CN112543237A - 无锁dns缓存方法和dns服务器 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种无锁DNS缓存方法和DNS服务器；所述方法包括：创建多个hash桶，每个hash桶都是一个单链表；获取原始DNS报文，并将DNS报文解析成结构体；从解析的结构体中获取请求域名和请求类型，并根据请求域名和请求类型确定该DNS报文对应的hash桶；根据解析结果生成新的链表节点，并将该链表节点插入确定出的hash桶的单链表中。本申请的方案使用无锁hash链表方式来替代锁，既保证了数据的一致性、稳定性又能提高读写的性能，解决了高性能需求下DNS缓存存在读写瓶颈的问题；无锁设计提高了DNS缓存读写的性能，同时兼顾了线程安全。

Description

无锁DNS缓存方法和DNS服务器
技术领域
本申请涉及域名解析技术领域，具体涉及一种无锁DNS缓存方法和DNS服务器。
背景技术
传统的DNS缓存是将每个资源记录集(RRSET)中的RR分别进行存储(RFC2136:https://tools.ietf.org/html/rfc2136)，查找时再将每一条记录组合成RRSET进行应答。当客户端发起DNS域名请求，如果DNS递归服务器中有请求的域名的缓存数据就会立即应答给客户端，即读取DNS缓存；如果DNS递归服务器的缓存中不存在请求的域名则会向外递归或迭代得到请求域名的结果，向客户端应答同时进行缓存，即写入DNS缓存。DNS递归服务器接收的域名请求中有95％以上的域名会直接命中缓存，所以可以看出DNS缓存是一种读多写少的数据集。为了提高DNS递归服务器的性能并保证数据的一致性，递归服务器多采用多线程的架构，在每个线程中都会发生读写操作，为保证数据的安全性，就需要对缓存加锁。
相关技术中，无论是互斥锁还是读写锁，当写操作发生时，所有其他读操作和写操作要等待写操作完成，即使对于DNS缓存读多写少，随着对性能需求的增长，使用锁操作的DNS缓存也会成为DNS递归服务器性能的瓶颈点。
发明内容
为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种无锁DNS缓存方法和DNS服务器。
根据本申请实施例的第一方面，提供一种无锁DNS缓存方法，包括：
创建多个hash桶，每个hash桶都是一个单链表；
获取原始DNS报文，并将DNS报文解析成结构体；
从解析的结构体中获取请求域名和请求类型，并根据请求域名和请求类型确定该DNS报文对应的hash桶；
根据解析结果生成新的链表节点，并将该链表节点插入确定出的hash桶的单链表中。
进一步地，所述根据请求域名和请求类型确定该DNS报文对应的hash桶，包括：
将请求域名和请求类型拼接为字符串；
对该字符串进行散列运算，得到hash值H；
根据H确定对应的hash桶。
进一步地，所述根据H确定对应的hash桶，包括：
hash桶的数量为M个，将H对M取模得到数值N；
编号为N的hash桶即为对应的hash桶。
进一步地，所述将DNS报文解析成结构体，包括：
在将DNS报文解析成结构体的同时，将原始报文中的每个部分的偏移记录到结构体中，包括每个DNS协议段中的每个资源记录的偏移。
进一步地，所述根据解析结果生成新的链表节点，包括：
将原始报文和解析后生成的结构体存储到链表节点中。
进一步地，所述方法还包括：
对链表节点的修改操作需要在所有的读操作都完成时进行，并通过原子操作改变新节点的上游节点的指向。
进一步地，所述方法还包括：
读线程和写线程互相分离，并分别配置读线程和写线程的数量。
根据本申请实施例的第二方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任意一种实施例所述无锁DNS缓存方法的操作步骤。
根据本申请实施例的第三方面，提供一种DNS服务器，所述服务器采用了如上任意一种实施例所述的无锁DNS缓存方法。
本申请的实施例提供的技术方案具备以下有益效果：
本申请的方案使用无锁hash链表方式来替代锁，既保证了数据的一致性、稳定性又能提高读写的性能，解决了高性能需求下DNS缓存存在读写瓶颈的问题；无锁设计提高了DNS缓存读写的性能，同时兼顾了线程安全。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种无锁DNS缓存方法的流程图。
图2是根据一示例性实施例示出的一种DNS报文解析成结构体(message)的示意图。
图3是根据一示例性实施例示出的一种单链表的示意图。
图4是根据一示例性实施例示出的一种在单链表中修改节点的示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的方法和装置的例子。
图1是根据一示例性实施例示出的一种无锁DNS缓存方法的流程图。该方法可以包括以下步骤：
步骤S1：创建多个hash桶，每个hash桶都是一个单链表；
步骤S2：获取原始DNS报文，并将DNS报文解析成结构体；
步骤S3：从解析的结构体中获取请求域名和请求类型，并根据请求域名和请求类型确定该DNS报文对应的hash桶；
步骤S4：根据解析结果生成新的链表节点，并将该链表节点插入确定出的hash桶的单链表中。
本申请的方案使用无锁hash链表方式来替代锁，既保证了数据的一致性、稳定性又能提高读写的性能，解决了高性能需求下DNS缓存存在读写瓶颈的问题；无锁设计提高了DNS缓存读写的性能，同时兼顾了线程安全。
下面结合具体的应用场景，对本申请的方案进行拓展说明。
一些实施例中，所述将DNS报文解析成结构体，包括：
在将DNS报文解析成结构体的同时，将原始报文中的每个部分的偏移记录到结构体中，包括每个DNS协议段中的每个资源记录的偏移。
