游戏高峰期，Kubernetes DNS 扛不住？试试这些优化策略！

作为一名游戏公司的 Kubernetes 工程师，最近我遇到了个头疼的问题：游戏高峰期，DNS 查询延迟飙升，玩家连接服务器速度慢如蜗牛。这可不行，流畅的游戏体验是生命线！经过一番研究，我总结出了一套 Kubernetes DNS 优化方案，希望能帮到各位同行。

问题诊断：DNS 延迟从何而来？

首先，我们需要搞清楚 DNS 延迟的根源。在 Kubernetes 集群中，通常使用 CoreDNS 或 kube-dns 作为集群 DNS 服务。当 Pod 需要解析域名时，会先向集群 DNS 发起查询请求。集群 DNS 可能会缓存一部分域名解析结果，但如果缓存未命中，就需要向上游 DNS 服务器（例如云服务商提供的 DNS 服务器）递归查询。这个过程可能会受到以下因素的影响：

• DNS 缓存失效： 缓存过期或者被主动清理，导致频繁向上游 DNS 查询。
• 网络延迟： Pod 到集群 DNS，以及集群 DNS 到上游 DNS 的网络延迟。
• DNS 服务器性能瓶颈： 集群 DNS 自身处理查询请求的能力不足。
• 查询域名数量过多： 高峰期 Pod 发起的 DNS 查询请求量剧增。

优化方案：多管齐下，提升 DNS 解析速度

针对以上问题，我采取了以下优化策略：

1. 调整 CoreDNS 缓存策略，提高缓存命中率

   CoreDNS 默认的缓存策略可能无法满足高并发场景的需求。我们可以通过修改 CoreDNS 的 ConfigMap 来调整缓存策略，例如：

   • 增大缓存容量： 增加 cache 插件的 max_size 参数，允许缓存更多域名解析结果。例如，将缓存容量设置为 10MB：

     apiVersion: v1
     kind: ConfigMap
     metadata:
       name: coredns
       namespace: kube-system
     data:
       Corefile: |
         .:53 {
             errors
             health {
                 lameduck
             }
             ready
             kubernetes cluster.local in-addr.arpa ip6.arpa {
                 pods verified
                 fallthrough in-addr.arpa ip6.arpa
             }
             prometheus :9153
             forward . /etc/resolv.conf {
                 max_concurrent 1000
             }
             cache {
                 max_size 10
             }
             loop
             reload
             loadbalance
         }
      

   • 调整缓存时间： 适当延长域名解析结果的缓存时间（TTL），减少向上游 DNS 查询的频率。可以通过 ttl 插件设置 TTL。需要注意的是，TTL 设置过长可能会导致域名解析结果更新不及时。合理的 TTL 值需要根据实际情况进行调整。例如，将 TTL 设置为 300 秒：

     apiVersion: v1
     kind: ConfigMap
     metadata:
       name: coredns
       namespace: kube-system
     data:
       Corefile: |
         .:53 {
             errors
             health {
                 lameduck
             }
             ready
             kubernetes cluster.local in-addr.arpa ip6.arpa {
                 pods verified
                 fallthrough in-addr.arpa ip6.arpa
             }
             prometheus :9153
             forward . /etc/resolv.conf {
                 max_concurrent 1000
             }
             cache {
                 max_size 10
                 ttl 300
             }
             loop
             reload
             loadbalance
         }
      

   • 使用 negative_ttl： 缓存否定回答，避免短时间内重复查询不存在的域名。这对于防止恶意 DNS 查询攻击非常有效。

   原理： 缓存命中率越高，需要向上游 DNS 查询的请求就越少，从而降低 DNS 延迟。

   预期效果： 显著降低 DNS 查询延迟，尤其是在游戏高峰期。

2. 增加 CoreDNS Pod 副本数，提高并发处理能力

   如果 CoreDNS 自身成为性能瓶颈，可以增加 CoreDNS Pod 的副本数，利用 Kubernetes 的负载均衡能力，将查询请求分发到不同的 Pod 上。可以通过修改 CoreDNS 的 Deployment 或 DaemonSet 来增加副本数。例如，将副本数设置为 3：

   apiVersion: apps/v1
   kind: Deployment
   metadata:
     name: coredns
     namespace: kube-system
   spec:
     replicas: 3
     selector:
       matchLabels:
         k8s-app: kube-dns
     template:
       metadata:
         labels:
           k8s-app: kube-dns
       spec:
         containers:
         - name: coredns
           image: coredns/coredns:1.8.0
           args:
           - -conf
           - /etc/coredns/Corefile
           ports:
           - containerPort: 53
             name: dns
             protocol: UDP
           - containerPort: 53
             name: dns-tcp
             protocol: TCP
           resources:
             limits:
               memory: 128Mi
             requests:
               cpu: 100m
               memory: 128Mi
           volumeMounts:
           - name: config-volume
             mountPath: /etc/coredns
             readOnly: true
         volumes:
         - name: config-volume
           configMap:
             name: coredns

