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

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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. 本篇文章會針對後半部分，也就是所謂的 docker(dockerd) 本身再創建容器的時候，會如何處理其 DNS 相關的設定，透過閱讀 docker-ce 以及 libnetwork 相關的原始碼，不但能夠更清楚的釐清全部的運作原理，也能夠學習到 docker 底層實踐的過程與精神

Preface

此篇文章是 Kubernetes Pod-DNS 系列文章最後一篇
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

再上篇文章 - [Kubernetes] DNS Setting with Dockerd(原始碼分析上) 中，我們透過閱讀 kubernetes 原始碼的方式已經理解到 kubernetes 本身是怎麼去處理 DNS 的設定。 但是卻留下了一個謎團就是 dockerd 到底如何處理每個容器本身的 DNS 設定?

重新複習一次之前觀察到的結果

node\dockerd 有設定 DNS 沒設定 DNS
有數值 node node
沒有數值 dockerd 8.8.8.8

這邊直接開門見山的說明結論
當每次創建容器時，大抵上都會遵循下列邏輯

  1. 先根據參數resolveConf 來讀取當前 DNS 的全部設定
  2. 如果使用者有自行設定 DNS 的參數，就會全面使用這邊的設定，完全忽略(1)載入的設定
  3. 如果使用者沒有自行設定 DNS 的話，就會針對 (1) 載入的設定進行一次過濾
    • 針對 127.0.0.1/8 之類的進行過濾
    • 過濾後若發現是空的，則補上 8.8.8.8/8.8.4.4

接下來我們就會透過直接閱讀 docker-ce 原始碼的方式來理解這個問題

dockerd

如同前篇文章所說，要透過閱讀原始碼找尋問題的最大困難點就是起點，要先想辦法找到與目標問題有關的進入點，然後從該進入點開始挖掘跟目標有關的程式碼。

這邊使用上次的那張流程圖，將其修改一下來符合本篇的方向來看。

首先，當 kubelet 透過 CRI (Contaienr Runtime Interface) 將容器相關的操作請求送到 docekrd 後就會開始進行容器的創見/刪除/修改

假設我們要進行的創建容器這個操作，以 dockerd 的角度來說用比較簡單的方式來看大概就是

  1. 創建容器
  2. 對該容器設定相關規則
    • 網路相關功能
    • AppArmor 相關
    • …等各式各樣的功能

Imgur

上面只是一個比較抽象的方式去描述整個過程，我們想要瞭解的DNS相關的設定都在所謂的 Config Network 裡面。

接下來幫大家節省時間，直接將詳細用到的程式碼流程列在下列圖表中
Imgur

我們接下來就直接從整個創造容器的起點 ContaienrStart 來開始看吧!

程式碼研究

ContainerStart

ContaienrStartstart.go
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func (daemon *Daemon) ContainerStart(name string, hostConfig *containertypes.HostConfig, checkpoint string, checkpointDir string) error {
...
	// check if hostConfig is in line with the current system settings.
	// It may happen cgroups are umounted or the like.
	if _, err = daemon.verifyContainerSettings(container.OS, container.HostConfig, nil, false); err != nil {
		return errdefs.InvalidParameter(err)
	}
	// Adapt for old containers in case we have updates in this function and
	// old containers never have chance to call the new function in create stage.
	if hostConfig != nil {
		if err := daemon.adaptContainerSettings(container.HostConfig, false); err != nil {
			return errdefs.InvalidParameter(err)
		}
	}
	return daemon.containerStart(container, checkpoint, checkpointDir, true)
}

這邊的邏輯基本上就是處理一些 Container 相關設定，最後直接呼叫一個私有函式 containerStart 來進行更進一步的處理

containerStart

containerStartstart.go
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// containerStart prepares the container to run by setting up everything the
// container needs, such as storage and networking, as well as links
// between containers. The container is left waiting for a signal to
// begin running.
func (daemon *Daemon) containerStart(container *container.Container, checkpoint string, checkpointDir string, resetRestartManager bool) (err error) {

....
	if err := daemon.conditionalMountOnStart(container); err != nil {
		return err
	}

	if err := daemon.initializeNetworking(container); err != nil {
		return err
	}

....
	if daemon.saveApparmorConfig(container); err != nil {
		return err
	}
...
	err = daemon.containerd.Create(context.Background(), container.ID, spec, createOptions)
	if err != nil {
		return translateContainerdStartErr(container.Path, container.SetExitCode, err)
	}

