getaddrinfo와 이름 해석 | Linux System Programming

QUESTION

getaddrinfo 결과의 첫 주소만 연결하면 충분한가?

getaddrinfo는 DNS 전용 함수가 아니다. /etc/nsswitch.conf 정책에 따라 files, DNS, mDNS 같은 source를 조회하고 address family와 socket type 조건에 맞는 addrinfo list를 만든다.

반환 순서는 destination address selection policy를 반영하지만 첫 주소가 도달 가능하다는 보장은 없다. 각 result를 시도하고 전체 timeout을 관리하거나 IPv6/IPv4 candidate를 병렬화한다.

STRUCTURE

구조 그림

그림 1. 하나의 이름에서 만들어지는 connection candidate 목록

순서familysockaddr시도 상태소유 fd 1AF_INET6[2001:db8::20]:443SYN-SENT · 250 msfd 62AF_INET192.0.2.20:44350 ms 뒤 시작fd 73AF_INET6[2001:db8::21]:443대기 후보없음winnerAF_INET192.0.2.20:443ESTABLISHEDfd 7cleanupAF_INET6첫 시도 취소closefd 6 해제

addrinfo 결과는 후보 목록이다. 첫 행이 실패하거나 지연되면 다른 family/address를 전체 deadline 안에서 시도한다.

CALL PATH

호출 흐름

그림 2. 사용자 코드에서 관찰 가능한 결과까지

host/service 문자열 입력

NSS files/dns 등 조회

addrinfo list family/type/protocol

connect attempts 각 sockaddr 사용

selected peer 성공 fd + canonical info

이름 해석 결과와 실제 network connection 결과를 다른 cache/state로 관리한다. address list 하나가 service instance 하나를 뜻하지 않는다.

그림 3. 커널 내부에서 지나가는 주요 지점

resolver libc NSS module

DNS socket UDP/TCP query 가능

routing candidate별 route

connect family별 socket

peer 4/6 tuple 확정

함수 이름을 외우기 위한 그림이 아니다. 반환값, 파일 디스크립터, 메모리 매핑, 대기 큐 가운데 무엇이 다음 단계로 전달되는지 확인한다.

SOURCE COORDINATES

Linux 6.18.37 LTS 소스 위치

glibc 함수에서 멈추지 않고 syscall 구현과 커널 객체가 만나는 파일까지 내려간다. 링크는 동일한 태그의 원본 파일을 가리킨다.

파일	함수·구조체	여기서 볼 것
net/socket.c	__sys_connect()	resolver가 만든 sockaddr를 실제 socket operation에 사용
net/ipv6/af_inet6.c	inet6_create(), inet6_bind()	IPv6 socket family 경로
net/ipv4/af_inet.c	inet_create()	IPv4 socket family 경로와 protocol 선택

COMPLETE PROGRAM

실행 예제 원본

아래 코드는 설명을 위해 중간 줄을 생략한 의사 코드가 아니다. 파일로 빌드해 실행할 수 있는 최소 예제다.

빌드cc -std=c17 -Wall -Wextra -O2 resolve.c -o resolve

01#define _POSIX_C_SOURCE 200809L
02#include <arpa/inet.h>
03#include <netdb.h>
04#include <stdio.h>
05#include <string.h>
06
07int main(int argc, char **argv)
08{
09    if (argc != 3)
10        return 2;
11    struct addrinfo hints;
12    memset(&hints, 0, sizeof(hints));
13    hints.ai_family = AF_UNSPEC;
14    hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;
15    hints.ai_protocol = IPPROTO_TCP;
16
17    struct addrinfo *results;
18    int error = getaddrinfo(argv[1], argv[2], &hints, &results);
19    if (error != 0) {
20        fprintf(stderr, "getaddrinfo: %s\n", gai_strerror(error));
21        return 1;
22    }
23    for (const struct addrinfo *item = results; item != NULL; item = item->ai_next) {
24        char host[NI_MAXHOST], service[NI_MAXSERV];
25        int rc = getnameinfo(item->ai_addr, item->ai_addrlen,
26            host, sizeof(host), service, sizeof(service),
27            NI_NUMERICHOST | NI_NUMERICSERV);
28        if (rc == 0)
29            printf("family=%d %s:%s\n", item->ai_family, host, service);
30    }
31    freeaddrinfo(results);
32    return 0;
33}

CODE NOTES

코드 조각별 설명

실제 코드 12행memset(&hints, 0

addrinfo의 사용하지 않는 field와 padding을 0으로 시작해 명시한 조건만 resolver에 전달한다.

