[Kubernetes] DNS Setting with Dockerd(原始碼分析上)

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在前篇文章有跟大家分享過實際部屬上遇到的 DNS 問題，並且透過實驗佐證去觀察結果, 本篇文章則是透過另外一種觀點來觀察結果,透過閱讀原始碼的方式來觀察到底 kubernetes 再創建相關的 Pod 時會如何去處理 DNS 相關的設定，由於整個過程牽扯到 kubernetes 以及 CRI(Container Runtime Interface)的操作，而我們預設使用的則是 Docker 作為底層容器的操作. 由於篇幅過長，所以本文會著重於 kubernetes 原始碼的部分，而 Docker 相關的部分則會餘下篇文章來研究.

Preface

此篇文章是 Kubernetes Pod-DNS 系列文章第三篇
此系列文會從使用者的用法到一些問題的發掘，最後透過閱讀程式碼的方式去分析這些問題

相關的文章連結如下

正文

在前篇文章
[Kubernetes] DNS Setting with Dockerd 中已經詳細介紹了整個問題的流程以及觀察結果。

再次重申一次結論
kubernetes 會先嘗試使用節點上 /etc/resolv.conf 的資料，但是若發現 /etc/resolv.conf 是空的，這時候就會去依賴 dockerd 幫忙產生的 /etc/resolv.conf

本篇會直接從 kubernetes 以及 docker 的原始碼來研究這個問題，並且佐證上篇文章的觀察結果。

Kubernetes

在觀察這個現象前，我們必須要先思考方向，該怎麼去追這段程式碼?
到底程式碼的開頭應該從哪邊開始追起?

要講起這個問題實在不是一言兩語可以解決的，這部份除非本身已經對 kubernetes原始碼很瞭解，否則就是要倚賴關鍵字加上本身對程式語言的經驗來判斷，趕緊找到一個正確的進入點。

這邊直接先使用一個簡單的流程圖，來描述整個運作的邏輯，然後接下來會針對這段流程進行更進一步的分析來解決我們的疑問

CRI 流程圖

這邊我們先簡單的知道， kubernetes 本身有非常多的插件，包含了 Storage, Network, Device 以及 Runtime。
這就是你會常常聽到 CNI, CRI, CSI 以及 Device Plugin 等這些名詞出現的理由

Kubernetes 藉由這些插件把部分功能都給模組化，讓任何符合該標準的第三方套件都能夠與 kubernetes 緊密合作。

未來將會撰寫一系列的文章來介紹 CNI，從 CNI 概念到自己撰寫一個 CNI，敬請期待

因為今天的問題主要是運行容器內的設定問題，這部份則是會跟 CRI(Contaienr Runtime Interface) 有關連, 因此我透過下圖稍微說明一下整個流程。

在每個 kubernetes 的節點上都會運行一隻守護程序 kubelet，該 kubelet 內部有一個稱為 kube-runtime 的套件會用來管理在該節點上所有跟容器有關的操作。

kube-runtime 本身會遵守 CRI 的規範來管理容器，而 CRI 則是建立在 gRPC Client/Server 的架構下運行的。

因此 kube runtime 本身會扮演者 gRPC client 的角色，對 gRPC server dockershim 發送管理容器的請求。

而 dockershim 則是一個 kubernetes 內部自行設計實作的一個基於 docker container 且相容 CRI 的 gRPC server.

當 dockershim 收到請求後，就會透過 Docker Container 本身的 API 進行 Docker Container 相關的資源處理。

Imgur

程式碼追蹤

藉由上述流程圖的幫忙後，我們可以有更進一步的方向去思考程式的進入點。

首先我們知道透過對 Pod 設定 dnsPolicy:default 才會有這個問題，同時也觀察到 dockerd 本身的設定也會影響整個 /etc/resolve.conf 的結果。

所以 kube runtime 這邊是一個可能線索，如何解析 Pod 本身的參數並處理是一個方向
同時 dockershim 這邊如何針對 docker container 則會是另外一個線索來追尋。

針對這兩個方向，經過仔細的追尋後，我們可以得到類似下圖的流程

圖中藍色區域都是真實的函式名稱

Imgur

當 1 號發出Create Pod的請求出來後， kubelet 裡面於 kube runtime 模組內則會呼叫到 createPodSandbox 的函式。
在 createPodSandbox 則會進行下列事情

