LinuxDNS分析从入门到放弃(记一次有趣的dns问题排查记录,ping 源码分析,getaddrinfo源码分析)

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PS: 这个只是基于《我自己》的理解，

如果和你的原则及想法相冲突，请谅解，勿喷。

环境说明

  ubuntu 18.04

前言

  我们这里有一块嵌入式板卡，当我们通过PING测试内网IP时，发现外网IP访问正常，但是测试域名访问一直报unknown host。一般来说，在ubuntu里面，我们遇到域名不能访问，反手就是去设置/etc/resolv.conf文件里面的nameserver为114.114.114.114。但是万万没有想到，这次我们这样改了之后，还是访问报unknown host。

  当时我就人麻了，但是我仿佛灵光一闪，想到了一个问题：为何以前我们修改了/etc/resolv.conf文件就DNS就正常了，但是这里同样修改了这个文件，就不正常工作？此外，/etc/resolv.conf文件是干嘛的，为何改了DNS就有效了？

  要回答以上问题，根本原因就是要了解Linux平台里面DNS的详细工作流程，于是我踏上了看源码之旅。

探索之旅

  在这里，我们第一件事情就是想到，当我们ping一个域名，或者我们在浏览器里面输入了一个域名，然后访问的那一刻发生了什么？

  首先，当我们进行网络编程的时候，我们不管是send udp msg还是send tcp msg，我们都是需要构建一个struct sockaddr结构，这个结构里面包含了访问的地址，端口等等信息。但是这里的地址是ip地址，并不是域名地址，因此可以猜测，在浏览器访问或者ping域名之前，肯定做了dns查询工作，然后将域名转换之后，得到ip地址才构建出struct sockaddr结构，然后才开始网络访问的操作的。

  下面我去翻阅了ping的源码，在https://git.savannah.gnu.org/cgit/inetutils.git/tree/ping/libping.c?h=v2.4 中的ping_set_dest 函数中，有一个将host转换为struct sockaddr的方法引起了我的注意，他就是：getaddrinfo / gethostbyname。下面是ping的简要工作流程：

1. 1. 在https://git.savannah.gnu.org/cgit/inetutils.git/tree/ping/ping.c?h=v2.4中，main函数中调用了argp_parse，这里面会调用parse_opt，在这里有一个重要的ping_type函数指针在这里设置了，如果我们不配置任何参数的话，那么就是调用的ping_echo函数。
2. 2. 在https://git.savannah.gnu.org/cgit/inetutils.git/tree/ping/ping.c?h=v2.4中，main函数中调用了ping_init，初始化了ICMP的socket，并记录到句柄PING中。
3. 3. 在经历各种初始化后，就会调用ping_type，后面我们默认分析ping_echo。
4. 4. 在https://git.savannah.gnu.org/cgit/inetutils.git/tree/ping/ping_echo.c?h=v2.4中，ping_echo中回去调用ping_set_dest设置参数，同时调用ping_run循环通过send_to发送ping icmp报文。
5. 5. 在https://git.savannah.gnu.org/cgit/inetutils.git/tree/ping/libping.c?h=v2.4中，ping_set_dest 调用getaddrinfo解析域名。

getaddrinfo / gethostbyname

  首先，我们在查这两个方法之前，可以猜测他们的一个功能就是：这两个函数可能拿着域名，去访问了域名服务器，然后解析出ip地址，并且构造了struct sockaddr结构并返回。

  因此我们去看看这两个函数相关的man介绍和源码：
根据man手册：https://man7.org/linux/man-pages/man3/getaddrinfo.3.html ，我们可以知道，getaddrinfo已经包含了gethostbyname的工作，因此我们就只需要分析这个方法就行。

getaddrinfo 参数分析

  我们先来看看这个函数的参数含义

//重要的参数结构体
structaddrinfo {
int              ai_flags;
int              ai_family;
int              ai_socktype;
int              ai_protocol;
socklen_t        ai_addrlen;
structsockaddr *ai_addr;
char            *ai_canonname;
structaddrinfo *ai_next;
};

intgetaddrinfo(constchar *name, constchar *service, conststruct addrinfo *hints, struct addrinfo **pai);
//根据https://man7.org/linux/man-pages/man3/getaddrinfo.3.html，我们可以知道：
//name: 域名
//service: 服务，注意这里这个服务会让我们重新复习一遍计算机网络。
//hints: 就是填写struct addrinfo里面的属性，然后getaddrinfo根据这些特殊指定的属性，将对应的struct addrinfo返回回来。
//pai: 此函数返回的一个链表，其中包含了符合要求的struct addrinfo信息。
//其实我们从pai可以知道，当返回有值时，意味着我们知道了一个域名和服务对应的网络地址，然后我们就可以在connect,bind中使用pai->ai_addr了。

getaddrinfo 例子调试分析

  注意：我这里是事后写本文的时候，才发现需要下面的内容。由于getaddrinfo的实现特殊性，其不是很方便查看源码，因此采取strace + gdb + simple example方式来分析此函数的实现。

