Kubernetes 是可以支援 ClusterIP:Port 、PodIP:Port 的形式，來完成相互溝通的，但是這樣會帶來些問題，因為 Kubernetes 內部 Pod 和 Service 都有機會重啟的，這會導致 Pod 和 Service 的 IP 發生變化；但 Service 名字等一些標識資訊是不會經常變動的，所以 Kubernetes 更推薦通過 Service 的名字來訪問服務，這就是服務發現。Service Discovery 是一種機制，通過該機制，服務可以動態發現彼此，而無需 hardcode 硬寫 IP 或 endpoint 配置。可以讓我們只透過 Service 的名稱，就能找到相對應 Pod ，而非使用 IP 地址訪問。

在 Kubernetes 中要和 Service 溝通有兩種主要方式，分別是

  • Environment Variable，已經是內建的
  • DNS，必須要安裝 addon 才會有

透過 Kubernetes DNS 可以讓同一個 Cluster 中的所有 Pods ，都能透過 Service 的名稱找到彼此。

環境變數 (不推薦使用)

當 Pod 創建時， kubelet 會在該 Pod 中注入同一個 namespace 中有標籤關聯的 Service 的相關環境變量。

使用環境變數來取得 IP有一個限制，pods 須在一個 namespace 中，同一個 namespace 中的 pod 才會共享環境變量，如果不在同一個 namespace 就無法使用這個方法。

比如一個 ServiceName 爲redis-master 的 Service，對應的 ClusterIP:Port 爲 10.0.0.11:6379，則對應的環境變量爲：

若 Pod 建立的時間比 Service 還要早， kubelet 在填入環境變數的資訊時，會沒有 Service 可以填入，這會發生一些錯誤。

DNS (最常使用的方式)

Service-A 中 Pod 與 Service-B Pod 之間的溝通，可以在其容器的環境變數中使用 Service IP 或是 Service Name 來實現。但由於 Service IP 提前可能並不會知道，因此引入服務發現，它的作用就是監聽 Service 變更並更新 DNS。

DNS 則是 addon，不會預設安裝進 Kubernetes 中，但目前普遍 Kubernetes 安裝相關的專案都會協助安裝 DNS service。最常見的是 kube-dns 和 CoreDNS，另外也可 add-on 使用其他 DNS 提供商來對 Cluster 內的 Pod 進行 Service Discovery。

Kubernetes cluster 上的每個 Service 在創建時，都會被自動委派一個格式為

  • <service>.<ns>.svc.<zone>

的名稱，詳細 Record 就暫不討論。

Kubernetes DNS

在 Kubernetes 中，Service Discovery 一般常用的 DNS 提供商是使用 kube-dns 或 CoreDNS ，而 CoreDNS 從 v1.13 開始成為 Kubernetes 默認 DNS 服務。

補充一下，在 GCP 提供的 GKE :

  • Autopilot mode 只能使用 kube-dns，無法修改 DNS 提供商
  • Standard mode 提供 :
    • kube-dns (Default)
    • Cloud DNS

Kubernetes 會在 kube-system 命名空間中用 Pod 的形式運行一個 DNS 服務，一旦 Kubernetes 被建立後，便會自動運行。每個 Kubernetes service 都會自動註冊到 DNS 服務之中，註冊過程大致如下：

  • 向 API Server 用 POST 方式提交一個新的 Service ，這個請求需要經過認證。

  • Service 得到一個 ClusterIP，並保存到 etcd

  • DNS 服務會以某種方式得知有 Service 的創建，據此創建必要的記錄。

某種方式是甚麼呢 ? 舉例 CoreDNS ，它會對 API Server 進行監聽，一旦發現有新建的 Service 對象，就創建一個從 Service 名稱(metadata.name)映射到 ClusterIP 的域名記錄，Service 不必自行向 DNS 進行註冊。 Service 物件註冊到 DNS 服務之後，就能夠被其它 Pod 發現，Service 物件有一個 Label Selector 屬性，同樣有這標籤的 Pod 就會被納入到負載均衡目標之中。

若要 Pod 使用 Service Discovery 功能，會需要知道 DNS 服務器的位置才能使用它。因此每個 Pod 中的每個容器的 /etc/resolv.conf 都會被配置 DNS 服務的 domain name 與相對應的 IP 位址，接下來就需要通過外掛程式來啟動集群內的 DNS 服務了。

k8s Domain Name 解析規則，會因為 Pod 所在的 namespace 而返回不同的結果。若沒有指定 namespace 的 DNS 查詢，會被限制在 Pod 所在的當前 namespace 內。

  • k8s 中有 namespace 的概念，由於不同的 namespace 中可以有同樣名稱的 service ，因此 DNS 解析的部份就需要考慮 namespace

  • k8s cluster domain name，若是未設定，預設就會是 cluster.local

參考資料