  1. 呼叫 generatePodSandboxConfig
  2. 透過 CRI 要求遠方執行 RunPodSandbox

kube runtime

createPodSandbox

整個函式如下

createPodSandboxkuberuntime_sandbox.go
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// createPodSandbox creates a pod sandbox and returns (podSandBoxID, message, error).
func (m *kubeGenericRuntimeManager) createPodSandbox(pod *v1.Pod, attempt uint32) (string, string, error) {
	podSandboxConfig, err := m.generatePodSandboxConfig(pod, attempt)
	if err != nil {
		message := fmt.Sprintf("GeneratePodSandboxConfig for pod %q failed: %v", format.Pod(pod), err)
		glog.Error(message)
		return "", message, err
	}

	// Create pod logs directory
	err = m.osInterface.MkdirAll(podSandboxConfig.LogDirectory, 0755)
	if err != nil {
		message := fmt.Sprintf("Create pod log directory for pod %q failed: %v", format.Pod(pod), err)
		glog.Errorf(message)
		return "", message, err
	}

	podSandBoxID, err := m.runtimeService.RunPodSandbox(podSandboxConfig)
	if err != nil {
		message := fmt.Sprintf("CreatePodSandbox for pod %q failed: %v", format.Pod(pod), err)
		glog.Error(message)
		return "", message, err
	}

	return podSandBoxID, "", nil
}

generatePodSandboxConfig

generatePodSandboxConfig 這個函式很簡單，基本上就是從 Pod 本身 yaml 檔案裡面去讀取設定，根據這些設定來處理相關的資訊。
我們在意的部份就是 DNS 相關，所以以下就擷取 DNS 相關的函式內容

generatePodSandboxConfigkuberuntime_sandbox.go
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// createPodSandbox creates a pod sandbox and returns (podSandBoxID, message, error).
func (m *kubeGenericRuntimeManager) generatePodSandboxConfig(pod *v1.Pod, attempt uint32) (*runtimeapi.PodSandboxConfig, error) {
....
	dnsConfig, err := m.runtimeHelper.GetPodDNS(pod)
	if err != nil {
		return nil, err
	}
	podSandboxConfig.DnsConfig = dnsConfig
.....

這邊可以看到呼叫了 GetPodDNS 來取得對應的設定，然後我們就一路往下追

GetPodDNS

GetPodDNSdns.go
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func (c *Configurer) GetPodDNS(pod *v1.Pod) (*runtimeapi.DNSConfig, error) {
	dnsConfig, err := c.getHostDNSConfig(pod)
	if err != nil {
		return nil, err
	}

	dnsType, err := getPodDNSType(pod)
	if err != nil {
		glog.Errorf("Failed to get DNS type for pod %q: %v. Falling back to DNSClusterFirst policy.", format.Pod(pod), err)
		dnsType = podDNSCluster
	}
	switch dnsType {
	case podDNSNone:
		// DNSNone should use empty DNS settings as the base.
		dnsConfig = &runtimeapi.DNSConfig{}
	case podDNSCluster:
        ...
	case podDNSHost:
		// When the kubelet --resolv-conf flag is set to the empty string, use
		// DNS settings that override the docker default (which is to use
		// /etc/resolv.conf) and effectively disable DNS lookups. According to
		// the bind documentation, the behavior of the DNS client library when
		// "nameservers" are not specified is to "use the nameserver on the
		// local machine". A nameserver setting of localhost is equivalent to
		// this documented behavior.
		if c.ResolverConfig == "" {
			switch {
			case c.nodeIP == nil || c.nodeIP.To4() != nil:
				dnsConfig.Servers = []string{"127.0.0.1"}
			case c.nodeIP.To16() != nil:
				dnsConfig.Servers = []string{"::1"}
			}
			dnsConfig.Searches = []string{"."}
		}
	}
...
    return c.formDNSConfigFitsLimits(dnsConfig, pod), nil
}

這邊的邏輯非常簡單

  1. 先透過 getHostDNSConfig 取得當前 /etc/resolv.conf 的內容，並且存於變數 dnsCOnfig
  2. 接下來透過 getPodDNSType 該函式從 Pod Yaml 內讀取對應的 dnsPolicy 資訊，來決定當前 Pod 的 dnsType
  3. 第三步驟就是最重要的，根據當前 dnsType 來決定要如何處理 dnsConfig.
    由於 podDNSCluster 的程式碼太多了，我這邊就先忽略掉，我們只要專注看 DNSHost 的案例。
    裡面非常簡單，如果你當初運行 kubelet 的時候有特別設定不要使用 /etc/resolv.conf 的話，就會把 dnsConfig 補上一個 127.0.0.1 的資訊，不過這個 Case 我暫時還沒想到，可能就是機器本身就是一個 DNSServer 的情況吧。
  4. 將 dnsConfig 回傳出去
    所以在正常情況下，我們的 dnsConfig 理論上就會是節點上 /etc/resolv.conf 內的資料。

