一次有趣的 DNS 导致 Node 服务故障问题分析实录

╰半橙微兮° 2023-10-03 21:13 34阅读 0赞

## 问题描述 ##

有一个部署 k3s 的边缘节点的机器，切到离线模式以后，有一个前端页面的部分请求接口异常了。node 部分的请求分为两类，一种是纯 node 的处理，一种是需要先 http 请求后端微服务的处理接口。现象是涉及 Node 请求后端 Java 服务的都 block 住了，纯 node 处理的请求都飞快返回了。

首页请求如下：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>请求 url</th> 
   <th>是否请求 java 后端</th> 
   <th>功能</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><a href="https://link.juejin.cn?target=http%3A%2F%2F172.20.111.30%3A3300%2F" title="http://172.20.111.30:3300/" rel="nofollow">http://172.20.111.30:3300/</a></td> 
   <td>否</td> 
   <td>首页</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://link.juejin.cn?target=http%3A%2F%2F172.20.111.30%3A3300%2Fxxx.js%28.css%2F.jpg%29" title="http://172.20.111.30:3300/xxx.js(.css/.jpg)" rel="nofollow">http://172.20.111.30:3300/xxx.js(.css/.jpg)</a></td> 
   <td>否</td> 
   <td>首页资源</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://link.juejin.cn?target=http%3A%2F%2F172.20.111.30%3A3300%2Fcaptcha%2Fgenerate" title="http://172.20.111.30:3300/captcha/generate" rel="nofollow">http://172.20.111.30:3300/captcha/generate</a></td> 
   <td>是</td> 
   <td>图形验证码</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

对应的页面如下

![format_png][]

简单的调用拓扑如下。

![format_png 1][]

于是帮忙一起分析了一下，处理的过程如下。

### 遇事不决先抓包 ###

对于一个非自己开发维护的项目，遇到这种调用关系的问题，第一反应是抓包，看看有没有请求，以及请求是否有返回。

使用 tcpdump 抓包以后，发现 node 对 Java 的 http 调用没有发生，甚至没有握手建连的包，但是经之前业务的同学为了排查已经打了日志，代码逻辑确实已经走到了 http request 发起的地方，有日志为证，也就是 http 库的函数的调用是有实际发生的，但是为什么没有请求，甚至没有建连。

有几种可能，一种可能是连接池满了，这种情况下，http 调用 block 在连接池的获取处，但是经过 netstat 查看一个连接都没有，排除了连接池满导致的问题。

到这里我大概已经猜到是什么原因了，连接没有发起，那就有可能是在连接之前出了问题，发起连接的前提是知道对端 ip 才能 tcp 三次握手，也就是 DNS 如果没有拿到结果，那么握手是一定不可能发生的。

### GDB 进一步清晰问题方向 ###

为了分析这个问题，特意修改了基础镜像，在镜像中安装了一个 gdb，用来调试 Node，在复现问题以后，我 attach 上去看了一下线程的 stack。

gdb attach 7
    set pagination off 
    thread apply all bt
    复制代码

果然发现有两个线程长时间处于 getaddrinfo DNS 处理阶段。

![format_png 2][]

这里的堆栈内容我们后面来详细讲述，现在先不展开。

### DNS 问题分析 ###

于是转向抓取 DNS 的包，很快得到失望的结果，seewo-xxx.uc-all 域名的 DNS 的请求也没有发起。

如果这个域名的 DNS 请求有发起，但是结果不对或者没有返回，那可以去找 coredns 的问题。但是这里情况是 DNS 请求都没有发起，那还不能甩锅到 coredns 那里。

![format_png 3][]

到这里没办法，老老实实去下一份对应 Node 版本的源代码，去看 DNS 部分是如何处理的。

### libuv 源码分析部分（不感兴趣的桶子们跳过） ###

这部分源码挺有意思，可读性也很好，待我细细道来。 libuv 是一个跨平台、高性能、事件驱动的 IO，起初是转为 Node.js 设计的，提供了跨平台的文件 I/O 和线程功能。

它的主要模块如下。

![format_png 4][]

