從Chrome源碼看DNS解析過程

DNS解析的作用是把域名解析成相應的IP地址，因為在廣域網上路由器需要知道IP地址才知道把報文發給誰。DNS是Domain Name System域名系統的縮寫，它是一個協議，在RFC 1035具體描述了這個協議。具體過程如下圖所示：

這個過程看似簡單，但是有幾個問題：

（1）瀏覽器是怎麼知道DNS解析伺服器，如上圖的8.8.8.8這台？

（2）一個域名可以解析成多個IP地址嗎，如果只有一個IP地址，在並發量很大的情況下，那台伺服器可能會爆？

（3）把域名綁了host之後，是不是就不用域名解析了直接用的本地host指定的IP地址？

（4）域名解析的有效時間為多長，即過了多久後同一個域名需要再次進行解析？

（5）什麼是域名解析的A記錄、AAAA記錄、CNAME記錄？

其實域名解析和Chrome沒有直接關係，即使是最簡單的curl命令也需要進行域名解析，但是我們可以通過Chrome源碼來看一下這個過程是怎麼樣的，並且回答上面的問題。

首先第一個問題，瀏覽器是怎麼知道DNS解析伺服器的，在本機的網路設置裡面可以看到當前的DNS伺服器IP，如我電腦的：

這兩個DNS Server是我家接的某正寬頻提供的：

一般寬頻服務商都會提供DNS伺服器，谷歌還為公眾提供了兩個免費的DNS服務，分別為8.8.8.8和8.8.4.4，取這兩個IP地址是為了容易記住，當你的DNS服務不好用的時候，可以嘗試改成這兩個。

入網的設備是怎麼獲取到這些IP地址的呢？是通過動態主機配置協議(DHCP)，當一台設備連到路由器之後，路由器通過DHCP給它分配一個IP地址，並告訴它DNS伺服器，如下路由器的DHCP設置：

通過wireshark抓包可以觀察到這個過程：

當我的電腦連上wifi的時候，會發一個DHCP Request的廣播，路由器收到這個廣播後就會向我的電腦分配一個IP地址並告知DNS伺服器。

這個時候系統就有DNS伺服器了，Chrome是調res_ninit這個系統函數(Linux)去獲取系統的DNS伺服器，這個函數是通過讀取/etc/resolver.conf這個文件獲取DNS：

## Mac OS X Notice## This file is not used by the host name and address resolution# or the DNS query routing mechanisms used by most processes on# this Mac OS X system.## This file is automatically generated.#search DHCP HOSTnameserver 59.108.61.61nameserver 219.232.48.61

search選項的作用是當一個域名不可解析時，就會嘗試在後面添加相應的後綴，如ping hello，無法解析就會分別ping hello.DHCP/hello.HOST，結果最後都無法解析。

Chrome在啟動的時候根據不同的操作系統去獲取DNS伺服器配置，然後把它放到DNSConfig的nameservers：

// List of name server addresses. std::vector<IPEndPoint> nameservers;

Chrome還會監聽網路變化同步改變配置。

然後用這個nameservers列表去初始化一個socket pool即套接字池，套接字是用來發請求的。在需要做域名解析的時候會從套接字池裡面取出一個socket，並傳遞想要用的server_index，初始化的時候是0，即取第一個DNS服務IP地址，一旦解析請求兩次都失敗了，則server_index + 1使用下一個DNS服務。

unsigned server_index = (first_server_index_ + attempt_number) % config.nameservers.size(); // Skip over known failed servers. // 最大attempts數為2，在構造DnsConfig設定的 server_index = session_->NextGoodServerIndex(server_index);

如果所有的nameserver都失敗了，那麼它會取最早失敗的nameserver.