到這邊為止，就是 kube-runtime 自行處理的部份，並且將得到的 dnsConfig 放置到變數 podSandboxConfig.DnsConfig 之中。

接下來我們來看一下 dockershim 裡面的 RunPodSandbox 會怎麼處理這些 DNS 的資訊。

DocekrShim

RunPodSandbox

由於 RunPodSandbox 的函式非常長，這邊就擷取跟 DNS 相關的部份來觀察

RunPodSandboxdocker_sandbox.go
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func (ds *dockerService) RunPodSandbox(ctx context.Context, r *runtimeapi.RunPodSandboxRequest) (*runtimeapi.RunPodSandboxResponse, error) {
	config := r.GetConfig()
....
	// Rewrite resolv.conf file generated by docker.
	// NOTE: cluster dns settings aren't passed anymore to docker api in all cases,
	// not only for pods with host network: the resolver conf will be overwritten
	// after sandbox creation to override docker's behaviour. This resolv.conf
	// file is shared by all containers of the same pod, and needs to be modified
	// only once per pod.
	if dnsConfig := config.GetDnsConfig(); dnsConfig != nil {
		containerInfo, err := ds.client.InspectContainer(createResp.ID)
		if err != nil {
			return nil, fmt.Errorf("failed to inspect sandbox container for pod %q: %v", config.Metadata.Name, err)
		}

		if err := rewriteResolvFile(containerInfo.ResolvConfPath, dnsConfig.Servers, dnsConfig.Searches, dnsConfig.Options); err != nil {
			return nil, fmt.Errorf("rewrite resolv.conf failed for pod %q: %v", config.Metadata.Name, err)
		}
	}
....
	return resp, nil
}

其實這邊的程式碼已經有了滿不錯的註解來解釋相關的行為。
1.之前透過 kube run-time 得到的 dns 設定都只是一個存在於記憶體內的一堆資料而已，其實都還沒有跟真正的容器有任何關係。
2.透過 dockershim 的操作，這時候其實已經將對應的容器創見完畢，而且該容器內/etc/resolv.conf的內容是完全依賴 docker container 決定
3.kubernetes 這邊的邏輯非常簡單，如果我之前有產生過任何 dns 的設定，就直接將 docker 產生出來的 /etc/resolv.conf 給直接覆蓋掉。

所以我們可以看一下 rewriteResolvFile 這個函式

rewriteResolvFile

RunPodSandboxdocker_sandbox.go
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// rewriteResolvFile rewrites resolv.conf file generated by docker.
func rewriteResolvFile(resolvFilePath string, dns []string, dnsSearch []string, dnsOptions []string) error {
...
	var resolvFileContent []string
	for _, srv := range dns {
		resolvFileContent = append(resolvFileContent, "nameserver "+srv)
	}

	if len(dnsSearch) > 0 {
		resolvFileContent = append(resolvFileContent, "search "+strings.Join(dnsSearch, " "))
	}

	if len(dnsOptions) > 0 {
		resolvFileContent = append(resolvFileContent, "options "+strings.Join(dnsOptions, " "))
	}

	if len(resolvFileContent) > 0 {
		resolvFileContentStr := strings.Join(resolvFileContent, "\n")
		resolvFileContentStr += "\n"

		glog.V(4).Infof("Will attempt to re-write config file %s with: \n%s", resolvFilePath, resolvFileContent)
		if err := rewriteFile(resolvFilePath, resolvFileContentStr); err != nil {
			glog.Errorf("resolv.conf could not be updated: %v", err)
			return err
		}
	}

	return nil
}

這邊也不能理解，就是根據之前存放於 podSandboxConfig.DnsConfig 內各式各樣關於 DNS 的設定組合起來，然後直接覆蓋掉本來的 /etc/resolv.conf.

結論

到這邊，我們已經把整個問題給釐清一半了

重新看一次之前的結論

kubernetes 會先嘗試使用節點上 /etc/resolv.conf 的資料，但是若發現 /etc/resolv.conf 是空的，這時候就會去依賴 dockerd 幫忙產生的 /etc/resolv.conf

我們的推論跟我們程式碼觀察的結果是完全吻合的，再 dnsPolicy=default 的前提下，只要 kubernetes 只要能夠獲得合法的 /etc/resolv.conf 就會使用，否則直接使用 docekr container 所創造的 /etc/resolv.conf.

但是這邊還有留下一個謎點，到底 dockerd 的設定是如何影響 /etc/resolv.conf 以及 8.8.8.8/8.8.4.4 是如何出現的?

由於再寫下去本篇文章會愈來愈長，所以決定將 docker container 相關的程式碼分析再寫一篇文章來處理。

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