	// TODO(mlaventure): we need to specify checkpoint options here
	pid, err := daemon.containerd.Start(context.Background(), container.ID, checkpointDir,
		container.StreamConfig.Stdin() != nil || container.Config.Tty,
		container.InitializeStdio)
...

	container.SetRunning(pid, true)
	container.HasBeenManuallyStopped = false
	container.HasBeenStartedBefore = true
	daemon.setStateCounter(container)

	daemon.initHealthMonitor(container)
...    
}

這個函式非常的重要，可以看一下該函式的註解
// containerStart prepares the container to run by setting up everything the
// container needs, such as storage and networking, as well as links
// between containers. The container is left waiting for a signal to
// begin running.

再這個函式內會創建好相關的容器，並且會將該容器用到的相關資源(儲存/網路)等都準備好
，由於我們要觀察的是 DNS 相關的資訊，所以我們要繼續往 initializeNetworking 的方向往下追。

initializeNetworking

initializeNetworkingcontainer_operations.go
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func (daemon *Daemon) initializeNetworking(container *container.Container) error {
	var err error

	if container.HostConfig.NetworkMode.IsContainer() {
...
	}

	if container.HostConfig.NetworkMode.IsHost() {
...
    }

	if err := daemon.allocateNetwork(container); err != nil {
		return err
	}

	return container.BuildHostnameFile()
}

接下來都是根據各種 Networking 相關的設定來處理，前面兩個的判斷處理則是根據當初創建該容器時，有沒有指令 --network=xxxx 來特別處理，若有設定 --network=host 或是 --network=container:xxxx 會有一些額外的處理。

因為這些情境跟我們的 Kubernetes 的使用方法不同，我們不會走到這邊的判斷，而是直接會走到下面的 allocateNetwork 來開始準備網路相關的資訊。

allocateNetwork

allocateNetworkcontainer_operations.go
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func (daemon *Daemon) allocateNetwork(container *container.Container) error {
...

	// always connect default network first since only default
	// network mode support link and we need do some setting
	// on sandbox initialize for link, but the sandbox only be initialized
	// on first network connecting.
	defaultNetName := runconfig.DefaultDaemonNetworkMode().NetworkName()
	if nConf, ok := container.NetworkSettings.Networks[defaultNetName]; ok {
		cleanOperationalData(nConf)
		if err := daemon.connectToNetwork(container, defaultNetName, nConf.EndpointSettings, updateSettings); err != nil {
			return err
		}

	}
...
	return nil
}

再這個函式內，首先會嘗試使用預設的網路型態，這邊指的就是在創建容器所下的參數 --net=xxx，而預設的類型就是 bridge.
所以接下來就很直覺的去呼叫 connectToNetwork 來進行下一階段的處理

connectToNetwork

connectToNetworkcontainer_operations.go
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func (daemon *Daemon) connectToNetwork(container *container.Container, idOrName string, endpointConfig *networktypes.EndpointSettings, updateSettings bool) (err error) {
	start := time.Now()
	if container.HostConfig.NetworkMode.IsContainer() {
		return runconfig.ErrConflictSharedNetwork
	}
	if containertypes.NetworkMode(idOrName).IsBridge() &&
		daemon.configStore.DisableBridge {
		container.Config.NetworkDisabled = true
		return nil
	}

....
	sb := daemon.getNetworkSandbox(container)
	createOptions, err := buildCreateEndpointOptions(container, n, endpointConfig, sb, daemon.configStore.DNS)
	if err != nil {
		return err
	}
....
	if sb == nil {
		options, err := daemon.buildSandboxOptions(container)
		if err != nil {
			return err
		}
		sb, err = controller.NewSandbox(container.ID, options...)
		if err != nil {
			return err
		}

		updateSandboxNetworkSettings(container, sb)
	}
....
	return nil
}

connectToNetwork 並不是只有創建新的容器時才會使用，所以這邊還會進行一些相關的參數檢查。
由於我們是第一次串件該容器，所以容器所對應的沙盒 SandBox 會是空的。
最後根據空的沙盒，決定透過 controller.NewSanbox 去創建一個沙盒。
值得注意的是，這邊有一個 buildSandboxOptions 會把其他用到的參數都重新整理一次，然後傳入到 controller.NewSandbox 這邊去處理。

NewSandbox

NewSandboxcontroller.go
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func (c *controller) NewSandbox(containerID string, options ...SandboxOption) (Sandbox, error) {
	if containerID == "" {
		return nil, types.BadRequestErrorf("invalid container ID")
	}

	var sb *sandbox
...

