浅析 CoreDNS 的工作机制

CoreDNS 是一个开源的域名系统（DNS）服务器，用于将域名解析为 IP 地址以实现网络通信。它是一个用 Go 语言编写的可扩展 DNS 服务器，旨在取代传统的 DNS 服务器并提供更灵活、可配置的解析方案。

CoreDNS 提供了模块化的插件系统，允许用户根据需求选择和组合插件，以定制 DNS 服务器的功能和行为。通过添加不同的插件，用户可以实现缓存、转发、重写、策略路由、服务发现等功能，从而满足各种复杂的域名解析需求。

插件由设置（Setup）、**注册（Registration）和处理程序（Handler）**部分组成。

• Setup 程序解析配置和插件的指令。
• Handler 是处理查询并实现所有逻辑的代码。
• Registration 是在 CoreDNS 中注册插件 - 这在编译 CoreDNS 时完成。服务器可以使用所有注册的插件，每个服务器中配置哪些插件的决定在运行时进行，并在 CoreDNS 的配置文件 Corefile 中完成。

安装运行

在 macOS 上安装 CoreDNS：

brew install coredns

可以执行 coredns -plugins 来查看已经安装的插件：

coredns -plugins

Server types:
  dns

Caddyfile loaders:
  flag
  default

Other plugins:
  dns.acl
  dns.any
  dns.auto
  dns.autopath
  dns.azure
  dns.bind
  dns.bufsize
  dns.cache
  dns.cancel
  dns.chaos
  dns.clouddns
  dns.debug
  dns.dns64
  dns.dnssec
  dns.dnstap
  dns.erratic
  dns.errors
  dns.etcd
  dns.file
  dns.forward
  dns.geoip
  dns.grpc
  dns.header
  dns.health
  dns.hosts
  dns.k8s_external
  dns.kubernetes
  dns.loadbalance
  dns.local
  dns.log
  dns.loop
  dns.metadata
  dns.minimal
  dns.nsid
  dns.pprof
  dns.prometheus
  dns.ready
  dns.reload
  dns.rewrite
  dns.root
  dns.route53
  dns.secondary
  dns.sign
  dns.template
  dns.tls
  dns.trace
  dns.transfer
  dns.tsig
  dns.view
  dns.whoami
  on

CoreDNS 的运行非常简单，执行 coredns 命令即可启动服务器。为了避免端口冲突，可以指定其他的端口启动：

coredns -dns.port=1053
.:1053
CoreDNS-1.10.0
darwin/arm64, go1.19.1,

如果需要对 DNS 服务器进行配置，需要通过 -conf 指定一个 Corefile 配置文件，还可以在配置文件中启用插件。不指定配置文件的话，CoreDNS 会使用 默认的配置，仅启用 whoami 和 log 两个插件：

.:PORT {
   whoami
   log
}

比如我从一台虚拟机上执行 DNS 的解析请求，192.168.1.174 是运行 CoreDNS 服务器的 macOS 地址：

dig @192.168.1.174 -p 1053 example.com

; <<>> DiG 9.16.1-Ubuntu <<>> @192.168.1.174 -p 1053 example.com
; (1 server found)
;; global options: +cmd
;; Got answer:
;; ->>HEADER<<- opcode: QUERY, status: NOERROR, id: 1283
;; flags: qr aa rd; QUERY: 1, ANSWER: 0, AUTHORITY: 0, ADDITIONAL: 3
;; WARNING: recursion requested but not available

;; OPT PSEUDOSECTION:
; EDNS: version: 0, flags:; udp: 4096
; COOKIE: d73ad3e9df490541 (echoed)
;; QUESTION SECTION:
;example.com.			IN	A

;; ADDITIONAL SECTION:
example.com.		0	IN	A	192.168.1.11
_udp.example.com.	0	IN	SRV	0 0 48788 .