Chrome在啟動的時候除了會讀取DNS server之外，還會去取讀取和解析hosts文件，放到DNSConfig的hosts屬性裡面，它是一個哈希map：

// Parsed results of a Hosts file.//// Although Hosts files map IP address to a list of domain names, for name// resolution the desired mapping direction is: domain name to IP address.// When parsing Hosts, we apply the "first hit" rule as Windows and glibc do.// With a Hosts file of:// 300.300.300.300 localhost # bad ip// 127.0.0.1 localhost// 10.0.0.1 localhost// The expected resolution of localhost is 127.0.0.1.using DnsHosts = std::unordered_map<DnsHostsKey, IPAddress, DnsHostsKeyHash>;

hosts文件在linux系統上是在/etc/hosts：

const base::FilePath::CharType kFilePathHosts[] = FILE_PATH_LITERAL("/etc/hosts");

讀取這個文件沒有什麼技巧，需要一行行地去處理，並做一些非法情況的判斷，如上面代碼的注釋。

這樣DNSConfig裡面就有兩個配置了，一個是hosts，另一個是nameservers，DNSConfig是組合到DNSSession，它們的組合關係如下圖所示：

resolver是負責解析的驅動類，它組合了一個client，client創建一個session，session層有一個很大的作用是用來管理server_index和socket pool如分配socket等，session初始化config，config用來讀取本地綁的hosts和nameservers兩個配置。這幾層各有各的職責。

resolver有一個重要的功能，它組合了一個job，用來創建任務隊列。resolver還組合了一個Hostcache，它是放解析結果的緩存，如果緩存緩存命中的話，就不用去解析了，這個過程是這樣的，外部調rosolver提供的HostResolverImpl::Resolve介面，這個介面會先判斷在本地是否能處理：

int net_error = ERR_UNEXPECTED; if (ServeFromCache(*key, info, &net_error, addresses, allow_stale, stale_info)) { source_net_log.AddEvent(NetLogEventType::HOST_RESOLVER_IMPL_CACHE_HIT, addresses->CreateNetLogCallback()); // |ServeFromCache()| will set |*stale_info| as needed. return net_error; } // TODO(szym): Do not do this if nsswitch.conf instructs not to. // http://crbug.com/117655 if (ServeFromHosts(*key, info, addresses)) { source_net_log.AddEvent(NetLogEventType::HOST_RESOLVER_IMPL_HOSTS_HIT, addresses->CreateNetLogCallback()); MakeNotStale(stale_info); return OK; } return ERR_DNS_CACHE_MISS;

上面代碼先調serveFromCache去cache裡面看有沒有，如果cache命中的話則返回，否則看hosts是否命中，如果都不命中則返回CACHE_MISS的標誌位。如果返回值不等於CACHE_MISS，則直接返回：

if (rv != ERR_DNS_CACHE_MISS) { LogFinishRequest(source_net_log, info, rv); RecordTotalTime(info.is_speculative(), true, base::TimeDelta()); return rv; }

否則創建一個job，並看是否能立刻執行，如果job隊列太多了，則添加到job隊列後面，並傳遞一個成功的回調處理函數。

所以這裡和我們的認知基本上是一樣的，先看下cache有沒有，然後再看hosts有沒有，如果沒有的話再進行查詢。在cache查詢的時候如果這個cache已經過時了即staled，也會返回null，而判斷是否stale的標準如下：

bool is_stale() const { return network_changes > 0 || expired_by >= base::TimeDelta(); }

即網路發生了變化，或者expired_by大於0，則認為是過時的cache。這個時間差是用當前時間減掉當前cache的過期時間：

stale.expired_by = now - expires_;

而過期時間是在初始化的時候使用now + ttl的值，而這個ttl是使用上一次請求解析的時候返回的ttl：

uint32_t ttl_sec = std::numeric_limits<uint32_t>::max(); ttl_sec = std::min(ttl_sec, record.ttl); *ttl = base::TimeDelta::FromSeconds(ttl_sec);