  首先下面是我的simple example

#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netdb.h>
#include<stdio.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<string.h>

intmain(int argc, char * argv[])
{
structaddrinfohints, *res;
memset (&hints, 0, sizeof (hints));
  hints.ai_family = AF_INET;
  hints.ai_flags = AI_CANONNAME;

if (0 > getaddrinfo("baidu.com", NULL, &hints, &res)){
        perror("get error:");
return-1;
    }
structsockaddr_in * get_addr = res->ai_addr;
printf("ip for baidu: %s\n", inet_ntoa(get_addr->sin_addr));
return0;
}

  然后gcc test.c -o test -g 生成此执行文件。下面是执行此函数的结果图片：

  下面是一些读取源码需要的单词简写：

• • IDNA: Internationalizing Domain Names in Applications
• • NSCD: name service cache daemon
• • NSS: Name Services Switch
• • CNAME: canonical name (规范化名字)

  下面是resolv.conf的文件内容：

# resolve.conf 内容
# This file is managed by man:systemd-resolved(8). Do not edit.
#
# This is a dynamic resolv.conf file for connecting local clients to the
# internal DNS stub resolver of systemd-resolved. This file lists all
# configured search domains.
#
# Run "systemd-resolve --status" to see details about the uplink DNS servers
# currently in use.
#
# Third party programs must not access this file directly, but only through the
# symlink at /etc/resolv.conf. To manage man:resolv.conf(5) in a different way,
# replace this symlink by a static file or a different symlink.
#
# See man:systemd-resolved.service(8) for details about the supported modes of
# operation for /etc/resolv.conf.

# nameserver 127.0.0.53
nameserver 8.8.8.8
options edns0

  下面是strace ./test 输出的部分节选（包含了/etc/resolv.conf的内容）

//打开resolve.conf
openat(AT_FDCWD, "/etc/resolv.conf", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=736, ...}) = 0
read(3, "# This file is managed by man:sy"..., 4096) = 736
read(3, "", 4096)                       = 0
close(3)

//通过resolve.conf的dns服务器，查询dns
//这里有个小知识：dns服务器的默认端口是53，详细可以通过/etc/protocol，/etc/services查看
socket(AF_INET, SOCK_DGRAM|SOCK_CLOEXEC|SOCK_NONBLOCK, IPPROTO_IP) = 3
connect(3, {sa_family=AF_INET, sin_port=htons(53), sin_addr=inet_addr("8.8.8.8")}, 16) = 0
poll([{fd=3, events=POLLOUT}], 1, 0)    = 1 ([{fd=3, revents=POLLOUT}])
sendto(3, "5\244\1\0\0\1\0\0\0\0\0\1\5baidu\3com\0\0\1\0\1\0\0)\4\260"..., 38, MSG_NOSIGNAL, NULL, 0) = 38
poll([{fd=3, events=POLLIN}], 1, 5000)  = 1 ([{fd=3, revents=POLLIN}])
ioctl(3, FIONREAD, [70])                = 0
recvfrom(3, "5\244\201\200\0\1\0\2\0\0\0\1\5baidu\3com\0\0\1\0\1\300\f\0\1\0"..., 1024, 0, {sa_family=AF_INET, sin_port=htons(53), sin_addr=inet_addr("8.8.8.8")}, [28->16]) = 70
close(3)                                = 0

  首先我们要调试glibc的话，需要安装glibc的调试符号：

sudo apt-get install libc6-dbg
cd /usr/src/glibc
tar -xf glibc-{version}.tar.xz

  下面通过GDB 结合 GLIBC的debug info开始调试程序，分析出getaddrinfo中我想关注的部分。

  首先我们调试得到打开/etc/resolv.conf的实现：

gdb ./test
b fopen
# 设置gdb搜索源文件目录，注意你下断点时，对应源码的相对路径
(gdb) set directories /usr/src/glibc/glibc-2.27/xxxx

在多次运行后，抓到打开/etc/resolv.conf的地方，其堆栈如下：