IPC之十五：使用libdbus通过D-Bus请求系统调用实现任意DNS记录解析的实例

关于D-Bus的文章中曾介绍了如何通过D-Bus调用系统服务从而实现解析出一个域名的IP地址的过程，本文我们继续调用系统调用来实现解析任意DNS记录，系统调用的方法与前一篇文章类似，只是方法名称和调用参数以及返回参数不同，本文将详细介绍systemd-resolved服务中的ResolveRecord方法，同前面几篇关于D-BUS的文章相同，本文将使用 libdbus 库实现系统服务的调用，本文给出了实现解析任意DNS记录的实例，附有完整的源代码；本文实例在 Ubuntu 20.04 上编译测试通过，gcc版本号为：9.4.0；本文不适合 Linux 编程的初学者阅读。

1 基本概念

• 在阅读本文之前，建议阅读 《IPC之十三：使用libdbus通过D-Bus请求系统调用实现域名解析的实例》 和文章 《用C语言实现的一个DNS客户端》；

• 前一篇参考文章里介绍了如何使用 libdbus 库调用系统调用的概念和方法，本文的调用的系统调用与该文中一样，均是 systemd-resoled，只是请求的方法不同，所以，调用参数和返回参数均不同，但很多概念是一样的；

• 后一篇参考文章里介绍了 DNS 的基本概念，了解 DNS 基本概念是理解本文的基础，否则可能云里雾里搞不明白；

• 要通过 D-Bus 调用一个系统服务中的方法，要了解以下一些信息：

  1. 总线名称
  2. 对象路径
  3. 接口名称
  4. 接口下的方法名称
  5. 调用接口的输入参数
  6. 调用完成后返回的参数

• D-Bus 的类型系统(Type System)简单回顾，这部分在 D-Bus Specification 中有详细的描述，这里把一些关键信息列出来

  • 普通数据类型

    Conventional name	ASCII type-code	Encoding
    BYTE	y (121)	Unsigned 8-bit integer
    BOOLEAN	b (98)	Boolean value: 0 is false, 1 is true, any other value allowed by the marshalling format is invalid
    INT16	n (110)	Signed (two’s complement) 16-bit integer
    UINT16	q (113)	Unsigned 16-bit integer
    INT32	i (105)	Signed (two’s complement) 32-bit integer
    UINT32	u (117)	Unsigned 32-bit integer
    INT64	x (120)	Signed (two’s complement) 64-bit integer (mnemonic: x and t are the first characters in “sixty” not already used for something more common)
    UINT64	t (116)	Unsigned 64-bit integer
    DOUBLE	d (100)	IEEE 754 double-precision floating point
    UNIX_FD	h (104)	Unsigned 32-bit integer representing an index into an out-of-band array of file descriptors, transferred via some platform-specific mechanism (mnemonic: h for handle)

  • 字符串类型

    Conventional name	ASCII type-code	Validity constraints
    STRING	s (115)	No extra constraints
    OBJECT_PATH	o (111)	Must be a syntactically valid object path
    SIGNATURE	g (103)	Zero or more single complete types

  • struct 的类型代码为 ‘r’，但在实际表达上通常用括号 “( )” 表达，比如：(ii) 表示有两个整数类型的结构，在结构中还可以嵌套另一个结构，比如：“(i(ii))”；

  • 数组的类型代码为 ‘a’，ai 表示一个整数数组，相当于 int a[]，也可以定义一个结构数组，比如：a(ii) 表示一个有两个整数的结构数组；

• DNS 服务遵循 RFC-1035 所描述的规范，其返回的数据被称为 RR(Resource Record)，其格式为：

                                  1  1  1  1  1  1
    0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  0  1  2  3  4  5
  +--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+
  |                                               |
  /                                               /
  /                      NAME                     /
  |                                               |
  +--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+
  |                      TYPE                     |
  +--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+
  |                     CLASS                     |
  +--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+
  |                      TTL                      |
  |                                               |
  +--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+
  |                   RDLENGTH                    |
  +--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--|
  /                     RDATA                     /
  /                                               /
  +--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+
  

• RR 中所有表示域名的地方均以"标签(label)"方式表示，每个标签的最大长度为 63 个字符，域名的最大长度为 255 个字符；

• 一个标签的第一个字符的低 6 位表示这个标签的长度，后面紧跟相应数量的字符的 ASCII，一个长度为 0 的标签作为一个域名的结束，简单的说就是遇到一个 "\0" 表示一个域名结束；

