间，这样逆向解析的很大部分可以纳入正向解析中。
2、CoreDNS原理
watch Kubernetes的Service和Pod，生成DNS记录，然后通过重新配置Kubelet的DNS选项让新启动的Pod使用CoreDNS提供Kubernetes集群内域名解析服务。
3、Corefile 介绍
Corefile 是 CoreDNS 的配置文件（源于 Caddy 框架的配置文件 Caddyfile），它定义了：
-
server以什么协议监听在哪个端口（可以同时定义多个 server 监听不同端口） -
server 负责哪个
zone的权威（authoritative）DNS 解析 -
server 将加载哪些插件
常见地，一个典型的 Corefile 格式如下所示：
ZONE:[PORT] {
[PLUGIN] ...
}
-
ZONE : 定义 server 负责的 zone，
PORT是可选项，默认为 53； -
PLUGIN : 定义 server 所要加载的 plugin。每个 plugin 可以有多个参数；
比如：
. {
whoami
}
上述配置文件表达的是：server 负责根域 . 的解析("."表示所有的域名都会匹配),其中 plugin 是 whoami 且没有参数。
1）定义 DNS server
一个最简单的配置文件可以为：
.{}
即 server 监听 53 端口并不使用插件。如果此时在定义其他 server，要保证监听端口不冲突；如果是在原来 server 增加 zone，则要保证 zone 之间不冲突，如：
# 多个server的话需要保证监听端口不冲突
. {}
.:54 {}
另一个 server 运行于 54 端口并负责根域 . 的解析。
又如：
#同一server的话需要保证zone不冲突
example.org {
whoami
}
org {
whoami
}
同一个 server 但是负责不同 zone 的解析，有不同插件链。
2）定义 Reverse Zone
跟其他 DNS 服务器类似，Corefile 也可以定义 Reverse Zone（反向解析 IP 地址对应的域名）：
0.0.10.in-addr.arpa {
whoami
}
或者简化版本：
10.0.0.0/24 {
whoami
}
可以通过 dig 进行反向查询：
$ dig -x 10.0.0.1
3）使用不同的通信协议
CoreDNS 除了支持 DNS 协议，也支持 TLS 和 gRPC，即 DNS-over-TLS 和 DNS-over-gRPC 模式：
tls://example.org:1443 {
#...
}
4、插件的工作模式
当 CoreDNS 启动后，它将根据配置文件启动不同 server （假设配置文件中配置了多个DNS Server），每台 server 都拥有自己的插件链。当有 DNS 请求时，它将依次经历如下 3 步逻辑：
（1）如果有当前请求的 server 有多个 zone，将采用贪心原则选择最匹配的 zone，例如当前server含有com和baidu.com这两个zone,当客户端请求当前server解析域名www.baidu.com的话，根据贪心原则会选择baidu.com这个zone；
（2）一旦找到匹配的 server，按照 plugin.cfg定义的顺序执行插件链上的插件（目前可用插件列表）；
（3）每个插件将判断当前请求是否应该处理，将有以下几种可能：
-
请求被当前插件处理
插件将生成对应的响应并回给客户端，此时请求结束，下一个插件将不会被调用，如 whoami 插件；
- 请求不被当前插件处理
直接调用下一个插件。如果最后一个插件执行错误，服务器返回SERVFAIL响应；
-
请求被当前插件以 Fallthrough 形式处理
如果请求在该插件处理过程中有可能将跳转至下一个插件，该过程称为 fallthrough，并以关键字
fallthrough来决定是否允许此项操作，例如 host 插件，当查询域名未位于 /etc/hosts，则调用下一个插件； -
请求在处理过程被携带 Hint
请求被插件处理，并在其响应中添加了某些信息（hint）后继续交由下一个插件处理。这些额外的信息将组成对客户端的最终响应，如
metric插件；
5、 CoreDNS 如何处理 DNS 请求
如果 Corefile 为：
coredns.io:5300 {
file db.coredns.io
}
example.io:53 {
log
file db.example.io
errors
}
example.net:53 {
file db.example.net
}
.:53 {
log
errors
cache
kubernetes
health
proxy . 8.8.8.8
}
从配置文件来看，我们定义了两个 server（其中监听5300端口的server仅配置了coredns.io这一个zone，监听53端口的server配置了example.io、example.net和.三个zone），分别监听在 5300 和 53 端口。其逻辑图可如下所示：
每个进入到某个 server 的请求将按照 plugin.cfg 定义顺序执行其已经加载的插件。
从上图，我们需要注意的是尽管在 .:53 配置了 health 插件，但是它并为在上面的逻辑图中出现，原因是：该插件并未参与请求相关的逻辑（即并没有在插件链上），只是修改了 server 配置。更一般地，我们可以将插件分为两种：
-
Normal 插件：参与请求相关的逻辑，且插入到插件链中；
-
其他插件：不参与请求相关的逻辑，也不出现在插件链中，只是用于修改 server 的配置，如
health，tls等插件；
6、Kubernetes中CoreDNS配置详解
通过下面命令查看当前Kubernetes集群coredns配置
kubectl get configmaps -n=kube-system coredns -o yaml
结果如下（只粘贴了配置部分）：
apiVersion: v1
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
}
hosts {
10.20.31.104 www.google.com
fallthrough
}
prometheus :9153
forward . /etc/resolv.conf
cache 30
loop
reload
loadbalance
}
kind: ConfigMap
......
