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如何解决 Kubernetes 的 DNS 延迟问题

由于 Linux 内核中的缺陷,在 Kubernetes 集群中你很可能会碰到恼人的 DNS 间歇性 5 秒延迟问题(社区 issue 为 #56903[1])。虽然 issue 已经关闭了,但并不是说这个问题已经完全解决了,所以在管理和维护 Kubernetes 集群时,我们需要注意绕开这个缺陷。

为什么会有 DNS 间歇性延迟问题

为什么在 Kubernetes 集群会碰到这个间歇性 5 延迟的问题呢?Weave works 发布了一篇博客Racy conntrack and DNS lookup timeouts[2]详细介绍了问题的原因。

简单来说,由于 UDP 是无连接的,内核 netfilter 模块在处理同一个 socket 上的并发 UDP 包时就可能会有三个竞争问题。以下面的 conntrack 和 DNAT 工作流程为例:

图片

由于 UDP 的 connect 系统调用不会立即创建 conntrack 记录,而是在 UDP 包发送之后才去创建,这就可能会导致下面三种问题:

  1. 两个 UDP 包在第一步 nf_conntrack_in 中都没有找到 conntrack 记录,所以两个不同的包就会去创建相同的 conntrack 记录(注意五元组是相同的)。
  2. 一个 UDP 包还没有调用 get_unique_tuple 时 conntrack 记录就已经被另一个 UDP 包确认了。
  3. 两个 UDP 包在 ipt_do_table 中选择了两个不同端点的 DNAT 规则。

所有这三种场景都会导致最后一步 __nf_conntrack_confirm 失败,从而一个 UDP 包被丢弃。由于 GNU C 库和 musl libc 库在查询 DNS 时,都会同时发出 A 和 AAAA DNS 查询,由于上述的内核竞争问题,就可能会发生其中一个包被丢掉的问题。丢弃之后客户端会超时重试,超时时间通常是 5 秒。

上述的第三个问题至今还没有修复,而前两个问题则已经修复了,分别包含在 5.0 和 4.19 中:

  1. netfilter: nf_nat: skip nat clash resolution for same-origin entries[3] (包含在内核 v5.0 中)
  2. netfilter: nf_conntrack: resolve clash for matching conntracks[4] (包含在内核 v4.19 中)

在公有云中,这些补丁有可能也会包含在旧的内核版本中。比如在 Azure 上,这两个问题已经包含在 v4.15.0-1030.31 和 v4.18.0-1006.6 中。

如何避免这个问题

要避免 DNS 延迟的问题,就要设法绕开上述三个问题,所以就有下面几种方法:

  1. 禁止并发 DNS 查询,比如在 Pod 配置中开启 single-request-reopen 选项强制 A 查询和 AAAA 查询使用相同的 socket:
dnsConfig:
  options:
    - name: single-request-reopen
复制代码
  1. 禁用 IPv6 从而避免 AAAA 查询,比如可以给 Grub 配置 ipv6.disable=1 来禁止 ipv6(需要重启节点才可以生效)。
  2. 使用 TCP 协议,比如在 Pod 配置中开启 use-vc 选项强制 DNS 查询使用 TCP 协议:
dnsConfig:
  options:
    - name: single-request-reopen
    - name: ndots
      value: "5"
    - name: use-vc
复制代码
  1. 使用 Nodelocal DNS Cache[5],所有 Pod 的 DNS 查询都通过本地的 DNS 缓存查询,避免了 DNAT,从而也绕开了内核中的竞争问题。你可以执行下面的命令来部署它(注意它会修改 Kubelet 配置并重启 Kubelet):
kubectl apply -f https://github.com/feiskyer/kubernetes-handbook/raw/master/examples/nodelocaldns/nodelocaldns-kubenet.yaml
复制代码

参考资料


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