我眼中的 Nginx（六）：深入 Nginx/Openresty 服务里的 DNS 解析
张超：又拍云系统开发高级工程师，负责又拍云 CDN 平台相关组件的更新及维护。Github ID: tokers，活跃于 OpenResty 社区和 Nginx 邮件列表等开源社区，专注于服务端技术的研究；曾为 ngx_lua 贡献源码，在 Nginx、ngx_lua、CDN 性能优化、日志优化方面有较为深入的研究。
DNS 解析在 Nginx/OpenResty 的服务里是不可分割的一个功能，本文主要来介绍下 Nginx 和 OpenResty 服务里的一些不同的 DNS 解析方式以及它们之间的优缺点。
配置解析阶段
很多时候我们会在 Nginx 配置文件里配置上一些域名，比如配置我们的上游服务器。
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upstream example.com {
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server foo.example.com;
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}
对于这类域名，Nginx 会在配置解析阶段就将其解析出来，接下来（请求处理过程）使用的都是当时解析得到的 IP。Nginx 核心有一个函数 ngx_parse_url，负责对 url 格式进行分析，包括解析出主机名，端口号以及 URL path 等。针对 IPv4 的情况，它会调用 ngx_parse_inet_url进行具体的解析任务，如果必要，最终它会调用到 ngx_inet_resolve_host进行域名解析，ngx_inet_resolve_host 大多情况下会使用 getaddrinfo 进行解析，最终向 /etc/resolv.conf 下所配置的 DNS server 发起解析请求。
归纳来说这个解析过程有两个特点，一是使用了系统配置的 DNS server；二是解析过程是同步且阻塞的，因此这种解析方式仅在 Nginx 配置解析阶段会被使用。另外这种解析方式的缺点就是只解析一次，所以如果在 Nginx 运行过程中域名解析发生了改变也是无法感知到的，除非手动重启 Nginx 服务。
运行时 DNS resolver
Nginx 核心提供了一套供运行时使用的 DNS 解析机制，它充分契合 Nginx 的事件模型，同样是异步非阻塞的，并且提供了缓存机制。http、stream 和 mail 模块分别提供了配置指令（比如 http 模块提供的 resolver），供我们配置相关 DNS server 地址等信息。
下面这个简单的反向代理配置，就会在进行代理前解析 http://www.upyun.com 这个域名。
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location / {
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set $myupstream www.upyun.com;
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proxy_http_version 1.1;
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proxy_set_header Connection "";
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proxy_pass http://${myupstream}/index.html;
-
}
注意如果直接在 proxy_pass 指令里写明需要代理的域名（即不使用变量的方式），那么域名解析就会发生在配置解析阶段了，即上面所讲的过程。这其实也是一种实现动态 upstream 的方式。
这套运行时 DNS resolver 其实是一个 DNS client 的角色，由它自己组织查询报文并发送给目标 DNS 服务器，同时支持解析 IPv6 地址（从 1.5.8 开始），支持反向地址解析和 SRV 解析。它把对每个域名的解析抽象为一棵红黑树的节点，包括任何必要的信息。同时这棵红黑树也充当着缓存，查询时会以域名作为 key，如果对应缓存是新鲜的，即会复用缓存，并且会对解析得到的地址顺序进行一定的回转后再提供给上层使用。如果没有缓存或者缓存过期，新的 DNS 请求会被构建并且发送。
当然，很多时候这套运行时的 DNS resolver 也不能完全满足需求：
- 无法配置主备 DNS 服务器地址，我们在 resolver 指令里配置的地址都会按顺序被轮询到。
- 无法在 DNS 服务器故障或者网络质量不佳的情况下复用陈旧的缓存，这可能导致上层服务不可用。
- 每个 Nginx worker 进程独享解析缓存。
Cosocket
Cosocket 是 lua-nginx-module 提供的最强有力的接口（个人来看没有之一）。它的 connect方法同样支持传入域名，之后会调用上面介绍的 Nginx 运行时 resolver 来解析对应域名，然后随机挑选一个 IP 作为本次连接的目标 IP 地址。由于是使用的 Nginx 运行时 resolver ，如果 DNS resolver 无法正常进行解析，则利用 Cosocket 构建的服务也都会受到影响。
lua-resty-dns
OpenResty 官方开源的 lua-resty-dns 是利用 Cosocket 实现的一套百分百非阻塞的 DNS resolver，它仅仅充当了一个 DNS 解析器，没有任何其他的附加功能，包括缓存。
前面介绍过 Nginx 运行时 DNS resolver 在很多时候是有诸多的不便的，而 lua-resty-dns 则给我们留了很多的扩展空间：
- 提供主备 DNS 服务器地址 —— 结合像 lua-resty-checkups 这样的工具可以很容易的维护主备 DNS 服务器地址，包括进行心跳检测。
- 进程间共享缓存 —— 结合使用 lua-nginx-module 提供的共享内存字典，可以非常容易地管理缓存。
- 故障时使用陈旧缓存 —— 在 lua-resty-dns 报告异常时再次使用缓存即可（只要缓存拷贝没有被强行淘汰）。
目前 OpenResty 生态圈已经有一些基于lua-resty-dns 实现的加强版实现，比如 Kong 的 lua-resty-dns-client。
总的来说，每一种 DNS 解析方式都有它适用的场景，也有它自己的不足，没有最好的，只有最合适的。在程序设计的时候，需要找到最合适自己业务场景的方式，才能最大程度地保障服务的可用性和可靠性，避免带来一些灾难。
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