上面代碼做了一個防溢出處理。在wireshark的dns response可以直觀地看到這個ttl：

當前域名的TTL值為600s即10分鐘。這個可以在買域名的提供商進行設置：

另外可以看到這個記錄類型是A的，什麼是A呢，如下圖所示：

在添加解析的時候可以看到，A就是把域名解析到一個IPv4地址，而AAAA是解析到IPv6地址，CNAME是解析到另外一個域名。使用CNAME的好處是當很多其它域名指向一個CNAME時，當需要改變IP地址時，只要改變這個CNAME的地址，那麼其它的也跟著生效了，但是得做二次解析。

如果域名在本地不能解析的話，Chrome就會去發請求了。操作系統提供了一個叫getaddrinfo的系統函數用來做域名解析，但是Chrome並沒有使用，而是自己實現了一個DNS客戶端，包括封裝DNS request報文以及解析DNS response報文。這樣可能是因為靈活度會更大一點，例如Chrome可以自行決定怎麼用nameservers，順序以及失敗嘗試的次數等。

在resolver的startJob裡面啟動解析。取到下一個queryId，然後構建一個query，再構建一個DnsUDPAttempt，再執行它的start，因為DNS客戶端查詢使用的是UDP報文（輔域名伺服器向主域名伺服器查詢是用的TCP）：

uint16_t id = session_->NextQueryId();std::unique_ptr<DnsQuery> query;query.reset(new DnsQuery(id, qnames_.front(), qtype_, opt_rdata_));DnsUDPAttempt* attempt = new DnsUDPAttempt(server_index, std::move(lease), std::move(query));int rv = attempt->Start( base::Bind(&DnsTransactionImpl::OnUdpAttemptComplete, base::Unretained(this), attempt_number, base::TimeTicks::Now()));

具體解析的過程拆成了幾步，這個代碼組織是這樣的，通過一個state決定執行順序：

int rv = result;do { // 最開始的state為STATE_SEND_QUERY State state = next_state_; next_state_ = STATE_NONE; switch (state) { case STATE_SEND_QUERY: rv = DoSendQuery(); break; case STATE_SEND_QUERY_COMPLETE: rv = DoSendQueryComplete(rv); break; case STATE_READ_RESPONSE: rv = DoReadResponse(); break; case STATE_READ_RESPONSE_COMPLETE: rv = DoReadResponseComplete(rv); break; default: NOTREACHED(); break; }} while (rv != ERR_IO_PENDING && next_state_ != STATE_NONE);

state從第一個case執行完之後變成第二個case的state，在第二個case的執行函數裡面又把它改成第三個，這樣依次下來，直到變成while循環裡面的STATE_DONE，或者是ERR狀態結束當前transaction事務。所以這個代碼組織還是比較有趣的。

最後解析成功之後，會把結果放到cache裡面：

if (did_complete) { resolver_->CacheResult(key_, entry, ttl); RecordJobHistograms(entry.error()); }

然後生成一個addressList，傳遞給相應的callback，因為DNS解析可能會返回多個結果，如下面這個：

這裡我們沒用Chrome列印結果了，都是直接看的wireshark的輸出，因為添加列印函數比較麻煩，直接看wireshark的輸出比較直觀，節省時間。

本文簡單地介紹了DNS解析的過程以及DNS的一些相關概念，相信到這裡，應該可以回答上面提出的幾個問題了。總地來說，客戶端向域名解析伺服器發起查詢，然後伺服器返迴響應。DNS伺服器nameservers是在設備接入網路的時候路由器通過DHCP發給設備的，chrome會按照nameservers的順序發起查詢，並將結果緩存，有效時間根據ttl，有效期內兩次查詢直接使用cache。DNS解析的結果有幾種類型，最常見的是A記錄和CNAME記錄，A記錄表示結果是一個IP地址，CNAME表示結果是另外一個域名。

本文沒有很深入詳細地介紹，但是核心的概念和邏輯過程應該是都有涉及了。