各开发语言DNS缓存配置建议

作者：翟贺龙

一、背景

在计算机领域，涉及性能优化动作时首先应被考虑的原则之一便是使用缓存，合理的数据缓存机制能够带来以下收益：

1.缩短数据获取路径，热点数据就近缓存以便后续快速读取，从而明显提升处理效率；

2.降低数据远程获取频次，缓解后端数据服务压力、减少前端和后端之间的网络带宽成本；

从 CPU 硬件的多级缓存设计，到浏览器快速展示页面，再到大行其道的 CDN、云存储网关等商业产品，处处应用了缓存理念。

在公网领域，如操作系统、浏览器和移动端 APP 等成熟产品所具备的缓存机制，极大的消解了网络提供商如电信移动联通、内容提供商如各大门户平台和 CDN 厂商直面的服务压力，运营商的 DNS 才能从容面对每秒亿万级的 DNS 解析，网络设备集群才能轻松承担每秒 Tbit 级的互联网带宽，CDN 平台才能快速处理每秒亿万次的请求。

面对公司目前庞大且仍在不断增长的的域名接入规模，笔者所在团队在不断优化集群架构、提升 DNS 软件性能的同时，也迫切需要推动各类客户端环境进行域名解析请求机制的优化，因此，特组织团队成员调研、编写了这篇指南文章，以期为公司、客户及合作方的前端开发运维人员给出合理建议，优化 DNS 整体请求流程，为业务增效。

本文主要围绕不同业务和开发语言背景下，客户端本地如何实现 DNS 解析记录缓存进行探讨，同时基于笔者所在团队对 DNS 本身及公司网络环境的掌握，给出一些其他措施，{BANNED}最佳终致力于客户端一侧的 DNS 解析请求规范化。

二、名词解释

1. 客户端

本文所述客户端，泛指所有主动发起网络请求的对象，包括但不限于服务器、PC、移动终端、操作系统、命令行工具、脚本、服务软件、用户 APP 等。

2. DNS

Domain Name System(Server/Service)，域名系统（服务器/服务），可理解为一种类数据库服务；

客户端同服务端进行网络通信，是靠 IP 地址识别对方；而作为客户端的使用者，人类很难记住大量 IP 地址，所以发明了易于记忆的域名如 ，将域名和 IP 地址的映射关系，存储到 DNS 可供客户端查询；

客户端只有通过向 DNS 发起域名解析请求从而获取到服务端的 IP 地址后，才能向 IP 地址发起网络通信请求，真正获取到域名所承载的服务或内容。

参考：域名系统 ?域名解析流程?

3. LDNS

Local DNS，本地域名服务器；公网接入环境通常由所在网络供应商自动分配（供应商有控制权，甚至可作 DNS 劫持，即篡改解析域名得到的 IP），内网环境由 IT 部门设置自动分配；

通常 Unix、类Unix、MacOS系统可通过 /etc/resolv.conf 查看自己的 LDNS，在 nameserver 后声明，该文件亦支持用户自助编辑修改，从而指定 LDNS，如公网常见的公共 DNS 如谷歌 DNS、114DNS 等；纯内网环境通常不建议未咨询IT部门的情况下擅自修改，可能导致服务不可用；可参考 man resolv.conf 指令结果。

当域名解析出现异常时，同样应考虑 LDNS 服务异常或发生解析劫持情况的可能。

参考：windows系统修改TCP/IP设置（含DNS）；

4. hosts

DNS 系统可以动态的提供域名和IP的映射关系，普遍存在于各类操作系统的hosts文件则是域名和IP映射关系的静态记录文件，且通常 hosts 记录优先于 DNS 解析，即本地无缓存或缓存未命中时，则优先通过 hosts 查询对应域名记录，若 hosts 无相关映射，则继续发起 DNS 请求。关于 Linux 环境下此逻辑的控制，请参考下文 C/C++ 语言 DNS 缓存介绍部分。

所以在实际工作中，常利用上述默认特性，将特定域名和特定 IP 映射关系写到 hosts 文件中（俗称“固定 hosts”），用于绕开 DNS 解析过程，对目标 IP 作针对性访问（其效果与 curl 的-x选项，或 wget 的 -e 指定 proxy 选项，异曲同工）；

5. TTL

Time-To-Live，生存时间值，此概念在多领域适用且可能有不同意义。

本文涉及到 TTL 描述均针对数据缓存而言，可直白理解为已缓存数据的“有效期”，从数据被缓存开始计，在缓存中存在时长超过 TTL 规定时长的数据被视为过期数据，数据被再次调用时会立刻同权威数据源进行有效性确认或重新获取。

因缓存机制通常是被动触发和更新，故在客户端的缓存有效期内，后端原始权威数据若发生变更，客户端不会感知，表现为业务上一定程度的数据更新延迟、缓存数据与权威数据短时不一致。

对于客户端侧 DNS 记录的缓存 TTL，我们建议值为 60s；同时如果是低敏感度业务比如测试、或域名解析调整不频繁的业务，可适当延长，甚至达到小时或天级别；

三、DNS 解析优化建议

1. 各语言网络库对 DNS 缓存的支持调研

以下调研结果，推荐开发人员参考，以实现自研客户端 DNS 缓存。各开发语言对 DNS 缓存支持可能不一样，在此逐个分析一下。

C/C++ 语言

（1）glibc 的 getaddrinfo 函数

Linux环境下的 glibc 库提供两个域名解析的函数：gethostbyname 函数和 getaddrinfo 函数，gethostbyname 是曾经常用的函数，但是随着向 IPv6 和线程化编程模型的转移，getaddrinfo 显得更有用，因为它既解析 IPv6 地址，又符合线程安全，推荐使用 getaddrinfo 函数。

函数原型：

int getaddrinfo( const char *node, 
                 const char *service,
                 const struct addrinfo *hints,
                 struct addrinfo **res);

getaddrinfo 函数是比较底层的基础库函数，很多开发语言的域名解析函数都依赖这个函数，因此我们在此介绍一下这个函数的处理逻辑。通过 strace 命令跟踪这个函数系统调用。

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1）查找 nscd 缓存（nscd 介绍见后文）

我们在 linux 环境下通过 strace 命令可以看到如下的系统调用