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dns id 冲突导致解析异常

现象​

有个用户反馈域名解析有时有问题，看报错是解析超时。

排查​

第一反应当然是看 coredns 的 log:

[ERROR] 2 loginspub.xxxxmobile-inc.net.
A: unreachable backend: read udp 172.16.0.230:43742->10.225.30.181:53: i/o timeout

这是上游 DNS 解析异常了，因为解析外部域名 coredns 默认会请求上游 DNS 来查询，这里的上游 DNS 默认是 coredns pod 所在宿主机的 resolv.conf 里面的 nameserver (coredns pod 的 dnsPolicy 为 "Default"，也就是会将宿主机里的 resolv.conf 里的 nameserver 加到容器里的 resolv.conf, coredns 默认配置 proxy . /etc/resolv.conf, 意思是非 service 域名会使用 coredns 容器中 resolv.conf 文件里的 nameserver 来解析)

确认了下，超时的上游 DNS 10.225.30.181，并不是期望的 nameserver，VPC 默认 DNS 应该是 180 开头的。看了 coredns 所在节点的 resolv.conf，发现确实多出了这个非期望的 nameserver，跟用户确认了下，这个 DNS 不是用户自己加上去的，添加节点时这个 nameserver 本身就在 resolv.conf 中。

根据内部同学反馈， 10.225.30.181 是广州一台年久失修将被撤裁的 DNS，物理网络，没有 VIP，撤掉就没有了，所以如果 coredns 用到了这台 DNS 解析时就可能 timeout。后面我们自己测试，某些 VPC 的集群确实会有这个 nameserver，奇了怪了，哪里冒出来的？

又试了下直接创建 CVM，不加进 TKE 节点发现没有这个 nameserver，只要一加进 TKE 节点就有了 !!!

看起来是 TKE 的问题，将 CVM 添加到 TKE 集群会自动重装系统，初始化并加进集群成为 K8S 的 node，确认了初始化过程并不会写 resolv.conf，会不会是 TKE 的 OS 镜像问题？尝试搜一下除了 /etc/resolv.conf 之外哪里还有这个 nameserver 的 IP，最后发现 /etc/resolvconf/resolv.conf.d/base 这里面有。

看下 /etc/resolvconf/resolv.conf.d/base 的作用：Ubuntu 的 /etc/resolv.conf 是动态生成的，每次重启都会将 /etc/resolvconf/resolv.conf.d/base 里面的内容加到 /etc/resolv.conf 里。

经确认: 这个文件确实是 TKE 的 Ubuntu OS 镜像里自带的，可能发布 OS 镜像时不小心加进去的。

那为什么有些 VPC 的集群的节点 /etc/resolv.conf 里面没那个 IP 呢？它们的 OS 镜像里也都有那个文件那个 IP 呀。

请教其它部门同学发现:

  • 非 dhcp 子机，cvm 的 cloud-init 会覆盖 /etc/resolv.conf 来设置 dns
  • dhcp 子机，cloud-init 不会设置，而是通过 dhcp 动态下发
  • 2018 年 4 月 之后创建的 VPC 就都是 dhcp 类型了的，比较新的 VPC 都是 dhcp 类型的

真相大白​

/etc/resolv.conf 一开始内容都包含 /etc/resolvconf/resolv.conf.d/base 的内容，也就是都有那个不期望的 nameserver，但老的 VPC 由于不是 dhcp 类型，所以 cloud-init 会覆盖 /etc/resolv.conf，抹掉了不被期望的 nameserver，而新创建的 VPC 都是 dhcp 类型，cloud-init 不会覆盖 /etc/resolv.conf，导致不被期望的 nameserver 残留在了 /etc/resolv.conf，而 coredns pod 的 dnsPolicy 为 “Default”，也就是会将宿主机的 /etc/resolv.conf 中的 nameserver 加到容器里，coredns 解析集群外的域名默认使用这些 nameserver 来解析，当用到那个将被撤裁的 nameserver 就可能 timeout。

解决方案​

临时解决: 删掉 /etc/resolvconf/resolv.conf.d/base 重启。 长期解决: 我们重新制作 TKE Ubuntu OS 镜像然后发布更新。

再次出问题​

这下应该没问题了吧，But, 用户反馈还是会偶尔解析有问题，但现象不一样了，这次并不是 dns timeout。

用脚本跑测试仔细分析现象:

  • 请求 loginspub.xxxxmobile-inc.net 时，偶尔提示域名无法解析
  • 请求 accounts.google.com 时，偶尔提示连接失败

进入 dns 解析偶尔异常的容器的 netns 抓包:

  • dns 请求会并发请求 A 和 AAAA 记录
  • 测试脚本发请求打印序号，抓包然后 wireshark 分析对比异常时请求序号偏移量，找到异常时的 dns 请求报文，发现异常时 A 和 AAAA 记录的请求 id 冲突，并且 AAAA 响应先返回

正常情况下id不会冲突，这里冲突了也就能解释这个 dns 解析异常的现象了:

  • loginspub.xxxxmobile-inc.net 没有 AAAA (ipv6) 记录，它的响应先返回告知 client 不存在此记录，由于请求 id 跟 A 记录请求冲突，后面 A 记录响应返回了 client 发现 id 重复就忽略了，然后认为这个域名无法解析
  • accounts.google.com 有 AAAA 记录，响应先返回了，client 就拿这个记录去尝试请求，但当前容器环境不支持 ipv6，所以会连接失败

分析​

那为什么 dns 请求 id 会冲突?

继续观察发现: 其它节点上的 pod 不会复现这个问题，有问题这个节点上也不是所有 pod 都有这个问题，只有基于 alpine 镜像的容器才有这个问题，在此节点新起一个测试的 alpine:latest 的容器也一样有这个问题。

为什么 alpine 镜像的容器在这个节点上有问题在其它节点上没问题？ 为什么其他镜像的容器都没问题？它们跟 alpine 的区别是什么？

发现一点区别: alpine 使用的底层 c 库是 musl libc，其它镜像基本都是 glibc

翻 musl libc 源码, 构造 dns 请求时，请求 id 的生成没加锁，而且跟当前时间戳有关 (network/res_mkquery.c):

/* Make a reasonably unpredictable id */
clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &ts);
id = ts.tv_nsec + ts.tv_nsec/65536UL & 0xffff;

看注释，作者应该认为这样id基本不会冲突，事实证明，绝大多数情况确实不会冲突，我在网上搜了很久没有搜到任何关于 musl libc 的 dns 请求 id 冲突的情况。这个看起来取决于硬件，可能在某种类型硬件的机器上运行，短时间内生成的 id 就可能冲突。我尝试跟用户在相同地域的集群，添加相同配置相同机型的节点，也复现了这个问题，但后来删除再添加时又不能复现了，看起来后面新建的 cvm 又跑在了另一种硬件的母机上了。

OK，能解释通了，再底层的细节就不清楚了，我们来看下解决方案:

  • 换基础镜像 (不用alpine)
  • 完全静态编译业务程序(不依赖底层c库)，比如go语言程序编译时可以关闭 cgo (CGO_ENABLED=0)，并告诉链接器要静态链接 (go build 后面加 -ldflags '-d')，但这需要语言和编译工具支持才可以

最终解决方案​

最终建议用户基础镜像换成另一个比较小的镜像: debian:stretch-slim。