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Linux DNS 查詢剖析（第一部分）

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我經常與虛擬機集群打交道（文1、文2、文3、文4、文5、文6），因此最終花費了大量時間試圖掌握 DNS 查詢的工作原理。遇到問題時，我只是不求甚解的使用 StackOverflow 上的「解決方案」，而不知道它們為什麼有時工作，有時不工作。

最終我對此感到了厭倦，決定一併找出所有問題的原因。我沒有在網上找到完整的指南，我問過一些同事，他們不知所以然（或許是問題太具體了）。

既然如此，我開始自己寫這樣的手冊。

結果發現，「Linux 執行一次 DNS 查詢」這句話的背後有相當多的工作。

linux-dns-0

「究竟有多難呢？」

本系列文章試圖將 Linux 主機上程序獲取（域名對應的） IP 地址的過程及期間涉及的組件進行分塊剖析。如果不理解這些塊的協同工作方式，調試解決 dnsmasq、vagrant landrush 和 resolvconf 等相關的問題會讓人感到眼花繚亂。

同時這也是一份有價值的說明，指出原本很簡單的東西是如何隨著時間的推移變得相當複雜。在弄清楚 DNS 查詢的原理的過程中，我了解了大量不同的技術及其發展歷程。

我甚至編寫了一些自動化腳本，可以讓我在虛擬機中進行實驗。歡迎讀者參與貢獻或勘誤。

請注意，本系列主題並不是「DNS 工作原理」，而是與查詢 Linux 主機配置的真實 DNS 伺服器（這裡假設查詢了一台 DNS 伺服器，但後面你會看到有時並不需要）相關的內容，以及如何確定使用哪個查詢結果，或者如何使用其它方式確定 IP 地址。

1) 其實並沒有名為「DNS 查詢」的系統調用

linux-dns-1

工作方式並非如此

首先要了解的一點是，Linux 上並沒有一個單獨的方法可以完成 DNS 查詢工作；沒有一個有這樣的明確介面的核心 系統調用 system call 。

不過，有一個標準 C 庫函數調用 getaddrinfo，不少程序使用了該調用；但不是所有程序或應用都使用該調用！

讓我們看一下兩個簡單的標準程序：ping 和 host：

root@linuxdns1:~# ping -c1 bbc.co.uk | head -1
PING bbc.co.uk (151.101.192.81) 56(84) bytes of data.
root@linuxdns1:~# host bbc.co.uk | head -1
bbc.co.uk has address 151.101.192.81

對於同一個域名，兩個程序得到的 IP 地址是相同的；那麼它們是使用同樣的方法得到結果的吧？

事實並非如此。

下面文件給出了我主機上 ping 對應的 DNS 相關的系統調用：

root@linuxdns1:~# strace -e trace=open -f ping -c1 google.com
open("/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
open("/lib/x86_64-linux-gnu/libcap.so.2", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
open("/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
open("/etc/resolv.conf", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 4
open("/etc/resolv.conf", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 4
open("/etc/nsswitch.conf", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 4
open("/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 4
open("/lib/x86_64-linux-gnu/libnss_files.so.2", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 4
open("/etc/host.conf", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 4
open("/etc/hosts", O_RDONLY|O_CLOEXEC)  = 4
open("/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 4
open("/lib/x86_64-linux-gnu/libnss_dns.so.2", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 4
open("/lib/x86_64-linux-gnu/libresolv.so.2", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 4
PING google.com (216.58.204.46) 56(84) bytes of data.
open("/etc/hosts", O_RDONLY|O_CLOEXEC)  = 4
64 bytes from lhr25s12-in-f14.1e100.net (216.58.204.46): icmp_seq=1 ttl=63 time=13.0 ms
[...]

下面是 host 對應的系統調用:

$ strace -e trace=open -f host google.com
[...]
[pid  9869] open("/usr/share/locale/en_US.UTF-8/LC_MESSAGES/libdst.cat", O_RDONLY) = -1 ENOENT (No such file or directory)
[pid  9869] open("/usr/share/locale/en/libdst.cat", O_RDONLY) = -1 ENOENT (No such file or directory)
[pid  9869] open("/usr/share/locale/en/LC_MESSAGES/libdst.cat", O_RDONLY) = -1 ENOENT (No such file or directory)
[pid  9869] open("/usr/lib/ssl/openssl.cnf", O_RDONLY) = 6
[pid  9869] open("/usr/lib/x86_64-linux-gnu/openssl-1.0.0/engines/libgost.so", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 6[pid  9869] open("/etc/resolv.conf", O_RDONLY) = 6
google.com has address 216.58.204.46
[...]

