Kubernetes自动扩缩DNS

在 Kubernetes 集群中，DNS 服务是一个重要的组件，它负责将域名解析为相应的 IP 地址。随着集群规模的扩大，DNS 服务的负载也会相应增加，因此需要启用和配置 DNS 服务的自动扩缩功能，以确保其性能和可靠性。本教程将介绍如何在 Kubernetes 集群中启用和配置 DNS 服务的自动扩缩功能。

一、准备

1、必须拥有一个 Kubernetes 的集群，同时必须配置 kubectl 命令行工具与集群通信。 建议在至少有两个不作为控制平面主机的节点的集群上运行本教程。 如果还没有集群，可以通过 Minikube 构建一个自己的集群，或者可以使用下面的 Kubernetes 练习环境之一：

• Killercoda
• 玩转 Kubernetes

2、要获知版本信息，请输入 kubectl version；

3、节点要使用 AMD64 或 Intel 64 CPU 架构；

4、确保 Kubernetes DNS 已启用。

二、DNS水平自动扩缩特性

确定是否 DNS 水平自动扩缩特性已经启用，在 kube-system 命名空间中列出集群中的 Deployment：

kubectl get deployment --namespace=kube-system

输出类似如下这样：

NAME                      READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
...
dns-autoscaler            1/1     1            1           ...
...

三、获取DNS Deployment名称

列出集群内 kube-system 命名空间中的 DNS Deployment：

kubectl get deployment -l k8s-app=kube-dns --namespace=kube-system

输出类似如下这样：

NAME      READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
...
coredns   2/2     2            2           ...
...

如果看不到 DNS 服务的 Deployment，也可以通过名字来查找：

kubectl get deployment --namespace=kube-system

并在输出中寻找名称为 coredns 或 kube-dns 的 Deployment。

扩缩目标为：

Deployment/<your-deployment-name>

其中 <your-deployment-name> 是 DNS Deployment 的名称。 例如，如果 DNS Deployment 名称是 coredns，则扩展目标是 Deployment/coredns。

CoreDNS 是 Kubernetes 的默认 DNS 服务。CoreDNS 设置标签 k8s-app=kube-dns， 以便能够在原来使用 kube-dns 的集群中工作。

四、启用DNS水平自动扩缩

创建一个新的 Deployment，Deployment 中的 Pod 运行一个基于 cluster-proportional-autoscaler-amd64 镜像的容器。创建文件 dns-horizontal-autoscaler.yaml，内容如下所示：

<code class="language-yaml" data-lang="yaml">kind: ServiceAccount
apiVersion: v1
metadata:
  name: kube-dns-autoscaler
  namespace: kube-system
---
kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: system:kube-dns-autoscaler
rules:
  - apiGroups: [""]
    resources: ["nodes"]
    verbs: ["list", "watch"]
  - apiGroups: [""]
    resources: ["replicationcontrollers/scale"]
    verbs: ["get", "update"]
  - apiGroups: ["apps"]
    resources: ["deployments/scale", "replicasets/scale"]
    verbs: ["get", "update"]
# 待以下 issue 修复后，请删除 Configmaps
# kubernetes-incubator/cluster-proportional-autoscaler#16
  - apiGroups: [""]
    resources: ["configmaps"]
    verbs: ["get", "create"]
---
kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: system:kube-dns-autoscaler
subjects:
  - kind: ServiceAccount
    name: kube-dns-autoscaler
    namespace: kube-system
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: system:kube-dns-autoscaler
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: kube-dns-autoscaler
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: kube-dns-autoscaler
    kubernetes.io/cluster-service: "true"
spec:
  selector:
    matchLabels:
      k8s-app: kube-dns-autoscaler
  template:
    metadata:
      labels:
        k8s-app: kube-dns-autoscaler
    spec:
      priorityClassName: system-cluster-critical
      securityContext:
        seccompProfile:
          type: RuntimeDefault
        supplementalGroups: [ 65534 ]
        fsGroup: 65534
      nodeSelector:
        kubernetes.io/os: linux
      containers:
      - name: autoscaler
        image: registry.k8s.io/cpa/cluster-proportional-autoscaler:1.8.4
        resources:
            requests:
                cpu: "20m"
                memory: "10Mi"
        command:
          - /cluster-proportional-autoscaler
          - --namespace=kube-system
          - --configmap=kube-dns-autoscaler
          # 应该保持目标与 cluster/addons/dns/kube-dns.yaml.base 同步。
          - --target=<SCALE_TARGET>
          # 当集群使用大节点（有更多核）时，“coresPerReplica”应该占主导地位。
          # 如果使用小节点，“nodesPerReplica“ 应该占主导地位。
          - --default-params={"linear":{"coresPerReplica":256,"nodesPerReplica":16,"preventSinglePointFailure":true,"includeUnschedulableNodes":true}}
          - --logtostderr=true
          - --v=2
      tolerations:
      - key: "CriticalAddonsOnly"
        operator: "Exists"
      serviceAccountName: kube-dns-autoscaler

