Go语言实现简易版netstat命令
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。
netstat工作原理如下：
- 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
- 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
- 根据pid读取/proc/[pid]/cmdline文件，获取进程命令和启动参数
- 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:
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：
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：
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。
核心代码如下，完整代码参加go-netstat：
// 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))
}