   原理： 增加 Pod 副本数可以提高系统的并发处理能力，降低单个 Pod 的负载，从而提高 DNS 查询速度。

   预期效果： 提高 CoreDNS 的吞吐量，在高并发场景下保持较低的 DNS 查询延迟。

3. 使用 NodeLocal DNSCache，减少跨节点 DNS 查询

   默认情况下，Pod 发起的 DNS 查询请求会先发送到集群 DNS（CoreDNS），然后 CoreDNS 再向上游 DNS 服务器查询。如果 Pod 和 CoreDNS Pod 位于不同的节点上，就会产生跨节点网络延迟。NodeLocal DNSCache 可以在每个节点上运行一个 DNS 缓存代理，Pod 的 DNS 查询请求直接发送到本地的 DNS 缓存代理，从而避免跨节点网络延迟。

   NodeLocal DNSCache 可以通过 DaemonSet 部署。部署完成后，需要修改 kubelet 的配置，将 DNS 服务器地址指向本地的 DNS 缓存代理。具体部署步骤可以参考 Kubernetes 官方文档。

   原理： 将 DNS 缓存移动到每个节点上，减少跨节点网络延迟，提高 DNS 查询速度。

   预期效果： 显著降低 DNS 查询延迟，尤其是在集群规模较大，节点数量较多的情况下。

4. 优化 Pod 的 DNS 配置，减少不必要的 DNS 查询

   • 使用 FQDN： 尽量使用完全限定域名（FQDN），避免 DNS 搜索域带来的额外查询。例如，如果你的服务域名是 my-service.my-namespace.svc.cluster.local，那么在 Pod 中直接使用 FQDN，而不是只使用 my-service。

   • 调整 resolv.conf： Kubernetes 会自动为 Pod 生成 resolv.conf 文件，其中包含了 DNS 服务器地址和搜索域。如果搜索域过多，可能会导致不必要的 DNS 查询。可以通过修改 Pod 的 dnsConfig 字段来调整 resolv.conf 文件。例如，删除不必要的搜索域：

     apiVersion: v1
     kind: Pod
     metadata:
       name: my-pod
     spec:
       containers:
       - name: my-container
         image: my-image
       dnsConfig:
         searches:
         - my-namespace.svc.cluster.local
         - svc.cluster.local
         - cluster.local

   原理： 减少不必要的 DNS 查询，降低 DNS 服务器的负载，提高 DNS 查询速度。

   预期效果： 略微降低 DNS 查询延迟，尤其是在 Pod 发起大量 DNS 查询的情况下。

5. 监控 DNS 查询性能，及时发现和解决问题

   我们需要对 DNS 查询性能进行监控，及时发现和解决问题。可以使用 Prometheus 和 Grafana 等工具来监控 CoreDNS 的性能指标，例如：

   • coredns_dns_request_duration_seconds_count：DNS 查询请求总数。
   • coredns_dns_request_duration_seconds_sum：DNS 查询请求总耗时。
   • coredns_cache_hits：缓存命中次数。
   • coredns_cache_misses：缓存未命中次数。

   通过监控这些指标，我们可以了解 CoreDNS 的运行状况，及时发现性能瓶颈，并采取相应的措施进行优化。

总结：持续优化，保障游戏流畅体验

Kubernetes DNS 优化是一个持续的过程，需要根据实际情况不断调整和优化。通过以上策略，我们可以有效地降低 DNS 查询延迟，提高游戏服务器的连接速度，保障玩家流畅的游戏体验。希望这些经验能对大家有所帮助！

最后，一些建议：

• 在生产环境中实施任何优化方案之前，务必在测试环境中进行充分的测试。
• 根据实际情况调整优化参数，找到最适合你的集群的配置。
• 持续监控 DNS 查询性能，及时发现和解决问题。
• 关注 Kubernetes 和 CoreDNS 的最新版本和最佳实践，不断学习和进步。

希望这些优化方案能帮助你解决 Kubernetes DNS 的性能问题，祝你的游戏服务器运行稳定，玩家畅玩无忧！