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Go 语言实现简易版 netstat 命令

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【导读】netstat 使用 go 语言实现是什么操作？本文从 netstat 原理出发详细解读了这一实践。

netstat 工作原理

netstat 命令是 linux 系统中查看网络情况的一个命令。比如我们可以通过netstat \\-ntlp | grep 8080查看监听 8080 端口的进程。

图片

netstat 工作原理如下：

  1. 通过读取/proc/net/tcp 、/proc/net/tcp6 文件，获取 socket 本地地址，本地端口，远程地址，远程端口，状态，inode 等信息
  2. 接着扫描所有/proc/[pid]/fd 目录下的的 socket 文件描述符，建立 inode 到进程 pid 映射
  3. 根据 pid 读取/proc/[pid]/cmdline 文件，获取进程命令和启动参数
  4. 根据 2,3 步骤，即可以获得 1 中对应 socket 的相关进程信息

我们可以做个测试验证整个流程。先使用 nc 命令监听 8090 端口：

nc -l 8090

找到上面 nc 进程的 pid，查看该进程所有打开的文件描述符：

vagrant@vagrant:/proc/25556/fd$ ls -alh
total 0
dr-x------ 2 vagrant vagrant  0 Nov 18 12:21 .
dr-xr-xr-x 9 vagrant vagrant  0 Nov 18 12:20 ..
lrwx------ 1 vagrant vagrant 64 Nov 18 12:21 0 -> /dev/pts/1
lrwx------ 1 vagrant vagrant 64 Nov 18 12:21 1 -> /dev/pts/1
lrwx------ 1 vagrant vagrant 64 Nov 18 12:21 2 -> /dev/pts/1
lrwx------ 1 vagrant vagrant 64 Nov 18 12:21 3 -> socket:[2226056]

上面列出的所有文件描述中，socket:[2226056]为 nc 命令监听 8090 端口所创建的 socket。其中2226056为该 socket 的 inode。

根据该 inode 号，我们查看/proc/net/tcp对应的记录信息，其中1F9A为本地端口号，转换成十进制恰好为 8090：

vagrant@vagrant:/proc/25556/fd$ cat /proc/net/tcp | grep 2226056
   1: 00000000:1F9A 00000000:0000 0A 00000000:00000000 00:00000000 00000000  1000        0 2226056 1 0000000000000000 100 0 0 10 0

根据进程 id，我们查看进程名称和启动参数：

vagrant@vagrant:/proc/25556/fd$ cat /proc/25556/cmdline
nc-l8090

下面我们看下/proc/net/tcp文件格式。

/proc/net/tcp 文件格式

/proc/net/tcp文件首先会列出所有监听状态的 TCP 套接字，然后列出所有已建立的 TCP 套接字。我们通过head \\-n 5 /proc/net/tcp命令查看该文件头五行：

sl  local_address rem_address   st tx_queue rx_queue tr tm->when retrnsmt   uid  timeout inode
   0: 0100007F:0019 00000000:0000 0A 00000000:00000000 00:00000000 00000000     0        0 22279 1 0000000000000000 100 0 0 10 0
   1: 00000000:1FBB 00000000:0000 0A 00000000:00000000 00:00000000 00000000     0        0 21205 1 0000000000000000 100 0 0 10 0
   2: 00000000:26FB 00000000:0000 0A 00000000:00000000 00:00000000 00000000     0        0 21203 1 0000000000000000 100 0 0 10 0
   3: 00000000:26FD 00000000:0000 0A 00000000:00000000 00:00000000 00000000     0        0 21201 1 0000000000000000 100 0 0 10 0

每一行各个字段解释说明如下，由于太长分为三部分说明：

第一部分：

   46: 010310AC:9C4C 030310AC:1770 01 
   |      |      |      |      |   |--> 连接状态，16 进制表示，具体值见下面说明
   |      |      |      |      |------> 远程 TCP 端口号，主机字节序，16 进制表示
   |      |      |      |-------------> 远程 IPv4 地址，网络字节序，16 进制表示
   |      |      |--------------------> 本地 TCP 端口号，主机字节序，16 进制表示
   |      |---------------------------> 本地 IPv4 地址，网络字节序，16 进制表示
   |----------------------------------> 条目编号，从 0 开始

上面连接状态所有值如下，具体参见 linux 源码 tcp\\_states.h[1]：

enum {
 TCP_ESTABLISHED = 1,
 TCP_SYN_SENT,
 TCP_SYN_RECV,
 TCP_FIN_WAIT1,
 TCP_FIN_WAIT2,
 TCP_TIME_WAIT,
 TCP_CLOSE,
 TCP_CLOSE_WAIT,
 TCP_LAST_ACK,
 TCP_LISTEN,
 TCP_CLOSING, /* Now a valid state */
 TCP_NEW_SYN_RECV,

 TCP_MAX_STATES /* Leave at the end! */
};

第二部分：

00000150:00000000 01:00000019 00000000  
      |        |     |     |       |--> number of unrecovered RTO timeouts
      |        |     |     |----------> number of jiffies until timer expires
      |        |     |----------------> timer_active，具体值见下面说明
      |        |----------------------> receive-queue，当状态是 ESTABLISHED，表示接收队列中数据长度；状态是 LISTEN，表示已经完成连接队列的长度
      |-------------------------------> transmit-queue，发送队列中数据长度

timer_active 所有值与说明如下：

  • 0 no timer is pending
  • 1 retransmit-timer is pending
  • 2 another timer (e.g. delayed ack or keepalive) is pending
  • 3 this is a socket in TIME_WAIT state. Not all fields will contain data (or even exist)
  • 4 zero window probe timer is pending