可以看出 ping 打開了 nsswitch.conf 文件，但 host 沒有；但兩個程序都打開了 /etc/resolv.conf 文件。

下面我們依次查看這兩個 .conf 擴展名的文件。

2) NSSwitch 與 /etc/nsswitch.conf

我們已經確認應用可以自主決定選用哪個 DNS 伺服器。很多應用（例如 ping）通過配置文件 /etc/nsswitch.conf （根據具體實現 1 ）參考 NSSwitch 完成選擇。

NSSwitch 不僅用於 DNS 查詢，例如，還用於密碼與用戶信息查詢。

NSSwitch 最初是 Solaris OS 的一部分，可以讓應用無需硬編碼查詢所需的文件或服務，而是在其它集中式的、無需應用開發人員管理的配置文件中找到。

下面是我的 nsswitch.conf：

passwd:         compat
group:          compat
shadow:         compat
gshadow:        files
hosts: files dns myhostname
networks:       files
protocols:      db files
services:       db files
ethers:         db files
rpc:            db files
netgroup:       nis

我們需要關注的是 hosts 行。我們知道 ping 用到 nsswitch.conf 文件，那麼我們修改這個文件（的 hosts 行），看看能夠如何影響 ping。

修改 nsswitch.conf， hosts 行僅保留 files

如果你修改 nsswitch.conf，將 hosts 行僅保留 files：

hosts: files

此時， ping 無法獲取 google.com 對應的 IP 地址：

$ ping -c1 google.com
ping: unknown host google.com

但 localhost 的解析不受影響：

$ ping -c1 localhost
PING localhost (127.0.0.1) 56(84) bytes of data.
64 bytes from localhost (127.0.0.1): icmp_seq=1 ttl=64 time=0.039 ms

此外，host 命令正常返回：

$ host google.com
google.com has address 216.58.206.110

畢竟如我們之前看到的那樣，host 不受 nsswitch.conf 影響。

修改 nsswitch.conf， hosts 行僅保留 dns

如果你修改 nsswitch.conf，將 hosts 行僅保留 dns：

hosts: dns

此時，google.com 的解析恢復正常：

$ ping -c1 google.com
PING google.com (216.58.198.174) 56(84) bytes of data.
64 bytes from lhr25s10-in-f174.1e100.net (216.58.198.174): icmp_seq=1 ttl=63 time=8.01 ms

但 localhost 無法解析：

$ ping -c1 localhost
ping: unknown host localhost

下圖給出默認 NSSwitch 中 hosts 行對應的查詢邏輯：

linux-dns-2 (1)

我的 hosts: 配置是 nsswitch.conf 給出的默認值

3) /etc/resolv.conf

我們已經知道 host 和 ping 都使用 /etc/resolv.conf 文件。

下面給出我主機的 /etc/resolv.conf 文件內容：

# Dynamic resolv.conf(5) file for glibc resolver(3) generated by resolvconf(8)
#     DO NOT EDIT THIS FILE BY HAND -- YOUR CHANGES WILL BE OVERWRITTEN
nameserver 10.0.2.3

先忽略前兩行，後面我們會回過頭來看這部分（它們很重要，但你還需要一些知識儲備）。

其中 nameserver 行指定了查詢用到的 DNS 伺服器。

如果將該行注釋掉：

#nameserver 10.0.2.3

再次運行：

$ ping -c1 google.com
ping: unknown host google.com

解析失敗了，這是因為沒有可用的名字伺服器 2 。

該文件中還可以使用其它選項。例如，你可以在 resolv.conf 文件中增加如下行：

search com

然後執行 ping google （不寫 .com）

$ ping google
PING google.com (216.58.204.14) 56(84) bytes of data.

程序會自動為你嘗試 .com 域。

第一部分總結

第一部分到此結束，下一部分我們會了解 resolv.conf 文件是如何創建和更新的。

下面總結第一部分涵蓋的內容：

  • 操作系統中並不存在「DNS 查詢」這個系統調用
  • 不同程序可能採用不同的策略獲取名字對應的 IP 地址
    • 例如, ping 使用 nsswitch，後者進而使用（或可以使用） /etc/hosts、/etc/resolv.conf 以及主機名得到解析結果
  • /etc/resolv.conf 用於決定：
    • 查詢什麼地址（LCTT 譯註：這裡可能指 search 帶來的影響）
    • 使用什麼 DNS 伺服器執行查詢

如果你曾認為 DNS 查詢很複雜，請跟隨這個系列學習吧。

  1. ping 實現的變種之多令人驚嘆。我 不 希望在這裡討論過多。 ↩
  2. 另一個需要注意的地方： host 在沒有指定 nameserver 的情況下會嘗試 127.0.0.1:53。 ↩

via: https://zwischenzugs.com/2018/06/08/anatomy-of-a-linux-dns-lookup-part-i/

作者：ZWISCHENZUGS 譯者：pinewall 校對：wxy

本文由 LCTT 原創編譯，Linux中國 榮譽推出

本文轉載來自 Linux 中國: https://github.com/Linux-CN/archive

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