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摘要：通過監視資源的變化，并根據的信息生成記錄寫入到中。是唯一保留的容器，依然提供健康檢查。操作會獲取最新的全量資源與本地狀態進行比較來產生通知，可以避免網絡原因導致的丟失通知的情況。最后一個參數用來設置處理事件的回調。
上一期我們以1.2版本為背景，介紹了K8S的服務發現和kube-dns插件的相關內容。有了上一期內容作為基礎，這期了解最新版本的kube-dns就會容易很多。
本文主要對比1.2和1.4版本中kube-dns 的主要變化，以及最新版本中kube-dns的內部實現。滿滿的干貨來了，你準備好了嗎？
大綱● kube-dns的主要變化
● kube-dns的實現原理
● kubedns容器詳解
● dnsmasq容器簡介
● exechealthz容器簡介
主要變化● 服務發現機制未變化
也就是說kube-dns對外的接口是基本沒變的。變化主要在于kube-dns插件的內部組成，由原來的四個容器變為了三個。
現在回顧一下上一期所講的1.2版本kube-dns的組成。
Kube2sky通過K8S API監視K8S Service資源的變化，并根據Service的信息生成DNS記錄寫入到etcd中。Skydns為集群中的Pod提供DNS查詢服務，DNS記錄從etcd中讀取。Exechealthz提供健康檢查功能。
接下來我們再看一下1.4版本kube-dns的組成。對比兩張圖，可以很直觀的看到kube-dns對外接口沒有發生變化。Exechealthz是唯一保留的容器，依然提供健康檢查。
不同點：
1.會檢查兩個容器的健康狀態。
2.為集群提供DNS查詢服務的容器由skydns變為了dnsmasq。
3.Kubedns容器替代了kube2sky來監視Service資源。
4.Etcd容器不見了。
相信有些人會好奇DNS記錄現在保存在哪了呢？那為了回答這個問題以及了解新版kube-dns的工作原理，我們就進入下一章內容來了解其實現原理。
實現原理● kubedns容器的實現
本著“Talk is cheap, show me the code”原則，我們將會以源碼分析的方式介紹其原理。對另外兩個容器會進行簡要介紹。
先來看一下源碼位置，這里列出的是kube-dns插件相關的源碼，不僅僅是kubedns容器的。之前的源碼是集中在cluster/addons/dns下面的，那么1.4版本中分成了三個目錄：
● 第一個目錄會有K8S DNS相關的README以及kubedns容器的Dockerfile。
● 第二個目錄存放kube-dns插件的編排文件。
● 第三個是kubedns源碼目錄，kubedns容器使用的命令行就是從這構建出來的。
● kubedns容器的功能：
● 接入SkyDNS，為dnsmasq提供查詢服務
● 替換etcd容器，使用樹形結構在內存中保存DNS記錄
● 通過K8S API監視Service資源變化并更新DNS記錄
● 服務10053端口
對功能有了大概了解之后，我們下面就結合源碼來看看各個功能是如何實現的。
● kubedns實現——SkyDNS接入
下面是kubedns啟動的部分代碼，這部分顯示的是kubedns在啟動的時候會初始化一個SkyDNS Server，初始化的時候傳入了一個KubeDNSServer.kd。
下面是KubeDNSServer.kd的初始化代碼，使用的是K8S提供的包。使用K8S提供的包可以初始化一個SkyDNS Server？相信很多人能夠想到，這個KubeDNSServer.kd應該實現了一個接口。
SkyDNS Server在初始化的時候需要傳入一個Backend接口，其定義如下。SkyDNS基于Etcd實現了該接口，也會使用它初始化Server。得益于SkyDNS的良好設計，K8S只要實現該接口便可以接入SkyDNS來提供DNS查詢服務，并定制存儲功能。
skydns/server/server.go
skydns/server/backend.go
● kubedns實現——etcd替換
在服務發現的流程中，主要用到了Records這個方法，下面我們就來看看K8S是如何實現這個方法。
主要步驟是先將域名按“.”拆分，并將各部分顛倒順序生成一個path數組。調用getRecordsForPath方法獲取DNS記錄并返回。
kubernetes/pkg/dns/dns.go
getRecordsForPath會調用cache的相關方法。這個cache會被初始化為一個TreeCache結構，定義如下：
kubernetes/pkg/dns/dns.go
kubernetes/pkg/dns/treecache.go