如图2所示，为减少DNS报文组包的性能损耗，在将DNS报文解析成结构体(message)的同时，将原始报文(raw data)也进行存储，并将原始报文中的每个部分的偏移记录到结构体中，包括每个DNS协议段(section)中的每个资源记录(RR)的偏移。利用偏移量可以对资源记录进行排序等操作。
一些实施例中，所述根据请求域名和请求类型确定该DNS报文对应的hash桶，包括：
将请求域名和请求类型拼接为字符串；
对该字符串进行散列运算，得到hash值H；
根据H确定对应的hash桶。
一些实施例中，所述根据H确定对应的hash桶，包括：
hash桶的数量为M个，将H对M取模得到数值N；
编号为N的hash桶即为对应的hash桶。
如图3所示，首先将创建M个hash桶(HT1，HT2，HT3，……)，每个hash桶都是一个单链表。
获取应答的原始DNS报文解析出来请求域名(qname)以及请求类型(qtype)，利用qname+qtype进行散列运算得到HASH值H，对M取模得到桶值N，即第N个链表：N＝H％M。
一些实施例中，所述根据解析结果生成新的链表节点，包括：
将原始报文和解析后生成的结构体存储到链表节点中。
根据解析结果生成新的链表节点，向链表N中插入新节点，链表中每个节点存储的是原始报文(raw data)和解析后生成的结构体(message)。
一些实施例中，所述方法还包括：
对链表节点的修改操作需要在所有的读操作都完成时进行，并通过原子操作改变新节点的上游节点的指向。
如图4所示，即通过原子操作改变新节点上游节点的指向由(1)到(2)的转变。链表中节点的删除和更新操作，与添加节点时相同，都要通过原子操作修改链表，并且要保证对变更节点的读操作都已完成。
一些实施例中，所述方法还包括：
读线程和写线程互相分离，并分别配置读线程和写线程的数量。
现有技术中，多线程架构中每个线程都会发生DNS缓存的读写。本方案为避免两种操作的相互抢占影响系统性能，将读写操作分离。另外考虑到DNS缓存读多写少，所以读线程的数量应当明显高于写线程的数量。
本申请采用上述技术方案，能够具备以下有益效果：1、仅靠读写分离不会降低DNS缓存中锁的影响，所以本方案使用无锁hash链表方式来代替读写锁；既保证了数据的一致性、稳定性又提高读写的性能。2、读写线程分离，可以按需分配线程数量，能够使系统资源利用更加充分。3、额外存储原始报文与每个部分的偏移记录，以空间换取时间，额外存储报文结构和偏移量减少了回复时重新构建报文结构的时间。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现一种无锁DNS缓存方法：创建多个hash桶，每个hash桶都是一个单链表；获取原始DNS报文，并将DNS报文解析成结构体；从解析的结构体中获取请求域名和请求类型，并根据请求域名和请求类型确定该DNS报文对应的hash桶；根据解析结果生成新的链表节点，并将该链表节点插入确定出的hash桶的单链表中。
根据本申请实施例的第三方面，提供一种DNS服务器，所述服务器采用了如下所述的无锁DNS缓存方法：创建多个hash桶，每个hash桶都是一个单链表；获取原始DNS报文，并将DNS报文解析成结构体；从解析的结构体中获取请求域名和请求类型，并根据请求域名和请求类型确定该DNS报文对应的hash桶；根据解析结果生成新的链表节点，并将该链表节点插入确定出的hash桶的单链表中。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种无锁DNS缓存方法，其特征在于，包括：
创建多个hash桶，每个hash桶都是一个单链表；
获取原始DNS报文，并将DNS报文解析成结构体；
从解析的结构体中获取请求域名和请求类型，并根据请求域名和请求类型确定该DNS报文对应的hash桶；
根据解析结果生成新的链表节点，并将该链表节点插入确定出的hash桶的单链表中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据请求域名和请求类型确定该DNS报文对应的hash桶，包括：
将请求域名和请求类型拼接为字符串；
对该字符串进行散列运算，得到hash值H；
根据H确定对应的hash桶。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据H确定对应的hash桶，包括：
hash桶的数量为M个，将H对M取模得到数值N；
编号为N的hash桶即为对应的hash桶。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述将DNS报文解析成结构体，包括：
在将DNS报文解析成结构体的同时，将原始报文中的每个部分的偏移记录到结构体中，包括每个DNS协议段中的每个资源记录的偏移。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据解析结果生成新的链表节点，包括：
将原始报文和解析后生成的结构体存储到链表节点中。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：
对链表节点的修改操作需要在所有的读操作都完成时进行，并通过原子操作改变新节点的上游节点的指向。
7.根据权利要求1-3、5-6任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
读线程和写线程互相分离，并分别配置读线程和写线程的数量。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述方法的操作步骤。
9.一种DNS服务器，其特征在于，所述服务器采用如权利要求1-7任一项所述的无锁DNS缓存方法。
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