通过这个图可以看到 libuv 对于网络事件的处理和文件 IO、DNS 的处理是不一样。DNS 的处理使用的是线程池，具体的逻辑后面会介绍。

Node 的 DNS 解析不是自己实现的，而是省事直接用了系统方法 `getaddrinfo`，这个函数的签名如下

#include <sys/types.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <netdb.h>
    
    int getaddrinfo(const char *restrict node,
                   const char *restrict service,
                   const struct addrinfo *restrict hints,
                   struct addrinfo **restrict res);
    复制代码

不幸的是，getaddrinfo 的实现是同步阻塞的，这与 Node 的异步显然是不搭的，于是 Node 使用线程池来调用 getaddrinfo，模拟异步。

这部分逻辑是 Node 的核心依赖 libuv 实现的，libuv 是一个基于事件驱动的异步 io 库，本身的事件循环部分是单线程的，如果出现阻塞或耗时的操作，不可以阻塞主循环。于是 libuv 实现了一个线程池来处理阻塞、耗时的操作，比如 DNS 等。

#### 线程池初始化 ####

初始化线程池的逻辑在 `deps/uv/src/threadpool.c` 的 `init_threads` 方法中。libuv 默认会开启 4 个线程，可以通过 `UV_THREADPOOL_SIZE` 环境变量修改，最大不能超过 1024，然后初始化了 3 个队列，然后创建并启动线程。

static uv_thread_t default_threads[4];
    #define MAX_THREADPOOL_SIZE 1024
    
    static void init_threads(void) {
    
      nthreads = ARRAY_SIZE(default_threads); // 默认 4 个线程
      val = getenv("UV_THREADPOOL_SIZE");
      if (val != NULL)
        nthreads = atoi(val);
      if (nthreads > MAX_THREADPOOL_SIZE)
        nthreads = MAX_THREADPOOL_SIZE; // 最大不超过 1024
    
    
      // 这里很关键，初始化了三个队列
      QUEUE_INIT(&wq); // 主队列
      QUEUE_INIT(&slow_io_pending_wq); // SlowIO队列
      QUEUE_INIT(&run_slow_work_message); // 特殊标识节点
    
      // 这里真正创建线程
      for (i = 0; i < nthreads; i++)
        if (uv_thread_create(threads + i, worker, &sem))
          abort();
      // 等所有线程启动完然后继续执行
      for (i = 0; i < nthreads; i++)
        uv_sem_wait(&sem);
    }
    复制代码

libuv 将任务分为三大类型，CPU 型、FastIO 和 SlowIO，我们这的 DNS 请求就属于 SlowIO 这一类，文件操作属于 FastIO。

enum uv__work_kind {
      UV__WORK_CPU,
      UV__WORK_FAST_IO,
      UV__WORK_SLOW_IO
    };
    复制代码

这里对几个核心的变量做一些说明

*  wq：任务主队列，用于处理 `UV__WORK_CPU` 和 `UV__WORK_FAST_IO`，收到此类任务，就将其出入到此队列的尾部，然后唤醒 worker 线程去处理
 *  slow\_io\_pending\_wq：用于处理 `UV__WORK_SLOW_IO`，收到 SlowIO 类型的任务插入到此队列
 *  run\_slow\_work\_message：特殊标识节点，用于表示存在 SlowIO 时，会将这个作为一个标识节点放入主队列 wq 中，当 SlowIO 类型请求所有都处理完毕时，将这个标记节点从 wq 中移除

#### 线程池中任务的生产和消费 ####

任务产生具体的逻辑在 `deps/uv/src/threadpool.c` 的 `post` 方法中。`post` 方法的主要功能是下面这些：

*  如果任务是 SlowIO，则任务插入到 slow\_io\_pending\_wq 队尾，同时在主队列 wq 中插入特殊标识节点 run\_slow\_work\_message，告诉主队列这里有一个 SlowIO 要处理。
 *  如果不是 SlowIO 就简单的将任务插入到主队列 wq 尾部

