reordered makefile for linking compatibility, cast const to remove warning

Joel Grunbaum

2020-10-22 47fc92eabc296f9232de40ba33be9c2931613c57

 main.c

@@ -1,278 +1,149 @@
/**
 * A basic dns benchmark testing program
 * Tests servers in parallel so reasonably fast
 * Tried to only use POSIX functions to ensure cross platform compatibility
 **/

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
//#include <netint/in.h>
//#include <netdb.h>
#include <sys/time.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <time.h>
#include <pthread.h>
#include "dns.h"
#include "servers.h"
#include "slist.h"

// DNS code copied from
// https://gist.github.com/fffaraz/9d9170b57791c28ccda9255b48315168
#define NUM_TESTS 10

// DNS resource records
#define T_A 1 // IPv4 address
#define T_NS // Name Server
#define T_CNAME 5 // Cannonical name
#define T_SOA 6 // State of Authority
#define T_PTR 12 // Domain name pointer
#define T_MX 15 // Mail exchange
int test_dns(void);
void *test_server(void *in);
void *print_progress(void *in);

/* DNS header struct */
struct DNS_HEADER
{
    unsigned short id;        //ID number
    unsigned char rd :1;      //recursion
    unsigned char tc :1;      //truncated message
    unsigned char aa :1;      //authoritive answer
    unsigned char opcode :4;  //message purpose
    unsigned char qr :1;      //query response
    unsigned char rcode :4;   //response code
    unsigned char cd :1;      //checking disabled
    unsigned char ad :1;      //authenticated data
    unsigned char z :1;    //reserved for future use
    unsigned char ra :1;      //recursion available
    unsigned short q_count;   //number of question entries
    unsigned short ans_count; //number of answer entries
    unsigned short auth_count; //number of authority entries
    unsigned short add_count;  //number of resource entries
};

/* structured for query structure */
struct QUESTION
{
    unsigned short qtype;
    unsigned short qclass;
};

/* Query structure */
struct QUERY
{
    unsigned char* name;
    struct QUESTION* ques;
};

/* Constant sized fields of record structure */
#pragma pack(push, 1)
struct R_DATA
{
    unsigned short type;
    unsigned short _class;
    unsigned int ttl;
    unsigned short data_len;
};
#pragma pack(pop)

/* Pointers to record components */
struct RES_RECORD
{
    unsigned char* name;
    struct R_DATA* resource;
    unsigned char* rdata;
};

void resolve(char* hostname, char* dns_ip, int query_type, int read);
void change_to_DNS_name_format(unsigned char* dns, unsigned char* host);
u_char* read_name(unsigned char* reader, unsigned char* buffer, int* count);
// All global variables as passing to threads in structs caused corruption
// Variables are only modified before threads are created and as such are thread-safe
// tests_done is modified to provide a rough count of number of tests being completed for progress measurement
int tests_done = 0, num_tests = NUM_TESTS, num_servers = NUM_DNS, num_hosts = 0;
struct hosts_list *hosts = NULL;
struct dns_list *servers = NULL;

int main(int argc, char** argv)
{
    resolve("google.com", "1.1.1.1", T_A, 1);
    return 0;
   int option, added_hosts = 0;
   while((option = getopt(argc, argv, "s:a:t:n:h")) != -1) {
      switch (option) {
      case 's': //server to use
         add_dns_server(&servers, optarg);
         num_servers++;
         break;
      case 'a': //hostname to search
         add_hosts_server(&hosts, optarg);
         added_hosts++;
         break;
      case 't': //set number of hosts to test
         num_hosts = atoi(optarg);
         break;
      case 'n': //number of tests to perform
         num_tests = atoi(optarg);
         break;
      case '?':
      case 'h':
      default:
         printf("Usage: %s [options]\n", argv[0]);
         printf("Options:\n");
         printf("\t-s <server>\tadd a DNS server to be tested\n");
         printf("\t-a <hostname>\tadd a hostname to be tested\n");
         printf("\t-t <number>\tspecify the number of hostnames to be tested, capped at 50 + number manually added\n\t\t\tdefaults to test all available\n");
         printf("\t-n <number>\tspecify the number of tests to perform on each hostname\n\t\t\tdefaults to 10\n");
         printf("\t-h\t\tShow this help\n");
         free_dns_list(&servers);
         free_hosts_list(&hosts);
         exit(1);
      }
   }
   if (num_hosts == 0 || num_hosts > NUM_HOSTNAMES+added_hosts) {
      num_hosts = NUM_HOSTNAMES + added_hosts;
   }
   for (int i = added_hosts; i < num_hosts; i++) {
      add_hosts_server(&hosts, (char*)HOSTNAMES[i-added_hosts]);
   }
   for (int i = 0; i < NUM_DNS; i++) {
      add_dns_server(&servers, (char*)DNS_SERVERS[i]);
   }
   test_dns();
   sort_servers(&servers);
   print_servers(servers);
   free_dns_list(&servers);
   free_hosts_list(&hosts);
   return 0;
}

void resolve(char* hostname, char* dns_ip, int query_type, int read)
// Test each dns server individually
// Each test runs in its own thread and results are written to the respective dns_list
int test_dns(void)
{
    int s, i, j;
    struct sockaddr_in dest, a;
    unsigned char buf[65536], *qname, *reader;
    struct DNS_HEADER* dns = NULL;
    struct QUESTION* qinfo = NULL;

    s = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
    dest.sin_family = AF_INET;
    dest.sin_port = htons(53);
    dest.sin_addr.s_addr = inet_addr(dns_ip);

