【Kubernetes笔记】为什么DNS解析会超时？

[1 问题背景](#1 问题背景)
[2 产生后续的问题](#2 产生后续的问题)
[3 DNS 负缓存工作原理：](#3 DNS 负缓存工作原理：)
[4 如何解决和缓解 DNS 负缓存](#4 如何解决和缓解 DNS 负缓存)
- [4.1 减小负缓存 TTL](#4.1 减小负缓存 TTL)
- [4.2 重试机制](#4.2 重试机制)
- [4.3 减少 Pod 的频繁重启或调度](#4.3 减少 Pod 的频繁重启或调度)
- [4.4 使用 Headless Service](#4.4 使用 Headless Service)
- [4.5 手动刷新 DNS 缓存](#4.5 手动刷新 DNS 缓存)
[5 总结](#5 总结)

❤️ 摘要：本文是作者在Kubernetes环境中遇到的一个实际问题，即使Pod和服务正常运行，DNS解析仍可能出现超时或失败。文章分析了两种常见场景及原因，并介绍了DNS负缓存机制及其带来的问题。为解决这些问题，可以根据场景采取不同的措施，有助于提高DNS解析的实时性和准确性，保障应用的稳定运行。

1. 问题背景

❓ 思考：当部署的Pod、Service已经正常运行了，但是为什么DNS解析有时会出现超时的情况？

bash 复制代码

/ # nslookup redis-0.redis.default.svc.cluster.local
Server:         10.245.0.254
Address:        10.245.0.254:53


Server:         10.245.0.254
Address:        10.245.0.254#53

** server can't find redis-0.redis.default.svc.cluster.local: NXDOMAIN

通常出现的场景有两个：

Pod 出现变化导致解析失败：当 Pod 被删除、重启或者调度到其他节点时，Pod 的 IP 地址会发生变化。在这种情况下需要更新服务与 Pod 之间的 IP 映射。如果 DNS 缓存未及时更新，在查询时可能会返回失败的 DNS 记录。
Service 创建后短时间内不可解析：在 Service 刚创建或更新时，DNS 系统需要一段时间来将新的 Service 名称解析到 ClusterIP。如果在这个时间间隙内有请求到该 Service 的域名，DNS 系统可能返回负缓存，并且影响后续的解析请求。

2. 产生后续的问题

每当解析出现失败后，DNS服务器会存在DNS 负缓存（DNS Negative Caching）。

DNS 负缓存（DNS Negative Caching）：当 DNS 查询结果为失败时（即查询的域名不存在，或者请求失败），DNS 服务器会将该失败信息缓存一段时间，以避免频繁重复查询同一个不存在的域名。这种机制可以提高 DNS 查询的效率，减少不必要的网络流量。但也会产生一些问题：

影响域名恢复的实时性：如果一个域名一开始不可用，但在负缓存时间内域名恢复正常，客户端仍可能会因为负缓存的存在继续收到失败的响应，直到缓存过期。因此，负缓存可能在一定时间内影响恢复服务的及时性。。
错误的解析结果：负缓存可能会导致客户端继续收到错误的解析结果，甚至当 Pod 或 Service 已经处于健康状态时依然无法访问。
集群内不同 DNS 服务器的缓存差异：不同的 DNS 服务器对负缓存的处理策略和 TTL 设置不同的话，可能会导致查询结果在不同客户端中表现不一致。

3. DNS 负缓存工作原理：

当 DNS 查询无法成功解析域名时，DNS 服务器会返回一个错误响应。通常，这种错误包括：

NXDOMAIN（Non-Existent Domain）：表示域名不存在。
SERVFAIL：表示 DNS 服务器遇到问题或无法处理请求。
REFUSED：表示查询被拒绝。

缓存的时间由错误响应中的 TTL（Time To Live）值控制，通常会设置为较短的一段时间（例如几秒或几分钟）。

4. 如何解决和缓解 DNS 负缓存

4.1 减小负缓存 TTL

如果你使用的是 CoreDNS 作为 Kubernetes 集群的 DNS 服务，可以通过修改 CoreDNS 配置文件来减少 NXDOMAIN 负缓存的时间。

例如，修改 coredns ConfigMap，调整 cache 插件的负缓存时间：

bash 复制代码

kubectl edit configmap coredns -n kube-system

在 Corefile 中找到 cache 的配置部分：

text 复制代码

  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 0.0.0.0:9153
          forward . /etc/resolv.conf
          cache 30 {
              denial 5  # 将负缓存时间设置为 5 秒
          }
          loop
          reload
          loadbalance
      }

这里的 denial 表示缓存 NXDOMAIN 结果的时间，单位是秒。通过将其设置为较小的值（如 5 秒），可以减少负缓存对解析的影响。

4.2 重试机制

应用程序在对 Pod 或 Service 进行 DNS 查询时，可以实现重试机制。由于 DNS 负缓存的时间通常很短（几秒钟），简单的重试策略可以避免因临时 DNS 解析失败导致的应用程序中断。

4.3 减少 Pod 的频繁重启或调度

确保 Liveness 和 Readiness 探针设置合理，避免因过于敏感的探针配置导致 Pod 频繁重启。
检查 Pod 的资源限制，确保为每个 Pod 分配了足够的 CPU 和内存资源，避免因资源不足导致 Pod 宕机或调度失败。

4.4 使用 Headless Service

在使用 Headless Service 时，DNS 直接解析为 Pod 的 IP 地址，因此 Pod 之间可以直接通过 DNS 名称通信，不会受到 Service 的负缓存影响。
适用于有状态应用（如 StatefulSet），可以直接通过 Pod 的 DNS 名称（如 redis-0.redis.default.svc.cluster.local）进行访问。

4.5 手动刷新 DNS 缓存

在一些情况下，如果负缓存对应用产生了严重影响，你可以尝试手动刷新 DNS 缓存，确保新的 DNS 解析结果生效。

删除并重启 CoreDNS Pod：
bash 复制代码
```
kubectl delete pod -n kube-system -l k8s-app=kube-dns
```
Kubernetes 会自动重启 CoreDNS Pod，从而清除 DNS 缓存。

5. 总结

Kubernetes 中的 DNS 负缓存问题，通常发生在 Pod 动态变化或 Service 创建的瞬间，导致 DNS 查询失败并被缓存。如果你在实际的业务场景也遇到这种情况，可以通过以上的方式尝试缓解或处理负缓存的影响。

【Kubernetes笔记】为什么DNS解析会超时？