第三部分：

 1000        0 54165785 4 cd1e6040 25 4 27 3 -1
    |          |    |     |    |     |  | |  | |--> slow start size threshold, 
    |          |    |     |    |     |  | |  |      or -1 if the threshold
    |          |    |     |    |     |  | |  |      is >= 0xFFFF
    |          |    |     |    |     |  | |  |----> sending congestion window
    |          |    |     |    |     |  | |-------> (ack.quick<<1)|ack.pingpong
    |          |    |     |    |     |  |---------> Predicted tick of soft clock
    |          |    |     |    |     |              (delayed ACK control data)
    |          |    |     |    |     |------------> retransmit timeout
    |          |    |     |    |------------------> location of socket in memory
    |          |    |     |-----------------------> socket reference count
    |          |    |-----------------------------> socket 的 inode 号
    |          |----------------------------------> unanswered 0-window probes
    |---------------------------------------------> socket 所属用户的 uid

Go 实现简易版本 netstat 命令

netstat 工作原理和/proc/net/tcp文件结构，我们都已经了解了，现在可以使用据此使用 Go 实现一个简单版本的 netstat 命令。

图片

核心代码如下，完整代码参加 go-netstat[2]：

// 状态码值
const (
 TCP_ESTABLISHED = iota + 1
 TCP_SYN_SENT
 TCP_SYN_RECV
 TCP_FIN_WAIT1
 TCP_FIN_WAIT2
 TCP_TIME_WAIT
 TCP_CLOSE
 TCP_CLOSE_WAIT
 TCP_LAST_ACK
 TCP_LISTEN
 TCP_CLOSING
 //TCP_NEW_SYN_RECV
 //TCP_MAX_STATES
)

// 状态码
var states = map[int]string{
 TCP_ESTABLISHED: "ESTABLISHED",
 TCP_SYN_SENT:    "SYN_SENT",
 TCP_SYN_RECV:    "SYN_RECV",
 TCP_FIN_WAIT1:   "FIN_WAIT1",
 TCP_FIN_WAIT2:   "FIN_WAIT2",
 TCP_TIME_WAIT:   "TIME_WAIT",
 TCP_CLOSE:       "CLOSE",
 TCP_CLOSE_WAIT:  "CLOSE_WAIT",
 TCP_LAST_ACK:    "LAST_ACK",
 TCP_LISTEN:      "LISTEN",
 TCP_CLOSING:     "CLOSING",
 //TCP_NEW_SYN_RECV: "NEW_SYN_RECV",
 //TCP_MAX_STATES:   "MAX_STATES",
}

// socketEntry 结构体，用来存储/proc/net/tcp 每一行解析后数据信息
type socketEntry struct {
 id      int
 srcIP   net.IP
 srcPort int
 dstIP   net.IP
 dstPort int
 state   string

 txQueue       int
 rxQueue       int
 timer         int8
 timerDuration time.Duration
 rto           time.Duration // retransmission timeout
 uid           int
 uname         string
 timeout       time.Duration
 inode         string
}

// 解析/proc/net/tcp 行记录
func parseRawSocketEntry(entry string) (*socketEntry, error) {
 se := &socketEntry{}
 entrys := strings.Split(strings.TrimSpace(entry), " ")
 entryItems := make([]string, 0, 17)
 for _, ent := range entrys {
  if ent == "" {
   continue
  }
  entryItems = append(entryItems, ent)
 }

 id, err := strconv.Atoi(string(entryItems[0][:len(entryItems[0])-1]))
 if err != nil {
  return nil, err
 }
 se.id = id                                     // sockect entry id
 localAddr := strings.Split(entryItems[1], ":") // 本地 ip
 se.srcIP = parseHexBigEndianIPStr(localAddr[0])
 port, err := strconv.ParseInt(localAddr[1], 16, 32) // 本地 port
 if err != nil {
  return nil, err
 }
 se.srcPort = int(port)

 remoteAddr := strings.Split(entryItems[2], ":") // 远程 ip
 se.dstIP = parseHexBigEndianIPStr(remoteAddr[0])
 port, err = strconv.ParseInt(remoteAddr[1], 16, 32) // 远程 port
 if err != nil {
  return nil, err
 }
 se.dstPort = int(port)

 state, _ := strconv.ParseInt(entryItems[3], 16, 32) // socket 状态
 se.state = states[int(state)]

 tcpQueue := strings.Split(entryItems[4], ":")
 tQueue, err := strconv.ParseInt(tcpQueue[0], 16, 32) // 发送队列数据长度
 if err != nil {
  return nil, err
 }
 se.txQueue = int(tQueue)
 sQueue, err := strconv.ParseInt(tcpQueue[1], 16, 32) // 接收队列数据长度
 if err != nil {
  return nil, err
 }
 se.rxQueue = int(sQueue)

 se.uid, err = strconv.Atoi(entryItems[7]) // socket uid
 if err != nil {
  return nil, err
 }
 se.uname = systemUsers[entryItems[7]] // socket user name
 se.inode = entryItems[9]              // socket inode
 return se, nil
}

// hexIP 是网络字节序/大端法转换成的 16 进制的字符串
func parseHexBigEndianIPStr(hexIP string) net.IP {
 b := []byte(hexIP)
 for i, j := 1, len(b)-2; i < j; i, j = i+2, j-2 { // 反转字节，转换成小端法
  b[i], b[i-1], b[j], b[j+1] = b[j+1], b[j], b[i-1], b[i]
 }
 l, _ := strconv.ParseInt(string(b), 16, 64)
 return net.IPv4(byte(l>>24), byte(l>>16), byte(l>>8), byte(l))
}


转自：tink

juejin.cn/post/6903696083935821832

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