	// Create sandbox and process options first. Key generation depends on an option
	if sb == nil {
		sb = &sandbox{
			id:                 sandboxID,
			containerID:        containerID,
			endpoints:          []*endpoint{},
			epPriority:         map[string]int{},
			populatedEndpoints: map[string]struct{}{},
			config:             containerConfig{},
			controller:         c,
			extDNS:             []extDNSEntry{},
		}
	}

	sb.processOptions(options...)
...
    if err = sb.setupResolutionFiles(); err != nil {
		return nil, err
	}

	
	return sb, nil
}

特別注意一下，當我們到這邊執行相關函式的時候，我們的專案已經從docker-ce遷移到libnetwork了。

這個函式非常的長，描述的創建新的 Sandbox 期間需要注意的所有事項，這邊首先會透過sb.processOptions 去設定相關變數的數值，這邊要特別注意的是其實每一個 options 本身是對應到一個 function pointer。

如果我們當初有透過 dockerd 去設定相關的 DNS 設定的話，這邊其實實際上會賦值到 sb.config.dnsList, sb.config.dnsSearchList 以及 sb.config.dnsOptionsList

setupResolutionFilessandbox_dns_unix.go
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func (sb *sandbox) setupResolutionFiles() error {
	if err := sb.buildHostsFile(); err != nil {
		return err
	}

	if err := sb.updateParentHosts(); err != nil {
		return err
	}

	return sb.setupDNS()
}

這邊其實非常簡單，我們的主要目標終於出現了!!!
setupDNS 意思就如同名稱一樣直接，就是設定該沙盒內DNS的設定。

setupDNS

setupDNSsandbox_dns_unix.go
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func (sb *sandbox) setupDNS() error {
	var newRC *resolvconf.File
....

	originResolvConfPath := sb.config.originResolvConfPath
	if originResolvConfPath == "" {
		// if not specified fallback to default /etc/resolv.conf
		originResolvConfPath = resolvconf.DefaultResolvConf
	}
	currRC, err := resolvconf.GetSpecific(originResolvConfPath)
	if err != nil {
		if !os.IsNotExist(err) {
			return err
		}
		// it's ok to continue if /etc/resolv.conf doesn't exist, default resolvers (Google's Public DNS)
		// will be used
		currRC = &resolvconf.File{}
		logrus.Infof("/etc/resolv.conf does not exist")
	}

	if len(sb.config.dnsList) > 0 || len(sb.config.dnsSearchList) > 0 || len(sb.config.dnsOptionsList) > 0 {
		var (
			err            error
			dnsList        = resolvconf.GetNameservers(currRC.Content, types.IP)
			dnsSearchList  = resolvconf.GetSearchDomains(currRC.Content)
			dnsOptionsList = resolvconf.GetOptions(currRC.Content)
		)
		if len(sb.config.dnsList) > 0 {
			dnsList = sb.config.dnsList
		}
		if len(sb.config.dnsSearchList) > 0 {
			dnsSearchList = sb.config.dnsSearchList
		}
		if len(sb.config.dnsOptionsList) > 0 {
			dnsOptionsList = sb.config.dnsOptionsList
		}
		newRC, err = resolvconf.Build(sb.config.resolvConfPath, dnsList, dnsSearchList, dnsOptionsList)
		if err != nil {
			return err
		}
		// After building the resolv.conf from the user config save the
		// external resolvers in the sandbox. Note that --dns 127.0.0.x
		// config refers to the loopback in the container namespace
		sb.setExternalResolvers(newRC.Content, types.IPv4, false)
	} else {
		// If the host resolv.conf file has 127.0.0.x container should
		// use the host resolver for queries. This is supported by the
		// docker embedded DNS server. Hence save the external resolvers
		// before filtering it out.
		sb.setExternalResolvers(currRC.Content, types.IPv4, true)

		// Replace any localhost/127.* (at this point we have no info about ipv6, pass it as true)
		if newRC, err = resolvconf.FilterResolvDNS(currRC.Content, true); err != nil {
			return err
		}
		// No contention on container resolv.conf file at sandbox creation
		if err := ioutil.WriteFile(sb.config.resolvConfPath, newRC.Content, filePerm); err != nil {
			return types.InternalErrorf("failed to write unhaltered resolv.conf file content when setting up dns for sandbox %s: %v", sb.ID(), err)
		}
	}

