Linux DNS 查询剖析（第一部分）
我经常与虚拟机集群打交道（文1、文2、文3、文4、文5、文6），因此最终花费了大量时间试图掌握 DNS 查询的工作原理。遇到问题时，我只是不求甚解的使用 StackOverflow 上的“解决方案”，而不知道它们为什么有时工作，有时不工作。
最终我对此感到了厌倦，决定一并找出所有问题的原因。我没有在网上找到完整的指南，我问过一些同事，他们不知所以然（或许是问题太具体了）。
既然如此，我开始自己写这样的手册。
结果发现，“Linux 执行一次 DNS 查询”这句话的背后有相当多的工作。
“究竟有多难呢？”
**本系列文章试图将 Linux 主机上程序获取（域名对应的） IP 地址的过程及期间涉及的组件进行分块剖析。**如果不理解这些块的协同工作方式，调试解决 dnsmasq、vagrant landrush 和 resolvconf 等相关的问题会让人感到眼花缭乱。
同时这也是一份有价值的说明，指出原本很简单的东西是如何随着时间的推移变得相当复杂。在弄清楚 DNS 查询的原理的过程中，我了解了大量不同的技术及其发展历程。
我甚至编写了一些自动化脚本，可以让我在虚拟机中进行实验。欢迎读者参与贡献或勘误。
请注意，本系列主题并不是“DNS 工作原理”，而是与查询 Linux 主机配置的真实 DNS 服务器（这里假设查询了一台 DNS 服务器，但后面你会看到有时并不需要）相关的内容，以及如何确定使用哪个查询结果，或者如何使用其它方式确定 IP 地址。
1) 其实并没有名为“DNS 查询”的系统调用
工作方式并非如此
首先要了解的一点是，Linux 上并没有一个单独的方法可以完成 DNS 查询工作；没有一个有这样的明确接口的核心 系统调用 system call 。
不过，有一个标准 C 库函数调用 getaddrinfo，不少程序使用了该调用；但不是所有程序或应用都使用该调用！
让我们看一下两个简单的标准程序：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
对于同一个域名，两个程序得到的 IP 地址是相同的；那么它们是使用同样的方法得到结果的吧？
事实并非如此。
下面文件给出了我主机上 ping 对应的 DNS 相关的系统调用：
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 对应的系统调用:
$ 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 打开了 nsswitch.conf 文件，但 host 没有；但两个程序都打开了 /etc/resolv.conf 文件。
下面我们依次查看这两个 .conf 扩展名的文件。
2) NSSwitch 与 /etc/nsswitch.conf
我们已经确认应用可以自主决定选用哪个 DNS 服务器。很多应用（例如 ping）通过配置文件 /etc/nsswitch.conf （根据具体实现 1 ）参考 NSSwitch 完成选择。
NSSwitch 不仅用于 DNS 查询，例如，还用于密码与用户信息查询。
NSSwitch 最初是 Solaris OS 的一部分，可以让应用无需硬编码查询所需的文件或服务，而是在其它集中式的、无需应用开发人员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
我们需要关注的是 hosts 行。我们知道 ping 用到 nsswitch.conf 文件，那么我们修改这个文件（的 hosts 行），看看能够如何影响 ping。
修改 nsswitch.conf， hosts 行仅保留 files
如果你修改 nsswitch.conf，将 hosts 行仅保留 files：
hosts: files
此时， ping 无法获取 google.com 对应的 IP 地址：
$ ping -c1 google.com
ping: unknown host google.com
但 localhost 的解析不受影响：
$ 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
毕竟如我们之前看到的那样，host 不受 nsswitch.conf 影响。
修改 nsswitch.conf， hosts 行仅保留 dns
如果你修改 nsswitch.conf，将 hosts 行仅保留 dns：
hosts: dns
此时，google.com 的解析恢复正常：
$ 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 无法解析：
$ ping -c1 localhost
ping: unknown host localhost
下图给出默认 NSSwitch 中 hosts 行对应的查询逻辑：
我的 hosts: 配置是 nsswitch.conf 给出的默认值
3) /etc/resolv.conf
我们已经知道 host 和 ping 都使用 /etc/resolv.conf 文件。
下面给出我主机的 /etc/resolv.conf 文件内容：
# 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
先忽略前两行，后面我们会回过头来看这部分（它们很重要，但你还需要一些知识储备）。
其中 nameserver 行指定了查询用到的 DNS 服务器。
如果将该行注释掉：
#nameserver 10.0.2.3
再次运行：
$ ping -c1 google.com
ping: unknown host google.com
解析失败了，这是因为没有可用的名字服务器 2 。
该文件中还可以使用其它选项。例如，你可以在 resolv.conf 文件中增加如下行：
search com
然后执行 ping google （不写 .com）
$ ping google
PING google.com (216.58.204.14) 56(84) bytes of data.
程序会自动为你尝试 .com 域。
第一部分总结
第一部分到此结束，下一部分我们会了解 resolv.conf 文件是如何创建和更新的。
下面总结第一部分涵盖的内容：
- 操作系统中并不存在“DNS 查询”这个系统调用
- 不同程序可能采用不同的策略获取名字对应的 IP 地址
- 例如,
ping使用nsswitch，后者进而使用（或可以使用）/etc/hosts、/etc/resolv.conf以及主机名得到解析结果
- 例如,
/etc/resolv.conf用于决定：- 查询什么地址（LCTT 译注：这里可能指
search带来的影响） - 使用什么 DNS 服务器执行查询
- 查询什么地址（LCTT 译注：这里可能指
如果你曾认为 DNS 查询很复杂，请跟随这个系列学习吧。
via: https://zwischenzugs.com/2018/06/08/anatomy-of-a-linux-dns-lookup-part-i/
作者：ZWISCHENZUGS 译者：pinewall 校对：wxy