我經常與虛擬機集群打交道（文1[1]、文2[2]、文3[3]、文4[4]、文5[5]、文6[6]），因此最終花費了大量時間試圖掌握 DNS 查詢[7]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。
「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[8]，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（這裡假設查詢了一臺 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
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接口的核心系統調用system call。
不過，有一個標準 C 庫函數調用 getaddrinfo[9]，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 -1PING bbc.co.uk (151.101.192.81) 56(84) bytes of data.
root@linuxdns1:~# host bbc.co.uk | head -1bbc.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.comopen("/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3open("/lib/x86_64-linux-gnu/libcap.so.2", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3open("/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3open("/etc/resolv.conf", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 4open("/etc/resolv.conf", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 4open("/etc/nsswitch.conf", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 4open("/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 4open("/lib/x86_64-linux-gnu/libnss_files.so.2", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 4open("/etc/host.conf", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 4open("/etc/hosts", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 4open("/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 4open("/lib/x86_64-linux-gnu/libnss_dns.so.2", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 4open("/lib/x86_64-linux-gnu/libresolv.so.2", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 4PING google.com (216.58.204.46) 56(84) bytes of data.open("/etc/hosts", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 464 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) = 6google.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: compatgroup: compatshadow: compatgshadow: fileshosts: files dns myhostnamenetworks: filesprotocols: db filesservices: db filesethers: db filesrpc: db filesnetgroup: 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.comping: unknown host google.com
但 localhost 的解析不受影響：
$ ping -c1 localhostPING 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.comgoogle.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.comPING 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 localhostping: unknown host localhost
下圖給出默認 NSSwitch 中 hosts 行對應的查詢邏輯：
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 OVERWRITTENnameserver 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.comping: 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 googlePING 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：
◈ 作業系統中並不存在「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）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：dmatech[11] 譯者：pinewall 校對：wxy
本文由 LCTT 原創編譯，Linux中國 榮譽推出