随后就是唤醒空闲线程起来干活，处理任务。

static void post(QUEUE* q, enum uv__work_kind kind) {
      if (kind == UV__WORK_SLOW_IO) {
        // 如果是 SlowIO 任务，就插入到 slow_io_pending_wq 中
        QUEUE_INSERT_TAIL(&slow_io_pending_wq, q);
        if (!QUEUE_EMPTY(&run_slow_work_message)) {
          uv_mutex_unlock(&mutex);
          return;
        }
        q = &run_slow_work_message; // 特殊消息节点 run_slow_work_message，给主队列 wq 插入一个特殊的标识节点 run_slow_work_message，告诉主队列这里有一个慢 IO 任务队列需要处理
      }
      
      QUEUE_INSERT_TAIL(&wq, q); // 不管什么任务，都入队尾
      if (idle_threads > 0) 
        uv_cond_signal(&cond); // 唤醒空闲线程起来干活
    }
    复制代码

任务的消费在 `deps/uv/src/threadpool.c` 的 `worker` 方法中。worker 方法的主要作用就是从队列中窃取任务执行。如果是 SlowIO，需要做的一个处理是控制 SlowIO 的线程数不超过线程池大小的一半。

static void worker(void* arg) {
      // ...
      for (;;) {
        /* `mutex` should always be locked at this point. */
    
        /* Keep waiting while either no work is present or only slow I/O
           and we're at the threshold for that. */
        // 当队列为空或 SlowIO 任务个数达到阈值（2）时，进入阻塞等待唤醒
        while (QUEUE_EMPTY(&wq) ||
               (QUEUE_HEAD(&wq) == &run_slow_work_message &&
                QUEUE_NEXT(&run_slow_work_message) == &wq &&
                slow_io_work_running >= slow_work_thread_threshold())) {
          idle_threads += 1;
          uv_cond_wait(&cond, &mutex);
          idle_threads -= 1;
        }
    
        // ...
        w = QUEUE_DATA(q, struct uv__work, wq);
        // 调用 SlowIO 真正的逻辑，DNS 解析线程会阻塞在这里
        w->work(w);
    
        // 执行完 SlowIO 任务，slow_io_work_running 计数减一
        if (is_slow_work) {
          /* `slow_io_work_running` is protected by `mutex`. */
          slow_io_work_running--;
        }
      }
    }
    复制代码

在我们这里 SlowIO 线程数阈值等于 2，计算方式如下。

static unsigned int slow_work_thread_threshold(void) {
      return (nthreads + 1) / 2; // (4+1)/2=2
    }
    复制代码

当 SlowIO 任务的个数达到两个时，当前处理 SlowIO 的线程会阻塞等待 SlowIO 有任务完成。

这样就可以避免出现 SlowIO 任务把所有的线程池占满，导致其它类型的任务没有机会执行。

### 问题分析 ###

回到我们最初用 GDB 捞到的线程栈

![format_png 5][]

确实如源码中所指向的一样，threadpool 阻塞在 worker 方法调用，worker 内部同步调用了 getaddrinfo 这个同步阻塞接口。而且确实有两个 SlowIO 的任务阻塞了，这样后面 DNS 请求就没有机会执行了。

但是还是没能解释，为什么我们请求后端的域名 `seewo-xxx.uc-all` 没能进入 SlowIO 队列中进行 DNS 解析呢？这个域名的解析是 OK 的。那只有一个可能了，就是这两个 SlowIO 的线程在解析别的域名，长时间拿不到结果。