| 参数 | 说明 |
| errors | 打印/存储错误日志 |
| health | CoreDNS自身健康状态报告，默认监听端口8080，一般用来做健康检查。您可以通过http://localhost:8080/health获取健康状态（coredns Pod配置的存活探针使用此接口获取CoreDNS自身健康）。 |
| ready | CoreDNS插件状态报告，默认监听端口8181，一般用来做可读性检查。可以通过http://localhost:8181/ready获取可读状态。当所有插件都运行后，ready状态为200（coredns Pod配置的就绪探针使用此接口获取CoreDNS插件的就绪状况）。 |
| kubernetes |
kubernetes： CoreDNS Kubernetes插件，提供集群内服务解析能力。该插件实现了基于Kubernetes DNS的服务发现。 其中cluster.local in-addr.arpa ip6.arpa表示kubernetes插件会处理域名后缀为cluster.local的所有域名以及处理所有的in-addr.arpa中的反向dns查找和ip6.arpa形式域名，其中kubernetes集群域名后缀是在kubelet参数中配置的，默认值为cluster.local。 pods参数用于设置基于pods ip的A记录，例如default namespace下存在一个pod,ip为10.233.64.2,此Pod的A记录为10-233-64-2.default.pod.cluster.local ->10.233.64.2，pods参数有三个值，其中disabled表示关闭pod ip的A记录；insecure总是从请求中返回一个带有IP的A记录（不检查k8s）（例如：1-2-3-4.ns.pod.cluster.local. in A 1.2.3.4）；verified表示如果在同一命名空间中，则存在匹配IP的pod。 fallthrough：指定特定区域查询失败，如果in-addr.arpa和ip6.arpa形式的域名在kubernetes插件没有匹配成功的话则进入下一个 plugin 继续。 ttl参数为响应客户端请求设置的自定义 TTL。
|
| hosts |
加载 /etc/hosts 文件里面的解析信息。如果一个域名在 hosts 文件中存在，则优先使用这个信息返回，在本例中一定要注意hosts插件的位置，如果放在了forward插件之后，那么hosts插件即没有匹配的机会； |
| prometeus |
CoreDNS自身metrics数据接口。可以通过http://localhost:9153/metrics获取prometheus格式的监控数据。
|
| forward | 将域名查询请求转到预定义的DNS服务器。默认配置中，当域名不在Kubernetes域时，将请求转发到预定义的解析器（/etc/resolv.conf）中。默认使用宿主机的/etc/resolv.conf配置。forward . /etc/resolv.conf中的"."表示匹配所有域名。 |
| cache | 溯源得到的结果，缓存指定时间。类似 TTL 的概念；TTL以秒为单位。如果未指定，将使用最大 TTL，对于 NOERROR 响应为 3600，对于拒绝存在响应为 1800。将 TTL 设置为 30表示缓存记录长达 30 秒。 |
| loop |
环路检测，如果检测到环路，则停止CoreDNS。例如，forward . /etc/resolv.conf中配置的dns server地址和coredns地址一致，客户端请求解析in-addr.arpa类型域名，在kubernetes插件中解析in-addr.arpa类型域名失败，由于配置了fallthrough in-addr.arpa ip6.arpa，那么就会进入到forward插件继续解析，由于forward . /etc/resolv.conf中配置的dns server地址和coredns地址一致，那么又会传到dns server进行解析，这么就陷入了一个死循环，通过loop插件可以避免环路问题。 |
| reload |
允许自动重新加载已更改的Corefile。编辑ConfigMap配置后，请等待两分钟以使更改生效,无需重启coredns对应的Pod。
|
| loadbalance |
循环DNS负载均衡器，可以在答案中随机A、AAAA、MX记录的顺序。
|
讲一下我自己的理解：
- 配置文件类似于 nginx 配置文件的格式；
- 最外面一级的大括号，对应‘服务’的概念。多个服务可以共用一个端口；
- 往里面一级的大括号，对应 plugins 的概念，每一个大括号都是一个 plugin。这里可以看出，plugins 是 CoreDNS 的一等公民；
- 服务之间顺序有无关联没有感觉，但 plugins 之间是严重顺序相关的。某些 plugin 必须用
fallthrough关键字流向下一个 plugin； - plugin 内部的配置选项是顺序无关的；
- 从 CoreDNS 的性能指标看，适合做大型服务。
7、Kubenetes中NodeLocalDNS配置详解
nodelocaldns介绍本文不在多余介绍，只针对nodelocaldns配置进行讲解，nodelocaldns配置几乎和CoreDNS配置一致。
通过下面命令查看当前Kubernetes集群coredns配置
kubectl get configmaps -n=kube-system nodelocaldns -o yaml
结果如下（只粘贴了配置部分）：
apiVersion: v1
data:
Corefile: |
cluster.local:53 {
errors
cache {
success 9984 30
denial 9984 5
}
reload
loop
bind 169.254.25.10
forward . 10.233.0.3 {
force_tcp
}
prometheus :9253
health 169.254.25.10:9254
}
in-addr.arpa:53 {
errors
cache 30
reload
loop
bind 169.254.25.10
forward . 10.233.0.3 {
force_tcp
}
prometheus :9253
}
ip6.arpa:53 {
errors
cache 30
reload
loop
bind 169.254.25.10
forward . 10.233.0.3 {
force_tcp
}
prometheus :9253
}
.:53 {
errors
cache 30
reload
loop
bind 169.254.25.10
forward . /etc/resolv.conf
prometheus :9253
}
kind: ConfigMap
......
nodelocaldns只配置了一个server，监听默认的UDP 53端口，4个zone。域名后缀为cluster.local的所有域名以及in-addr.arpa和ip6.arpa形式域名走coredns进行域名解析，其他外部域名使用宿主机的/etc/resolv.conf文件配置的nameserver进行解析。这里着重解释下cluster.local这个zone里面cache插件的配置。
简单来说，success 9984 30表示对于成功的缓存最多缓存9984条域名解析记录，缓存时间为30s，denial 9984 5表示对于失败的缓存最多缓存9984条域名解析记录，缓存时间为5s。
8、总结