실제 코드 13행AF_UNSPEC

IPv4/IPv6 모두 허용한다. AI_ADDRCONFIG 같은 flag는 host interface 구성에 따라 결과를 줄일 수 있어 요구사항에 맞춰 선택한다.

실제 코드 18행int error = getaddrinfo

반환값은 errno가 아니라 EAI_* 코드다. gai_strerror로 해석하고 EAI_SYSTEM일 때만 errno가 추가 의미를 가진다.

실제 코드 23행item = item->ai_next

연결 가능한 candidate list 전체를 순회한다. ai_addr와 ai_addrlen을 해당 family socket connect에 그대로 사용한다.

실제 코드 27행NI_NUMERICHOST | NI_NUMERICSERV

출력 단계에서 reverse DNS와 service lookup을 다시 하지 않고 numeric address/port만 format한다.

DETAILS

세부 동작

NSS lookup은 blocking 작업일 수 있다

getaddrinfo 호출 thread는 resolver timeout, NSS module, network 응답을 기다릴 수 있다. event loop thread에서 직접 호출하면 모든 connection 처리가 멈춘다.

전용 resolver pool, getaddrinfo_a 같은 비동기 확장, application DNS client를 latency 요구에 맞춰 선택한다.

AI_PASSIVE와 wildcard address

server bind용 NULL node + AI_PASSIVE는 wildcard address를 만든다. AI_PASSIVE가 없으면 loopback address가 나올 수 있다. client와 server hint를 같은 helper로 섞지 않는다.

IPv6 wildcard socket의 v4-mapped 동작은 IPV6_V6ONLY 설정과 OS 정책에 따라 확인한다.

cache TTL과 connection lifetime은 다르다

DNS record TTL이 끝나도 이미 established된 TCP connection이 자동으로 새 address로 이동하지 않는다. resolver cache, connection pool, retry 정책의 수명을 각각 둔다.

negative cache와 deployment address rotation 때 stale pool을 어떻게 drain할지 정한다.

OBJECTS

객체와 수명

대상	언제 생기고 없어지는가	확인할 값
`addrinfo list`	getaddrinfo가 할당하고 freeaddrinfo에서 전체 해제한다	family, socktype, protocol, sockaddr
`NSS query state`	resolver 호출 동안 source별로 생기고 결과/오류 뒤 정리된다	timeout, search domain, cache
`connection candidate`	addrinfo entry마다 socket/deadline을 만들고 성공 또는 실패에서 닫는다	address, attempt time, error

FAILURE PATH

실패 조건과 오해하기 쉬운 부분

겉으로 보이는 현상	실제 원인 후보	확인 방법
EAI_AGAIN	일시 resolver 실패/timeout	NSS source와 retry budget
첫 address에서 오래 멈춤	candidate 직렬 connect	family별 attempt timeline
event loop stall	blocking getaddrinfo를 loop thread에서 호출	thread stack과 resolver latency

LAB

직접 확인

localhost와 실제 hostname에서 /etc/hosts, nsswitch, DNS syscall 차이를 strace로 확인한다.
AF_INET/AF_INET6/AF_UNSPEC hint 결과를 비교하고 각 candidate connect 오류를 기록한다.
resolver worker thread와 result eventfd를 만들어 main epoll loop를 block하지 않게 한다.

실행./resolve localhost 80

추적strace -f -e trace=openat,read,connect,sendto,recvfrom ./resolve localhost 80

PRIMARY REFERENCES

원문

getaddrinfo(3)getnameinfo(3)nsswitch.conf(5)