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由于域名比 IP 地址更便于記憶，我們通常使用它來(lái)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用客戶端想要跟服務(wù)端通信，必須先向 DNS 服務(wù)器查詢域名對(duì)應(yīng)的 IP 地址。舉個(gè)例子，讀者訪問(wèn)我的網(wǎng)站 fasionchan.com 時(shí)，瀏覽器需要先根據(jù)域名查詢網(wǎng)站的 IP 地址，再和網(wǎng)站的 Web 服務(wù)器進(jìn)行通信。

那么，如何通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)域名查詢呢?這是開發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用無(wú)法回避的問(wèn)題。

我們知道，DNS 服務(wù)器和客戶端之間使用 DNS 協(xié)議進(jìn)行通信：客戶端先向服務(wù)器發(fā)送 請(qǐng)求報(bào)文 ，服務(wù)器將查詢結(jié)果封裝成 應(yīng)答報(bào)文 ，回復(fù)客戶端。DNS 可以使用 UDP 或 TCP 作為傳輸層協(xié)議，通信端口號(hào)為 53 。

假設(shè)客戶端使用 UDP 協(xié)議，一次域名查詢的步驟大致如下：

1. 創(chuàng)建一個(gè) UDP 套接字;
2. 封裝 DNS 請(qǐng)求報(bào)文，待查詢域名位于問(wèn)題節(jié);
3. 通過(guò) UDP 套接字，將請(qǐng)求報(bào)文發(fā)給 DNS 服務(wù)器(服務(wù)端端口一般是 53 );
4. 等待服務(wù)端響應(yīng)，并從 UDP 套接字讀取應(yīng)答報(bào)文;
5. 解析應(yīng)答報(bào)文，獲得查詢結(jié)果;
6. 關(guān)閉 UDP 套接字;

如果每個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都需要自行封裝 DNS 報(bào)文實(shí)現(xiàn)域名查詢，未免太麻煩了!為此，C庫(kù)提供了一系列工具函數(shù)。應(yīng)用程序只需調(diào)用這些工具函數(shù)，即可完成域名查詢，不用自己操作套接字，或者封裝 DNS 報(bào)文。

示例程序

這個(gè)程序調(diào)用 C 庫(kù)函數(shù) gethostbyname ，將用戶在命令行參數(shù)中指定的域名查詢出來(lái)：

#include <arpa/inet.h> 
#include <netdb.h> 
#include <stdio.h> 
 
int main(int argc, char *argv[]) { 
    if (argc != 2) { 
        fprintf(stderr, "bad arguments"); 
        return -1; 
    } 
 
    char *name = argv[1]; 
    printf("resolve domain name: %s\n", name); 
 
    struct hostent *result = gethostbyname(name); 
    if (result == NULL) { 
        if (h_errno == HOST_NOT_FOUND) { 
            fprintf(stderr, "Hostname not found!\n"); 
        } 
 
        if (h_errno == NO_DATA) { 
            fprintf(stderr, "No such record\n"); 
        } 
 
        if (h_errno == NO_RECOVERY) { 
            fprintf(stderr, "\n"); 
        } 
 
        if (h_errno == TRY_AGAIN) { 
            fprintf(stderr, "Temporary error occurred, please try again!\n"); 
        } 
 
        return -1; 
    } 
 
    int i = 0; 
    while (result->h_addr_list[i] != NULL) { 
        printf("IP: %s\n", inet_ntoa(*(struct in_addr *)result->h_addr_list[i])); 
        i++; 
    } 
 
    return 0; 
} 

顧名思義，gethostbyname 根據(jù)域名查詢主機(jī)的地址，結(jié)果一般是 IP 地址或者 IPv6 地址。

請(qǐng)看程序第 14 行，以待查詢域名為參數(shù)調(diào)用 gethostbyname 函數(shù);它返回一個(gè) hostent 結(jié)構(gòu)體指針，結(jié)構(gòu)體中保存著域名查詢結(jié)果。

第 15-33 行，檢查域名解析結(jié)果，空表示出錯(cuò);出錯(cuò)時(shí)根據(jù) h_errno 的值，分情況處理(詳情請(qǐng)見后文)。

第 35-39 行，從 hostent 結(jié)構(gòu)體中取出查詢結(jié)果，并打印到屏幕上。

那么， gethostbyname 庫(kù)函數(shù)內(nèi)部都做了些什么呢?答案其實(shí)不難猜到。它會(huì)幫我們創(chuàng)建 UDP 套接字、發(fā)送 DNS 請(qǐng)求報(bào)文、接收并解析應(yīng)答報(bào)文。以這個(gè)程序?yàn)槔?，它的?zhí)行流(藍(lán)線)大致如下：

域名查詢庫(kù)函數(shù)

實(shí)際上，C 庫(kù)提供了一系列工具函數(shù)，用于域名查詢：

• gethostbyname ，查詢指定域名，查詢結(jié)果保存在 hostent 結(jié)構(gòu)體中，指針被返回給調(diào)用者;
• gethostbyname_r ，同上，為線程安全版本，可在多線程環(huán)境中使用;
• gethostbyname2 ，同一，但支持通過(guò) af 參數(shù)指定查詢地址類型;
• gethostbyname2_r ，同三，為線程安全版本，可在多線程環(huán)境中使用;

以 gethostbyname 為例，如果查詢成功，它將返回一個(gè) hostent 結(jié)構(gòu)體指針，結(jié)構(gòu)體保存著查詢結(jié)果。如果查詢出錯(cuò)，它將返回 NULL ，并將錯(cuò)誤保存 h_errno 全局變量。一般而言，域名查詢出錯(cuò)，可以分為這幾種情況：

HOST_NOT_FOUND ，表示指定主機(jī)不存在，即域名不存在;

NO_DATA ，表示域名存在其他記錄，但沒(méi)有地址相關(guān)記錄( A 或者 AAAA );

NO_RECOVERY ，域名服務(wù)器出現(xiàn)不可恢復(fù)錯(cuò)誤;

TRY_AGAIN ，臨時(shí)出錯(cuò)，可通過(guò)重試恢復(fù);

當(dāng)域名查詢失敗時(shí)，調(diào)用者必須檢查 h_errno 變量，分情況進(jìn)行處理。

局限性

在網(wǎng)絡(luò)爬蟲、Socks5 代理等應(yīng)用場(chǎng)景，域名查詢非常頻繁。這時(shí)直接使用 gethostbyname 系列庫(kù)函數(shù)，很有可能會(huì)面臨性能瓶頸。

一方面，gethostbyname 庫(kù)函數(shù)每次查詢域名時(shí)，都要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè) UDP 套接字來(lái)跟 DNS 服務(wù)器通信。這意味著，頻繁的域名查詢背后，必然伴隨著大量套接字的創(chuàng)建和銷毀，開銷可想而知!

另一方面，gethostbyname 庫(kù)函數(shù)將一直阻塞，直到 DNS 服務(wù)器返回結(jié)果或者查詢超時(shí)。這將嚴(yán)重制約系統(tǒng)的并發(fā)處理能力。

因此，在高頻查詢場(chǎng)景，不能直接使用 gethostbyname 等庫(kù)函數(shù)，必須采用一些經(jīng)過(guò)優(yōu)化的異步域名解析庫(kù)。

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gethostbyname