空口无凭，还是要靠证据。

### GDB 确认问题 ###

在 GDB 中，我们可以通过 `thread + 线程号` 切换到 SlowIO 处理的线程，也就是阻塞在 getaddrinfo 的线程。

Thread 2 (Thread 0x7fd510ff9700 (LWP 37)):
    #0  0x00007fd51a6fbc3d in poll () from /lib64/libc.so.6
    #1  0x00007fd5105e8f62 in __res_context_send () from /lib64/libresolv.so.2
    #2  0x00007fd5105e6394 in __res_context_query () from /lib64/libresolv.so.2
    #3  0x00007fd5105e71e0 in __res_context_search () from /lib64/libresolv.so.2
    #4  0x00007fd5181ecf09 in _nss_dns_gethostbyname4_r () from /lib64/libnss_dns.so.2
    #5  0x00007fd51a6ee1c4 in gaih_inet.constprop.8 () from /lib64/libc.so.6
    #6  0x00007fd51a6ef564 in getaddrinfo () from /lib64/libc.so.6
    #7  0x00000000013a7761 in uv__getaddrinfo_work (w=0x633cbe0) at ../deps/uv/src/unix/getaddrinfo.c:106
    #8  0x000000000139bc14 in worker (arg=0x0) at ../deps/uv/src/threadpool.c:122
    #9  0x00007fd51a9ddea5 in start_thread () from /lib64/libpthread.so.0
    #10 0x00007fd51a7068dd in clone () from /lib64/libc.so.6
    复制代码

我们通过 `frame 7` 切换到第 7 个栈帧，也就是切换到 `deps/uv/src/unix/getaddrinfo.c:106:uv__getaddrinfo_work` 这个函数：

static void uv__getaddrinfo_work(struct uv__work* w) {
      uv_getaddrinfo_t* req;
      int err;
    
      req = container_of(w, uv_getaddrinfo_t, work_req);
      err = getaddrinfo(req->hostname, req->service, req->hints, &req->addrinfo);
      req->retcode = uv__getaddrinfo_translate_error(err);
    }
    复制代码

这里有一个 req 变量，我们就可以通过 `p *req` 查看这个 req 变量，它的类型为 `uv_getaddrinfo_t`，里面就有字段表示当前 DNS 请求的域名是什么，可以看到这里的域名不是我们的目标域名 `seewo-xxx.uc-all`，而是 `myou.cvte.com`，这个域名请求的哪里来的，我们后面来分析。

![format_png 6][]

我们切换到另外一个 SlowIO 的 5 号线程，使用同样的方式，可以看到也是 myou.cvte.com 的域名。

![format_png 7][]

那是不是这个域名的请求，一直没有正确结果的返回，导致占满了 SlowIO 的 2 个线程呢？

通过 DNS 抓包，可以确认这个域名的 DNS 请求耗时非常久，而且一直没有返回正确的结果（要么 Nosuch name，要么 Server failure）。

![format_png 8][]

到这里，我们只需要去看代码，哪里触发了 myou.cvte.com 相关域名的这个请求即可。通过简单的看代码，发现首页接口 `http://172.20.111.30:3300/` 里面调用了 redis 相关的接口

![format_png 9][]

createRandomTokenBySession 这个函数内部调用了两次 Redis

![format_png 10][]

很不幸，这两次 Redis 操作因为配置的问题都失败了，通过日志可以确认。

![format_png 11][]

我们自己封装的 redis 库在失败时会把错误信息尝试上报给 myou.cvte.com 相关的接口。

![format_png 12][]

到这里，原因就非常清楚了。

首页请求，会访问两次 Redis，这两次 Redis 都失败了，然后会造成两次 myou.cvte.com 接口的请求，这里会触发两次 myou.cvte.com 域名的解析，又因为 myou.cvte.com 域名解析迟迟没有返回，把 Node 内部的 libuv 的两个 SlowIO 线程占满，导致后续所有的 DNS 请求都无法继续进行下去。

知道了原因就很好修改了，因为是离线部署，这里的上报很多余，直接去掉是最快的方式。还有一种可能的改法是调大线程池大小 `UV_THREADPOOL_SIZE`，都可以尝试。

当然下一步就是要去查看 redis 设置失败、myou.cvte.com 域名解析失败的原因了。

### 后记 ###

同步阻塞的 DNS 系统函数是挺坑的，有 N 多第三方库自己实现基于 epoll 的异步 DNS 库，感兴趣的同学可以写一个玩一玩。

Node 的 C/C++ 部分的代码可读性还挺好的，觉得可以继续研究研究。

作者：挖坑的张师傅  
链接：https://juejin.cn/post/7158654267824275470  
来源：稀土掘金  
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

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