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本文轉載自微信公眾號「小菜學編程」，作者fasionchan。轉載本文請聯系小菜學編程公眾號。

由于域名比 IP 地址更便于記憶，我們通常使用它來訪問網絡服務。

網絡應用客戶端想要跟服務端通信，必須先向 DNS 服務器查詢域名對應的 IP 地址。舉個例子，讀者訪問我的網站 fasionchan.com 時，瀏覽器需要先根據域名查詢網站的 IP 地址，再和網站的 Web 服務器進行通信。

那么，如何通過編程實現域名查詢呢?這是開發網絡應用無法回避的問題。

我們知道，DNS 服務器和客戶端之間使用 DNS 協議進行通信：客戶端先向服務器發送 請求報文 ，服務器將查詢結果封裝成 應答報文 ，回復客戶端。DNS 可以使用 UDP 或 TCP 作為傳輸層協議，通信端口號為 53 。

假設客戶端使用 UDP 協議，一次域名查詢的步驟大致如下：

1. 創建一個 UDP 套接字;
2. 封裝 DNS 請求報文，待查詢域名位于問題節;
3. 通過 UDP 套接字，將請求報文發給 DNS 服務器(服務端端口一般是 53 );
4. 等待服務端響應，并從 UDP 套接字讀取應答報文;
5. 解析應答報文，獲得查詢結果;
6. 關閉 UDP 套接字;

如果每個網絡應用都需要自行封裝 DNS 報文實現域名查詢，未免太麻煩了!為此，C庫提供了一系列工具函數。應用程序只需調用這些工具函數，即可完成域名查詢，不用自己操作套接字，或者封裝 DNS 報文。

示例程序

這個程序調用 C 庫函數 gethostbyname ，將用戶在命令行參數中指定的域名查詢出來：

#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 根據域名查詢主機的地址，結果一般是 IP 地址或者 IPv6 地址。

請看程序第 14 行，以待查詢域名為參數調用 gethostbyname 函數;它返回一個 hostent 結構體指針，結構體中保存著域名查詢結果。

第 15-33 行，檢查域名解析結果，空表示出錯;出錯時根據 h_errno 的值，分情況處理(詳情請見后文)。

第 35-39 行，從 hostent 結構體中取出查詢結果，并打印到屏幕上。

那么， gethostbyname 庫函數內部都做了些什么呢?答案其實不難猜到。它會幫我們創建 UDP 套接字、發送 DNS 請求報文、接收并解析應答報文。以這個程序為例，它的執行流(藍線)大致如下：

域名查詢庫函數

實際上，C 庫提供了一系列工具函數，用于域名查詢：

• gethostbyname ，查詢指定域名，查詢結果保存在 hostent 結構體中，指針被返回給調用者;
• gethostbyname_r ，同上，為線程安全版本，可在多線程環境中使用;
• gethostbyname2 ，同一，但支持通過 af 參數指定查詢地址類型;
• gethostbyname2_r ，同三，為線程安全版本，可在多線程環境中使用;

以 gethostbyname 為例，如果查詢成功，它將返回一個 hostent 結構體指針，結構體保存著查詢結果。如果查詢出錯，它將返回 NULL ，并將錯誤保存 h_errno 全局變量。一般而言，域名查詢出錯，可以分為這幾種情況：

HOST_NOT_FOUND ，表示指定主機不存在，即域名不存在;

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

NO_RECOVERY ，域名服務器出現不可恢復錯誤;

TRY_AGAIN ，臨時出錯，可通過重試恢復;

當域名查詢失敗時，調用者必須檢查 h_errno 變量，分情況進行處理。

局限性

在網絡爬蟲、Socks5 代理等應用場景，域名查詢非常頻繁。這時直接使用 gethostbyname 系列庫函數，很有可能會面臨性能瓶頸。

一方面，gethostbyname 庫函數每次查詢域名時，都要創建一個 UDP 套接字來跟 DNS 服務器通信。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建和銷毀，開銷可想而知!

另一方面，gethostbyname 庫函數將一直阻塞，直到 DNS 服務器返回結果或者查詢超時。這將嚴重制約系統的并發處理能力。

因此，在高頻查詢場景，不能直接使用 gethostbyname 等庫函數，必須采用一些經過優化的異步域名解析庫。

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gethostbyname