Como reduzir a latência do Kubernetes: um guia para otimizar redes, DNS e desempenho.

Alta latência (latency) no Kubernetes pode rapidamente se tornar um problema sério para engenheiros DevOps. Ela impacta a responsividade dos aplicativos, aumenta os tempos limite das requisições e frequentemente resulta em uma experiência ruim para o usuário. Felizmente, o Kubernetes oferece várias opções de tuning e melhorias arquiteturais que podem reduzir significativamente a latência de rede e de serviços.

Vamos explorar as principais técnicas que ajudam a otimizar a comunicação de rede no Kubernetes e acelerar o seu cluster.

1. Configuração do kube-proxy: migrando de iptables para IPVS

Por padrão, o kube-proxy frequentemente opera no modo iptables, que pode se tornar ineficiente à medida que o número de serviços e regras cresce. Uma alternativa mais adequada é o IPVS, que fornece balanceamento de carga mais rápido e processamento de pacotes mais eficiente.

Para alternar o kube-proxy para o modo IPVS:

Defina o seguinte valor:

Por que o IPVS ajuda

• Balanceamento de carga mais eficiente
• Menor latência em tráfego intenso
• Melhor escalabilidade para clusters grandes

2. Uso de stack de rede baseado em eBPF (Cilium)

A comunicação clássica baseada em iptables pode se tornar um gargalo em ambientes de alta largura de banda. O Cilium, que utiliza eBPF, substitui o iptables pelo processamento de pacotes no nível do kernel, aumentando significativamente o desempenho da rede.

Instalando o Cilium via Helm:

Vantagens do eBPF

• Roteamento e filtragem mais rápidos
• Redução da carga na CPU
• Melhor observabilidade e segurança
• Menor latência de rede para serviços e pods

3. Ativando NodeLocal DNSCache

A resolução de DNS é uma fonte oculta frequente de latência no Kubernetes. Cada solicitação DNS de um pod geralmente passa pelo CoreDNS, que pode ficar sobrecarregado.

O NodeLocal DNSCache executa um cache DNS local em cada nó, reduzindo significativamente o tempo das consultas DNS.

Ative-o com o comando:

Resultados
Com isso, a resolução DNS se torna muito mais rápida, a carga sobre o CoreDNS diminui e o desempenho geral melhora, especialmente em arquiteturas de microsserviços, onde os serviços interagem frequentemente entre si.

4. Ajuste de parâmetros TCP via sysctl

Os valores TCP padrão no Linux nem sempre são ideais para workloads de alto desempenho no Kubernetes. Ajustar os parâmetros do kernel reduz a latência das conexões e aumenta a largura de banda.

Configurações TCP recomendadas:

Benefícios

• Processamento mais rápido de conexões
• Melhor desempenho em alta concorrência
• Redução de perdas na fila SYN

5. Uso de Multi-NIC e plugins CNI avançados

Em ambientes de alta carga ou sensíveis à latência, um único interface de rede pode se tornar um gargalo. Usar múltiplas interfaces de rede (Multi-NIC) permite distribuir o tráfego de forma mais eficiente.

O Multus CNI permite que os pods se conectem a múltiplas interfaces de rede simultaneamente.

Quando usar Multus

• Altas exigências de largura de banda
• Workloads de baixa latência (bancos de dados, streaming, telecom)
• Separação de tráfego de controle e dados

Conclusão

Reduzir a latência no Kubernetes não é apenas uma configuração isolada, mas uma otimização sistêmica de rede, DNS, parâmetros do kernel e arquitetura do cluster. Migrando kube-proxy para IPVS, adotando eBPF com Cilium, ativando NodeLocal DNSCache, ajustando parâmetros TCP e usando configurações Multi-NIC, você pode aumentar significativamente a responsividade e a estabilidade do cluster.

Essas otimizações são especialmente úteis para:

• Arquiteturas de microsserviços
• Clusters de produção com alta carga
• Aplicativos sensíveis à latência

Comece com mudanças que tragam maior impacto no seu ambiente, meça os resultados e ajuste iterativamente a configuração.

FAQ

• O que causa alta latência em clusters Kubernetes? Geralmente, latência elevada é causada por roteamento ineficiente de serviços (kube-proxy com iptables), DNS sobrecarregado (CoreDNS), parâmetros TCP do Linux não otimizados e gargalos de rede em nível de CNI ou nós. Em clusters grandes ou com alta carga, esses problemas se tornam mais evidentes e afetam diretamente o tempo de resposta dos aplicativos.
• É seguro migrar o kube-proxy para IPVS em produção? Sim. O IPVS é amplamente utilizado em ambientes de produção e oficialmente suportado pelo Kubernetes. Ainda assim, recomenda-se testar primeiro em um cluster staging, especialmente se houver configurações de rede ou firewall personalizadas.
• eBPF e Cilium são obrigatórios para reduzir latência? Não necessariamente. IPVS e NodeLocal DNSCache já oferecem melhorias significativas de desempenho. Cilium com eBPF é recomendado para clusters de alto desempenho ou grande escala, onde eficiência máxima e observabilidade são críticas.
• O NodeLocal DNSCache funciona com a configuração existente do CoreDNS? Sim. Ele funciona junto com o CoreDNS, atuando como uma camada de cache local, reduzindo a latência das consultas DNS sem necessidade de mudanças significativas na configuração atual.
• As otimizações TCP via sysctl são universais para todos os workloads? Não. As configurações TCP dependem do tipo de workload e dos padrões de tráfego. Sempre faça benchmarking e teste em ambiente de staging antes de aplicar em produção.
• Quando considerar Multi-NIC ou Multus CNI? Configurações Multi-NIC são mais úteis para workloads sensíveis à latência, de alta carga ou intensivos em rede. Em clusters pequenos ou cenários de baixo tráfego, a complexidade adicional pode não ser justificada.