	// Write hash
	if err := ioutil.WriteFile(sb.config.resolvConfHashFile, []byte(newRC.Hash), filePerm); err != nil {
		return types.InternalErrorf("failed to write resolv.conf hash file when setting up dns for sandbox %s: %v", sb.ID(), err)
	}

	return nil
}

這個函式會針對一些跟 DNS 相關的參數來進行處理，包含了

  1. dnsServer
  2. dnsSearch
  3. dnsOptions
  4. resolveConf

這邊的運作邏輯如下

  1. 先根據參數resolveConf來讀取當前 DNS 的全部設定
  2. 如果使用者有自行設定 DNS 的參數，就會全面使用這邊的設定，完全忽略(1)載入的設定
    2.1 這邊最後會呼叫 resolvconf.Build 將參數的設定直接覆寫到容器內的 /etc/resolv.conf
  3. 如果使用者沒有自行設定 DNS 的話，就會針對 (1) 載入的設定進行一次過濾
    3.1 針對 127.0.0.1/8 之類的進行過濾 FilterResolveDNS
    3.2 過濾後若發現是空的，則補上 8.8.8.8/8.8.4.4

這樣就來看一下 FilterResolveDNS 怎麼處理 DNS

FilterResolveDNS

https://github.com/docker/libnetwork/blob/c3a682c10b554b2ff2fac8ca134ddb9047ffdd93/resolvconf/resolvconf.go resolvconf.go
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// FilterResolvDNS cleans up the config in resolvConf.  It has two main jobs:
// 1. It looks for localhost (127.*|::1) entries in the provided
//    resolv.conf, removing local nameserver entries, and, if the resulting
//    cleaned config has no defined nameservers left, adds default DNS entries
// 2. Given the caller provides the enable/disable state of IPv6, the filter
//    code will remove all IPv6 nameservers if it is not enabled for containers
//
func FilterResolvDNS(resolvConf []byte, ipv6Enabled bool) (*File, error) {
	cleanedResolvConf := localhostNSRegexp.ReplaceAll(resolvConf, []byte{})
	// if IPv6 is not enabled, also clean out any IPv6 address nameserver
	if !ipv6Enabled {
		cleanedResolvConf = nsIPv6Regexp.ReplaceAll(cleanedResolvConf, []byte{})
	}
	// if the resulting resolvConf has no more nameservers defined, add appropriate
	// default DNS servers for IPv4 and (optionally) IPv6
	if len(GetNameservers(cleanedResolvConf, types.IP)) == 0 {
		logrus.Infof("No non-localhost DNS nameservers are left in resolv.conf. Using default external servers: %v", defaultIPv4Dns)
		dns := defaultIPv4Dns
		if ipv6Enabled {
			logrus.Infof("IPv6 enabled; Adding default IPv6 external servers: %v", defaultIPv6Dns)
			dns = append(dns, defaultIPv6Dns...)
		}
		cleanedResolvConf = append(cleanedResolvConf, []byte("\n"+strings.Join(dns, "\n"))...)
	}
	hash, err := ioutils.HashData(bytes.NewReader(cleanedResolvConf))
	if err != nil {
		return nil, err
	}
	return &File{Content: cleanedResolvConf, Hash: hash}, nil
}
  • 首先先呼叫 ReplaceAll 把所有 localhost 127.0.0.0/8 相關的 IP 都清空。
  • 清空之後，若發現這時候沒有 DNS 的話，直接透過 dns := defaultIPv4Dns 補上預設的 DNS (8.8.8.8/8.8.4.4)

summary

當每次創建新容器時，最後會依賴到 libnetwork 內跟 DNS 相關的參數來設定

  1. 如果使用者有自行設定 DNS 的參數，就會全面使用這邊的設定，完全忽略(1)載入的設定
    • 這邊最後會呼叫 resolvconf.Build 將參數的設定直接覆寫到容器內的 /etc/resolv.conf
  2. 如果使用者沒有自行設定 DNS 的話，就會針對 (1) 載入的設定進行一次過濾
    • 針對 127.0.0.1/8 之類的進行過濾 FilterResolveDNS
    • 過濾後若發現是空的，則補上 8.8.8.8/8.8.4.4
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