    //dns packet header
    dns = (struct DNS_HEADER*)&buf;
    dns->id = (unsigned short) htons(getpid());
    dns->qr = 0;           //make query
    dns->opcode = 0;       //standard query
    dns->aa = 0;           //not authoritive
    dns->tc = 0;           //not trucated
    dns->rd = 1;           //want recursion
    dns->ra = 0;           //recursion not available
    dns->z = 0;
    dns->ad = 0;
    dns->cd = 0;
    dns->rcode = 0;
    dns->q_count = htons(1);  //one question
    dns->ans_count = 0;
    dns->auth_count = 0;
    dns->add_count = 0;

    //dns packet query
    qname = (unsigned char*)&buf[sizeof(struct DNS_HEADER)];
    change_to_DNS_name_format(qname, (unsigned char*)hostname);
    qinfo = (struct QUESTION*)&buf[sizeof(struct DNS_HEADER) + strlen((const char*)qname) + 1];
    qinfo->qtype = htons(query_type); //type of query from argument (A,AAAA,MX,CNAME,NS,...)
    qinfo->qclass = htons(1); //internet class

    //send request
    // return less than 0 is a fail
    sendto(s,(char*)buf, sizeof(struct DNS_HEADER)+strlen((const char*)qname)+1+sizeof(struct QUESTION), 0, (struct sockaddr*)&dest, sizeof(dest));

    //receive response
    //negative return is a fail
    i = sizeof(dest);
    recvfrom(s, (char*)buf, 65536, 0, (struct sockaddr*)&dest, (socklen_t*)&i);

    //read response
    if (read) {
        struct RES_RECORD answers[20], auth[20], addit[20];
        int stop;
        dns = (struct DNS_HEADER*)buf;
        reader = &buf[sizeof(struct DNS_HEADER)+strlen((const char*)qname)+1+sizeof(struct QUESTION)];
        printf("Response contains %d Qs, %d ans, %d auth serv, %d add reconds\n", ntohs(dns->q_count), ntohs(dns->ans_count), ntohs(dns->auth_count), ntohs(dns->add_count));
        stop = 0;
        for (i = 0; i < ntohs(dns->ans_count); i++) {
            answers[i].name = read_name(reader, buf, &stop);
            reader = reader + stop;
            answers[i].resource = (struct R_DATA*)reader;
            reader = reader+sizeof(struct R_DATA);

            if (ntohs(answers[i].resource->type) == T_A) { //IPv4 address
               answers[i].rdata = (unsigned char*)malloc(ntohs(answers[i].resource->data_len));
               for (j = 0; j < ntohs(answers[i].resource->data_len); j++) {
                   answers[i].rdata[j] = reader[j];
               }
            answers[i].rdata[ntohs(answers[i].resource->data_len)] = '\0';
            reader = reader + ntohs(answers[i].resource->data_len);
            } else {
               answers[i].rdata = read_name(reader, buf, &stop);
               reader = reader + stop;
            }
        }

        //read authorities
        for (i = 0; i < ntohs(dns->auth_count); i++) {
            auth[i].name = read_name(reader, buf, &stop);
            reader += stop;
            auth[i].resource = (struct R_DATA*)reader;
            reader += sizeof(struct R_DATA);
            auth[i].rdata = read_name(reader, buf, &stop);
            reader += stop;
        }

        //read additional
        for (i = 0; i < ntohs(dns->add_count); i++) {
            addit[i].name = read_name(reader, buf, &stop);
            reader += stop;
            addit[i].resource = (struct R_DATA*)reader;
            reader += sizeof(struct R_DATA);

            if (ntohs(addit[i].resource->type) == 1) {
               addit[i].rdata = malloc(ntohs(addit[i].resource->data_len));
               for (j = 0; j < ntohs(addit[i].resource->data_len); j++)
                   addit[i].rdata[j] = reader[j];

               addit[i].rdata[ntohs(addit[i].resource->data_len)] = '\0';
               reader += ntohs(addit[i].resource->data_len);
            } else {
               addit[i].rdata = read_name(reader, buf, &stop);
               reader += stop;
            }
        }