;; Query time: 8 msec
;; SERVER: 192.168.1.174#1053(192.168.1.174)
;; WHEN: Sat Jul 15 02:38:11 UTC 2023
;; MSG SIZE  rcvd: 114

在响应的 ADDITIONAL 中可以看到 example.com 解析到了 192.168.1.11，而这个地址则是发起请求的虚拟机的 IP 地址。这就是 whoami 插件的 逻辑：

whoami 会返回请求方的本地 IP 地址、端口。

源码解析

启动

Coredns 使用 fork 自 Caddy 的 Coredns Caddy 启动 DNS 服务器。

1. 加载指定的 Corefile 配置文件，如 /etc/coredns/Corefile coremain/run.go#L60
2. 启动 Caddy Server coremain/run.go#L66
3. 运行插件 1. 检查配置文件中的插件。Coredns 有一个支持的 插件列表，这个列表中插件的顺序非常重要。 2. 为各插件创建控制器（Controller） 3. 找到插件注册的启动方法 setup，如 Kubernetes 插件的 setup 方法。各插件的 setup 方法都可以在 coredns/plugin/[PLUGIN NAME]/setup.go 中找到。 4. 启动插件。
4. 创建服务器 core/dnsserver/register.go#L134
5. 启动服务器 github.com/coredns/caddy@v1.1.1/caddy.go:542

处理请求

1. 服务器启动之后开始接收 DNS 的解析请求，见 github.com/coredns/caddy@v1.1.1/caddy.go:805。
2. 处理 DNS 解析请求 core/dnsserver/server.go#L173，这里会调用 方法 ServeDNS 按顺序执行配置的插件，所有插件都实现了 plugin.Handler 接口。

配置的每个插件会决定是否执行 DNS 的解析，以及下一步的操作：返回响应、报错、立即返回，亦或是调用下一个插件继续执行。详细内容，看参考 官方文档。

CoreDNS 与 Kubernetes

CoreDNS 在 Kubernetes 中扮演着重要的角色，为集群内部的 DNS 解析提供服务。通过与 Kubernetes 的紧密集成，CoreDNS 能够提供可靠的服务发现和通信功能，使得容器和服务能够通过域名进行互相访问和通信，为 Kubernetes 集群的运行提供了基础设施支持。

所有功能的实现，都在 kubernetes 插件 中，该插件实现了 Kubernetes 的基于 DNS 的服务发现规范，CoreDNS 以此来替代 kube-dns。

CoreDNS 在 Kubernetes 中的配置（维护在 ConfigMap coredns 中）：

.:53 {
   errors
   health {
      lameduck 5s
   }
   ready
   kubernetes cluster.local in-addr.arpa ip6.arpa {
      pods insecure
      fallthrough in-addr.arpa ip6.arpa
      ttl 30
   }
   prometheus :9153
   forward . /etc/resolv.conf {
      max_concurrent 1000
   }
   cache 30
   loop
   reload
   loadbalance
}

CoreDNS 在处理解析请求时，会按顺序执行各个插件。

插件配置

 kubernetes cluster.local in-addr.arpa ip6.arpa { #1
    pods insecure #2
    fallthrough in-addr.arpa ip6.arpa #3
    ttl 30 #4
 }

• #1 kubernetes 插件会处理 cluster.local 域的 DNS 解析请求，如 foo.bar.svc.cluster.local；in-addr.arpa 和 ip6.arpa 用于做 DNS 反向查询，如 4.4.8.8.in-addr.arpa。
• #2 将 POD 域名（如 10-244-0-2.bar.pod.cluster.local）的解析模式设置为 insecure，还支持 disabled 和 verified 另外两种模式。
• #3 对于反向查询的解析请求，会交给其他插件继续查询。
• #4 解析结果的有效期，默认是 5s，这里设置为 30s。

启动

CoreDNS 启动时会延迟最多 5 秒提供 DNS 服务，直到可以连接到 Kubernetes API 并同步所有监控的对象，见 文档。

kubernetes 插件将根据配置 最多启动 4 个控制器，分别持续监控 Service、Pod（解析模式设置为 verified 时启动）、Endpoint、Namespace 资源，维护本地缓存。

处理请求

kubernetes 插件实现了 plugin.ServiceBackend 接口，响应请求时从本地缓存中查找记录。

以 A 记录的查询为例，调用 plugin#A 方法 间接调用 ServiceBackend#Services 方法的实现 进行检索，返回 IP 地址。

nslookup -type=a foo.bar.svc.cluster.local
Server:		10.96.0.10
Address:	10.96.0.10:53

Name:	foo.bar.svc.cluster.local
Address: 10.96.60.147