如下圖所示，TreeCache的結構類似于目錄樹。從根節點到葉子節點的每個路徑與一個域名是相對應的，順序是顛倒的。它的葉子節點只包含Entries，非葉子節點只包含ChildNodes。葉子節點中保存的就是SkyDNS定義的msg.Service結構，可以理解為DNS記錄。
在Records接口方法實現中，只需根據域名查找到對應的葉子節點，并返回葉子節點中保存的所有msg.Service數據。K8S就是通過這樣的一個數據結構來保存DNS記錄的，并替換了Etcd。
● kubedns實現——監視Service
最后我們來看一下監視Service資源的相關代碼。如下圖所示，這里使用了k8s.io/kubernetes/pkg/client/cache包的NewInformer方法，這個方法在K8S源碼里會經常看到。其參數為：
● 第一個參數需要傳入ListWatch結構，它定義了List和Watch操作步驟。kd.kubeClient結構可以用來訪問K8S API，從代碼中可以看出分別訪問了List和Watch API
● 第二個參數為監視的資源類型，代碼中指定了Service資源
● 第三個參數為List操作的執行間隔。Watch操作是通知機制，只要監視的資源發送變化
就會調用對應的回調函數。List操作會獲取最新的全量資源與本地狀態進行比較來產生通知，可以避免網絡原因導致的Watch丟失通知的情況。List操作代價較高，因此需要通過第三個參數來設置其執行間隔。
● 最后一個參數用來設置處理事件的回調。
kubernetes/pkg/dns/dns.go
下面我們以新增Service事件的處理流程為例來簡單了解一下事件處理的代碼。
在創建一個K8S Service資源后，newService方法最終會調用newPortalService方法，其代碼如下。getSkyMsg函數會將Service的ClusterIP保存到msg.Service結構中并返回，對應recordValue。recordLabel可以理解為一個摘要值，與ClusterIP是一一對應的，它將作為TreeCache葉子節點的key。
最后根據Service信息找到對應的樹枝（如不存在會構建），并設置葉子節點。這樣一個新建的Service對應的DNS記錄就保存到kubedns中了。
kubernetes/pkg/dns/dns.go
Kubedns容器的主要原理已經講解完了，下面我們簡要介紹一下其他兩個容器。
● dnsmasq簡介
● Dnsmasq是一款小巧的DNS配置工具
● 在kube-dns插件中的作用：
● 通過kubedns容器獲取DNS規則，在集群中提供DNS查詢服務
● 提供DNS緩存，提高查詢性能
● 降低kubedns容器的壓力、提高穩定性
● Dockerfile在GitHub上Kubernetes組織的contrib倉庫中，位于dnsmasq目錄下。
● 在kube-dns插件的編排文件中可以看到，dnsmasq通過參數--server=127.0.0.1#10053指定upstream為kubedns。
● exechealthz簡介
● 在kube-dns插件中提供健康檢查功能
● 源碼同樣在contrib倉庫中，位于exec-healthz目錄下。
● 新版中會對兩個容器都進行健康檢查，更加完善。
總結1.4版本kube-dns插件的三個容器的功能如下：
● kubedns容器
● 監視k8s Service資源并更新DNS記錄
● 替換etcd，使用TreeCache數據結構保存DNS記錄并實現SkyDNS的Backend接口
● 接入SkyDNS，對dnsmasq提供DNS查詢服務
● dnsmasq容器
● 對集群提供DNS查詢服務
● 設置kubedns為upstream
● 提供DNS緩存，降低kubedns負載，提高性能
● exechealthz容器
● 定期檢查kubedns和dnsmasq的健康狀態
● 為k8s活性檢測提供HTTP API
相比于1.2版本，個人認為有了如下改進：
● 無狀態服務。1.2版本中，需要將Etcd的數據Volume出來才能保證Etcd容器重啟之后數據不會丟失，服務可以快速恢復。新版本中作為無狀態服務出現，通過增加冗余來提高可靠性。即使kubedns容器重啟，dnsmasq緩存機制也可以保證服務的可用性。
● 優化查詢效率。SkyDNS直接從內存中獲取DNS記錄。
● 完善健康檢查。1.2版本中只對kube2sky設置了健康檢查。
除了改進之外，還有一點不足，也是大家比較擔心的 「 內存占用 」。目前在kube-dns編排文件中默認設置了內存限制為170M，在注釋中可以看出這一數字并未在大規模集群中驗證。不過相信不久的將來我們就能看到這一驗證結果。
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