• 一个域名可以由多个标签组成，标签之间以字符 "." 分割；

• RR 所有数字变量的字节序均为 “Big Endian”，而 X86 架构的字节序为 “Little Endian”，所以在读取数字变量时需要做一下转换。

2 systemd-resolved 系统服务的 ResolveRecord 方法

• systemd-resolved 在 D-Bus 上提供了一组用于解析 DNS 记录的 API，如下：

  1. ResolveHostname() 用于解析主机名以获取其 IP 地址；
  2. ResolveAddress() 用于反向操作，获取 IP 地址的主机名；
  3. ResolveService() 用于解析 DNS-SD(DNS Service Discovery) 或 SRV 服务
  4. ResolveRecord() 用于解析任意资源记录(RR)

• 关于这些 API 的说明，可以点击这里 org.freedesktop.resolve1 APIs

• 其实 glibc 中也是有类似的功能调用的，比如：getaddrinfo() 和 getnameinfo()；

• 本文中，将使用 systemd-resolved 的 ResolveRecord() 调用，解析域名的 A 记录、CNAME 记录和 MX 记录；

• 在 systemd-resolved 官方文档 中对 ResolveRecord 方法做了如下定义：

  node /org/freedesktop/resolve1 {
      interface org.freedesktop.resolve1.Manager {
          methods:
              ......
              ResolveRecord(in  i ifindex,
                            in  s name,
                            in  q class,
                            in  q type,
                            in  t flags,
                            out a(iqqay) records,
                            out t flags);
              ......
      }
  }
  

• 根据 org.freedesktop.resolve1 APIs 的说明：

  1. 服务名称(总线名称)：org.freedesktop.resolve1

  2. 对象路径：/org/freedesktop/resolve1

  3. 接口名称：org.freedesktop.resolve1.Manager

  4. 方法名称：ResolveRecord

  5. 输入参数 5 个，分别为：

     序号	数据类型	名称	说明
     1	int32_t	ifindex	网络接口索引号，0-任意接口
     2	char *	name	要查询的域名
     3	uint16_t	class	要查询地址类型，1-IN(internet)
     4	uint16_t	type	要查询的记录类型，1-A，5-CNAME,15-MX
     5	uint64_t	flags	标志位，置 0 即可

  6. 输出参数 2 个：

     • 结构数组，参考下面结构

       序号	数据类型	名称	说明
       1	int32_t	ifindex	实际使用的网络接口索引号
       2	uint16_t	class	记录地址类型，与输入参数一致
       3	uint16_t	type	记录类型，与输入参数一致
       4	char array	rrdata	RR 记录，符合 RFC-1035 描述的 RR 的格式

     • 64 位无符号整数(uint64_t)，标志位，应该为 1，表示使用的是经典单播 DNS 协议进行的 DNS 查询，详情请参考 org.freedesktop.resolve1 APIs；

• 关于输出参数的 rrdata 字段，遵循 RFC-1035 中 3.3 节的描述，在本文上一节中有简单介绍，在文章 《用C语言实现的一个DNS客户端》 中有比较详细的介绍和实例源程序；

• RR 记录中有如下字段：NAME、TYPE、CLASS、RDLENGTH 和 RDATA，在本文上一节中有简要说明；

  • 当 type 为 A 时，RDATA 为一个 IP 地址；
  • 当 type 为 CNAME 时，RDATA 为主机域名，使用标签(label)方式记录域名；
  • 当 type 为 MX 时，RDATA 为邮件交换服务器的域名，使用标签(label)方式记录域名；
  • 本文仅支持这三种记录类型；

3 使用 D-Bus 查找 DNS 记录实例

• 源程序：dbus-dns-record.c (点击文件名下载源程序，建议使用UTF-8字符集)演示了使用 libdbus 通过 D-Bus 请求系统调用实现查找 DNS 任意记录的方法；

• 源程序中有较为详细的注释，这里就不做太多解释了

• 编译：gcc -Wall -g dbus-dns-record.c -o dbus-dns-record `pkg-config --libs --cflags dbus-1`

• 有关 pkg-config --libs --cflags dbus-1 可以参阅文章 《IPC之十一：使用D-Bus实现客户端向服务端请求服务的实例》 中的简要说明；

• 运行：./dbus-dns-record <domain name> [A/CNAME/MX]，两个参数，第一个参数是要查询的域名，第二个参数是要查询的记录类型，本程序仅支持三种记录类型：A 记录、CNAME 记录和 MX 记录；

  ./dbus-dns-record baidu.com MX

• 运行截图：

  

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