在文件中，将 <SCALE_TARGET> 替换成扩缩目标。

进入到包含配置文件的目录中，输入如下命令创建 Deployment：

kubectl apply -f dns-horizontal-autoscaler.yaml

一个成功的命令输出是：

deployment.apps/dns-autoscaler created

DNS 水平自动扩缩在已经启用了。

五、调优DNS自动扩缩参数

验证 dns-autoscaler ConfigMap 是否存在：

kubectl get configmap --namespace=kube-system

输出类似于：

NAME                  DATA      AGE
...
dns-autoscaler        1         ...
...

修改该 ConfigMap 中的数据：

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

找到如下这行内容：

linear: '{"coresPerReplica":256,"min":1,"nodesPerReplica":16}'

根据需要修改对应的字段。“min” 字段表明 DNS 后端的最小数量。 实际后端的数量通过使用如下公式来计算：

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

注意 coresPerReplica 和 nodesPerReplica 的值都是浮点数。

背后的思想是，当一个集群使用具有很多核心的节点时，由 coresPerReplica 来控制。 当一个集群使用具有较少核心的节点时，由 nodesPerReplica 来控制。

六、禁用DNS水平自动扩缩

有几个可供调优的 DNS 水平自动扩缩选项。具体使用哪个选项因环境而异。

1、缩容 dns-autoscaler Deployment 至 0 个副本

该选项适用于所有场景。运行如下命令：

kubectl scale deployment --replicas=0 dns-autoscaler --namespace=kube-system

输出如下所示：

deployment.apps/dns-autoscaler scaled

验证当前副本数为 0：

kubectl get rs --namespace=kube-system

输出内容中，在 DESIRED 和 CURRENT 列显示为 0：

NAME                                 DESIRED   CURRENT   READY   AGE
...
dns-autoscaler-6b59789fc8            0         0         0       ...
...

2、删除 dns-autoscaler Deployment

如果 dns-autoscaler 为所控制，也就说没有人会去重新创建它，可以选择此选项：

kubectl delete deployment dns-autoscaler --namespace=kube-system

输出内容如下所示：

deployment.apps "dns-autoscaler" deleted

3、从主控节点删除 dns-autoscaler 清单文件

如果 dns-autoscaler 在插件管理器 的控制之下，并且具有操作 master 节点的写权限，可以使用此选项。登录到主控节点，删除对应的清单文件。 dns-autoscaler 对应的路径一般为：

/etc/kubernetes/addons/dns-horizontal-autoscaler/dns-horizontal-autoscaler.yaml

当清单文件被删除后，插件管理器将删除 dns-autoscaler Deployment。

七、DNS平自动扩缩工作原理

1、cluster-proportional-autoscaler 应用独立于 DNS 服务部署。

2、autoscaler Pod 运行一个客户端，它通过轮询 Kubernetes API 服务器获取集群中节点和核心的数量。

3、系统会基于当前可调度的节点个数、核心数以及所给的扩缩参数，计算期望的副本数并应用到 DNS 后端。

4、扩缩参数和数据点会基于一个 ConfigMap 来提供给 autoscaler，它会在每次轮询时刷新它的参数表， 以与最近期望的扩缩参数保持一致。

5、扩缩参数是可以被修改的，而且不需要重建或重启 autoscaler Pod。

6、autoscaler 提供了一个控制器接口来支持两种控制模式：linear 和 ladder。