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KubernetesクラスターでNodeLocal DNSキャッシュを使用する task

{{< feature-state for_k8s_version="v1.18" state="stable" >}} このページでは、KubernetesのNodeLocal DNSキャッシュの機能の概要について説明します。

{{% heading "prerequisites" %}}

{{< include "task-tutorial-prereqs.md" >}} {{< version-check >}}

イントロダクション

NodeLocal DNSキャッシュは、クラスターノード上でDNSキャッシュエージェントをDaemonSetで稼働させることで、クラスターのDNSパフォーマンスを向上させます。現在のアーキテクチャーにおいて、ClusterFirstのDNSモードでのPodは、DNSクエリー用にkube-dnsのService IPに疎通します。これにより、kube-proxyによって追加されたiptablesを介してkube-dns/CoreDNSのエンドポイントへ変換されます。この新しいアーキテクチャーによって、Podは同じノード上で稼働するDNSキャッシュエージェントに対して疎通し、それによってiptablesのDNATルールとコネクショントラッキングを回避します。ローカルのキャッシュエージェントはクラスターのホスト名(デフォルトではcluster.localというサフィックス)に対するキャッシュミスがあるときはkube-dnsサービスへ問い合わせます。

動機

  • 現在のDNSアーキテクチャーでは、ローカルのkube-dns/CoreDNSがないとき、DNSへの秒間クエリー数が最も高いPodは他のノードへ疎通する可能性があります。ローカルでキャッシュを持つことにより、この状況におけるレイテンシーの改善に役立ちます。

  • iptables DNATとコネクショントラッキングをスキップすることはconntrackの競合を減らし、UDPでのDNSエントリーがconntrackテーブルを満杯にすることを避けるのに役立ちます。

  • ローカルのキャッシュエージェントからkube-dnsサービスへの接続がTCPにアップグレードされます。タイムアウトをしなくてはならないUDPエントリーと比べ、TCPのconntrackエントリーはコネクションクローズ時に削除されます(デフォルトの nf_conntrack_udp_timeout は30秒です)。

  • DNSクエリーをUDPからTCPにアップグレードすることで、UDPパケットの欠損や、通常30秒(10秒のタイムアウトで3回再試行する)であるDNSのタイムアウトによるテイルレイテンシーを減少させます。NodeLocalキャッシュはUDPのDNSクエリーを待ち受けるため、アプリケーションを変更する必要はありません。

  • DNSクエリーに対するノードレベルのメトリクスと可視性を得られます。

  • DNSの不在応答のキャッシュも再度有効にされ、それによりkube-dnsサービスに対するクエリー数を減らします。

アーキテクチャー図

この図はNodeLocal DNSキャッシュが有効にされた後にDNSクエリーがあったときの流れとなります。

{{< figure src="/images/docs/nodelocaldns.svg" alt="NodeLocal DNSCache flow" title="Nodelocal DNSCacheのフロー" caption="この図は、NodeLocal DNSキャッシュがDNSクエリーをどう扱うかを表したものです。" >}}

設定

{{< note >}} NodeLocal DNSキャッシュのローカルリッスン用のIPアドレスは、クラスタ内の既存のIPと衝突しないことが保証できるものであれば、どのようなアドレスでもかまいません。例えば、IPv4のリンクローカル範囲169.254.0.0/16やIPv6のユニークローカルアドレス範囲fd00::/8から、ローカルスコープのアドレスを使用することが推奨されています。 {{< /note >}}

この機能は、下記の手順により有効化できます。

  • nodelocaldns.yamlと同様のマニフェストを用意し、nodelocaldns.yamlという名前で保存してください。

  • マニフェスト内の変数を正しい値に置き換えてください。

    • kubedns=kubectl get svc kube-dns -n kube-system -o jsonpath={.spec.clusterIP}

    • domain=<cluster-domain>

    • localdns=<node-local-address>

    <cluster-domain>はデフォルトで"cluster.local"です。<node-local-address> はNodeLocal DNSキャッシュ用に確保されたローカルの待ち受けIPアドレスです。

    • kube-proxyがIPTABLESモードで稼働中のとき:

      sed -i "s/__PILLAR__LOCAL__DNS__/$localdns/g; s/__PILLAR__DNS__DOMAIN__/$domain/g; s/__PILLAR__DNS__SERVER__/$kubedns/g" nodelocaldns.yaml

      __PILLAR__CLUSTER__DNS__と__PILLAR__UPSTREAM__SERVERS__はnode-local-dnsというPodによって生成されます。 このモードでは、node-local-dns Podは<node-local-address>とkube-dnsのサービスIPの両方で待ち受けるため、PodはIPアドレスでもDNSレコードのルップアップができます。

    • kube-proxyがIPVSモードで稼働中のとき:

       sed -i "s/__PILLAR__LOCAL__DNS__/$localdns/g; s/__PILLAR__DNS__DOMAIN__/$domain/g; s/,__PILLAR__DNS__SERVER__//g; s/__PILLAR__CLUSTER__DNS__/$kubedns/g" nodelocaldns.yaml

      このモードでは、node-local-dns Podは<node-local-address>上のみで待ち受けます。node-local-dnsのインターフェースはkube-dnsのクラスターIPをバインドしません。なぜならばIPVSロードバランシング用に使われているインターフェースは既にこのアドレスを使用しているためです。 __PILLAR__UPSTREAM__SERVERS__ はnode-local-dns Podにより生成されます。

  • kubectl create -f nodelocaldns.yamlを実行してください。

  • kube-proxyをIPVSモードで使用しているとき、NodeLocal DNSキャッシュが待ち受けている<node-local-address>を使用するため、kubeletに対する--cluster-dnsフラグを修正する必要があります。IPVSモード以外のとき、--cluster-dnsフラグの値を修正する必要はありません。なぜならNodeLocal DNSキャッシュはkube-dnsのサービスIPと<node-local-address>の両方で待ち受けているためです。

一度有効にすると、クラスターの各Node上で、kube-systemという名前空間でnode-local-dns Podが、稼働します。このPodはCoreDNSをキャッシュモードで稼働させるため、異なるプラグインによって公開された全てのCoreDNSのメトリクスがNode単位で利用可能となります。

kubectl delete -f <manifest>を実行してDaemonSetを削除することによって、この機能を無効にできます。また、kubeletの設定に対して行った全ての変更をリバートすべきです。