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Etcd、Etcdctl 应用实践

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1. Etcd 基本介绍

Etcd 是一个分布式 Key/Value 的存储系统，通过分布式锁、leader 选举、写屏障(write barriers) 实现了分布式协作，提供高可用、持久化数据存储和检索服务。

  • 工作原理

每个 Etcd 节点都存储了一份完整的数据，任意时刻至多存在一个主节点。主节点处理所有来自客户端的写请求，并且通过 Raft 协议同步到其他节点。

  • 存储原理

Etcd 数据持久化使用 WAL (write ahead log，预写式日志) 格式，在提交之前先写入 WAL，默认每 1W 条记录，做完快照之后，WAL 文件会被删除。

Etcd 在内存中，以 B 树对 Key 值建立索引，在磁盘中，以 B+ 树对 Value 进行存储记录历史版本。

2. Etcd 节点数要求

Etcd 节点越多，容错能力越强，写性能越差。官方推荐的 etcd 集群节点数量为 3，5，7。Etcd 集群最少需要 [N/2] + 1 个节点工作，才能保证集群正常。下面是集群节点数和最大容错节点数量对应表：

节点数 最大容错
1 0
3 1
4 1
5 2
6 2
7 3
8 3
9 4

奇数个节点与偶数个节点，具有相同的容错能力。

3. 硬件环境要求

3.1 限制 Etcd 性能的因素

Etcd 对内存和 CPU 消耗并不高，足够就行。

一次 Etcd 请求的最小时间 = 成员节点之间的网络往返时延 + 收到数据之后进行持久化的时延。因此，Etcd 的性能主要受两方面的约束：

  • 网络
  • 磁盘

多节点的 Etcd 集群成员节点应该尽量部署在同一个数据中心，减少网络时延。同一数据中心内，不同节点的网络情况通常是非常好的，如果需要测试可以使用 ping 或 tcpdump 命令进行分析。下面主要讨论看看推荐的配置和硬盘 IO 测试方法。

3.2 CPU、内存建议配置

Cluster Node Data Size vCPUs Memory (GB) Max concurrent IOPS Disk bandwidth (MB/s)
50 no more than 100 MB 2 8 3600 56.25
250 no more than 500 MB 4 16 6000 93.75
1000 no more than 1 GB 8 32 8000 125
3000 more than 1 GB 16 64 16,000 250

3.3 硬盘 IOPS 测试方法

Etcd 对磁盘写入延时非常敏感，通常要求达到 50 IOPS 以上，对于高负载的集群应该达到 500 IOPS 。常用的磁盘基准测试工具 diskbench 、 fio 。这里以 CentOS 上使用 fio 为例：

  • 查看磁盘信息
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fdisk -l

Disk /dev/vda: 107.4 GB, 107374182400 
...
Disk /dev/vdb: 34.4 GB, 34359738368
  • 安装 fio
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yum install -y fio
  • io 测试
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fio -filename=/dev/vda -direct=1 -iodepth 64 -thread -rw=randwrite  -ioengine=libaio -bs=4K  -numjobs=8 -runtime=120 -group_reporting -name=test1

    write: IOPS=1288, BW=5153KiB/s (5277kB/s)(605MiB/120206msec)

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fio -filename=/dev/vda -direct=1 -iodepth 64 -thread -rw=write  -ioengine=libaio -bs=512K  -numjobs=8 -runtime=120 -group_reporting -name=test2

    write: IOPS=102, BW=51.1MiB/s (53.6MB/s)(2453MiB/48023msec)

其中，filename 为测试设备，更多参数可以查看上面的 GitHub 链接。这里得到 IOPS 为 1288，磁盘带宽为 53.6 MB/s 。

4. 安装 Etcdctl

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export ETCD_VER=v3.4.10
export ETCD_DIR=etcd-download
export DOWNLOAD_URL=https://github.com/coreos/etcd/releases/download

mkdir ${ETCD_DIR}
cd ${ETCD_DIR}
wget ${DOWNLOAD_URL}/${ETCD_VER}/etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64.tar.gz
tar -xzvf etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64.tar.gz

cp etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64/etcdctl /usr/local/bin/

在使用 Etcdctl 过程中，需要节点证书。有两种方式提供证书：

  1. 在命令行中
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ETCDCTL_API=3 etcdctl --cacert=/etc/ssl/etcd/ssl/ca.pem --cert=/etc/ssl/etcd/ssl/node-node1.pem --key=/etc/ssl/etcd/ssl/node-node1-key.pem endpoint health

这样就要求，每条 Ectdctl 命令都需要加上证书和版本相关参数。

  1. 通过环境变量注入
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export ETCDCTL_API=3
export ETCDCTL_CACERT=/etc/ssl/etcd/ssl/ca.pem
export ETCDCTL_CERT=/etc/ssl/etcd/ssl/node-node1.pem
export ETCDCTL_KEY=/etc/ssl/etcd/ssl/node-node1-key.pem

可以将这些环境变量设置在 /etc/profile 中，然后 source /etc/profile ，就可以直接使用下面的命令进行操作。

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etcdctl endpoint health

5. Etcdctl 常见运维操作

  • 获取 etcd 版本
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etcdctl  version
  • 查看节点
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etcdctl member list
  • 增删节点

增加节点

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etcdctl member add etcd-member-node  http://192.168.11.102:2383

删除节点

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etcdctl member remove 9855cd41eff59e2b
  • 备份和恢复

备份

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etcdctl snapshot save snapshot-xxx.db

恢复时，需要停止全部 apiserver、etcd 实例，删除当前的 etcd 数据，然后拷贝备份数据到每个 etcd 节点上，执行命令

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etcdctl snapshot restore snapshot-xxx.db
  • 查看集群状态
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etcdctl endpoint health
  • 增删改查

具体某个 Key

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etcdctl get /registry/namespaces/default

根据前缀查询

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etcdctl get / --prefix --keys-only

增加/修改

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etcdctl put key newVaule

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etcdctl del key

6. 参考

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