        //print answers
        printf("ans recs: %d\n", ntohs(dns->ans_count));
        for (i = 0; i < ntohs(dns->ans_count); i++) {
            printf("name: %s ", answers[i].name);
            if (ntohs(answers[i].resource->type) == T_A) { //IPv4
               long* p;
               p = (long*)answers[i].rdata;
               a.sin_addr.s_addr=(*p);
               printf("has IPv4 addresss: %s", inet_ntoa(a.sin_addr));
            } else if (ntohs(answers[i].resource->type) == T_CNAME) { //CNAME
               printf("has alias: %s", answers[i].rdata);
            }
            putc('\n', stdout);
        }

        //print authorities
        printf("Auth recs: %d\n", ntohs(dns->auth_count));
        for (i = 0; i < ntohs(dns->auth_count); i++) {
            printf("name: %s ", addit[i].name);
            if (ntohs(addit[i].resource->type) == 1) {
               long* p;
               p = (long*)addit[i].rdata;
               a.sin_addr.s_addr = *p;
               printf("has IPv4 address: %s", inet_ntoa(a.sin_addr));
            }
            putc('\n', stdout);
        }
    }
    return;
   struct dns_list *curr = servers;
   int i = 0;
   pthread_t *threads = malloc(num_servers*sizeof(pthread_t));
   pthread_t progress;
   pthread_create(&progress, NULL, print_progress, NULL);
   while (curr) {
      pthread_create(&threads[i], NULL, test_server, (void*)curr);
      curr = curr->next;
      i++;
   }
   for (int i = 0; i < num_servers; i++) {
      pthread_join(threads[i], NULL);
   }
   pthread_cancel(progress);
   printf("\r100.00%% done\n");
   free(threads);
   return 0;
}


void change_to_DNS_name_format(unsigned char* dns, unsigned char* host)
// Tests an individual dns server with all the hostnames configured
void *test_server(void *in)
{
    int lock = 0;
    char h[300];
    strcpy(h, host);
    strcat((char*)h,".");

    for (int i = 0; i < strlen((char*)h); i++) {
        if (h[i] == '.') {
            *dns++ = i-lock;
            for (;lock<i;lock++) {
               *dns++ = h[lock];
            }
            lock++;
        }
    }
    *dns++ = '\0';
   unsigned long long avg_nsec = 0;
   struct dns_list *dns = (struct dns_list *)in;
   dns->time.tv_sec = 0; dns->time.tv_nsec = 0;
   for (int i = 0; i < num_tests; i++) {
      struct hosts_list *curr = hosts;
      while (curr) {
         struct timespec run;
         run.tv_sec = -1; run.tv_nsec = 0;
         unsigned char buf[65536];
         for (int i = 0; i < 3 && run.tv_sec == -1; i++) {
            run = resolve(buf, curr->server, dns->server, T_A);
         }
         if (run.tv_sec == -1) //if test has failed 3 times, set time taken to 3s as penalty
            run.tv_sec = 3;
         dns->time.tv_sec += run.tv_sec;
         dns->time.tv_nsec += run.tv_nsec;
         if (dns->time.tv_nsec >= 1000000000) { //nanoseconds have overflowed into seconds
            dns->time.tv_sec += 1;
            dns->time.tv_nsec -= 1000000000;
         }
         tests_done++;
         curr = curr->next;
      }
   }
   avg_nsec = 1000000000*(dns->time.tv_sec%(num_hosts*num_tests))+dns->time.tv_nsec;
   dns->time.tv_sec = dns->time.tv_sec/(num_hosts*num_tests);
   dns->time.tv_nsec = avg_nsec/(num_hosts*num_tests);
   return NULL;
}

u_char* read_name(unsigned char* reader, unsigned char* buffer, int* count)
// Prints the progress every 0.1s for an indication of speed
// tests_done is being written to in parallel, so may be overwritten but serves as a decent estimate of the progress
void *print_progress(void *in)
{
    unsigned char* name;
    unsigned int p=0, jumped=0, offset;
    int i, j;
    *count = 1;
    name = (unsigned char*)malloc(256);
    name[0]='\0';

    while (*reader != 0) {
        if (*reader >= 192) {
            offset = (*reader)*256+ *(reader+1) - 49152;
            reader = buffer+offset-1;
            jumped=1;
        } else {
            name[p++]=*reader;
        }
        reader = reader+1;
        if (jumped == 0) {
            *count = *count+1;
        }
    }
    name[p] = '\0';
    if (jumped == 1) {
        *count = *count + 1;
    }

    //convert from dns format to normal
    for (i = 0; i < strlen((const char*)name); i++) {
        p = name[i];
        for (j = 0; j < p; j++) {
            name[i] = name[i+1];
            i++;
        }
        name[i] = '.';
    }
    name[i-1] = '\0';
    return name;
   struct timespec s;
   s.tv_sec = 0; s.tv_nsec = 100000000;
   while (1) {
      printf("\r%.2f%% done", ((float)tests_done)/(num_servers*num_hosts*num_tests) * 100);
      fflush(stdout);
      nanosleep(&s, NULL);
   }
   return NULL;
}