Etcd 基础知识

发表于 分类于
Etcd 基础知识整合，涵盖核心架构与集群部署、etcdctl 键值与租约操作、性能调优以及在 Kubernetes 中的存储应用。

📌 学习笔记：本文为早期学习与实践阶段整理的技术笔记，内容梳理自官方文档与网络公开资料，主要用于知识沉淀与命令速查。

本文整合了 Etcd 的基础知识体系，包括其核心简介、常用命令行工具 etcdctl 的操作、性能调优指南，以及 Etcd 在 Kubernetes 中的应用与数据管理。

1. etcd简介

简介

etcd 是一款分布式存储中间件，使用 Go 语言编写，并通过 Raft 一致性算法处理和确保分布式一致性，解决了分布式系统中数据一致性的问题

etcd 的核心架构

  1. etcd Server : 对外接收和处理客户端的请求
  2. gRPC Server : 面向客户端的接入层（对应 2379 端口、v3 API），把请求分发给 KV、Watch、Lease、Cluster 等 service，并通过 gRPC-gateway 兼容 HTTP/JSON 客户端。而 etcd 节点之间（peer，2380 端口）的 raft 消息与日志复制走的是 rafthttp 的 HTTP 流，不是 gRPC
  3. MVCC : 多版本控制，etcd 的存储模块，键值对的每一次操作行为都会被记录存储，这些数据底层存储在 BoltDB 数据库中
  4. Snapshot、WAL : WAL 预写式日志，etcd 中的数据提交前都会记录到日志。 Snapshot 快照，以防 WAL 日志过多，用于存储某一时刻 etcd 的所有数据。Snapshot 和 WAL 相结合，etcd 可以有效地进行数据存储和节点故障恢复等操作。
  5. Raft 模块 : 实现分布式集群的一致性

MVCC：四个版本号和两个清理动作

“每一次操作行为都会被记录”这句话背后有一套版本号体系，理解它才用得动 watch 回放和历史查询。etcd 里有四个版本号，分工完全不同：

版本号 作用域 含义
revision 全局 整个 keyspace 的逻辑时钟，任何一次写操作（含删除）都让它 +1，全局单调递增
create_revision 单个 key 这个 key 被创建时的 revision，key 被删掉重建会变
mod_revision 单个 key 这个 key 最后一次被修改时的 revision
version 单个 key 这个 key 被修改过多少次，创建时为 1，删除后重建归 1 
1
2
3
4
etcdctl put /a 1 && etcdctl put /b 2 && etcdctl put /a 3
etcdctl get /a -w json
# {"kvs":[{"key":"/a","create_revision":2,"mod_revision":4,"version":2,"value":"3"}], ...}
#          ↑ 全局 revision 已经走到 4 了，但 /a 自己只改过 2 次

mod_revision 的典型用途是乐观并发控制——读的时候记下它，写的时候用事务断言”它没变过”，变了就说明有人插队：

1
2
3
4
etcdctl txn <<'EOF'
mod("/a") = "4"
put /a 5
EOF

按 revision 读历史，是 MVCC 最直接的收益：

1
2
etcdctl get /a --rev=2        # 读 revision 2 那一刻的值，拿到 1 而不是 3
etcdctl watch /a --rev=2      # 从 revision 2 开始把之后的所有变更重放一遍

watch --rev 这个能力是 Kubernetes 各种 Informer 断线重连后能”续上”的基础：记住上次处理到哪个 revision，重连时从那里继续，不用重新 list 全量。

但历史不是永久的，compact 会把它砍掉。

1
2
etcdctl compact 100          # 丢弃 revision 100 之前的所有历史版本
etcdctl get /a --rev=2       # Error: etcdserver: mvcc: required revision has been compacted

那句 required revision has been compacted 是运维 etcd 时最常见的报错之一，K8s 里表现为 apiserver 日志刷 too old resource version，客户端不得不重新 list 全量。

compact 和 defrag 是两件不同的事，都得做：

作用 不做的后果
compact 丢弃旧版本，逻辑上腾出空间 历史无限累积，撑爆 --quota-backend-bytes（默认 2GB），集群进入只读的 NOSPACE 告警状态
defrag 整理 BoltDB 文件碎片，把空间还给文件系统 db 文件大小一直不降，compact 完了 du 看着没变小

生产上 compact 应该交给 etcd 自己（--auto-compaction-mode=periodic --auto-compaction-retention=1h），defrag 需要逐个节点手工做（它会短暂阻塞该节点的读写，所以别同时对所有节点执行）：

1
2
etcdctl --endpoints=<node1> defrag        # 一台一台来，做完确认 health 再下一台
etcdctl endpoint status -w table          # 看 DB SIZE 有没有降下来

lease 与分布式锁

lease（租约）是带 TTL 的对象，key 可以挂在 lease 上，lease 过期时挂在它上面的所有 key 一起被删除——服务注册与发现就靠这个做健康摘除。

1
2
3
etcdctl lease grant 60                       # → lease 694d71...
etcdctl put --lease=694d71... /svc/a "1.2.3.4:80"
etcdctl lease keep-alive 694d71...           # 客户端定期续约，进程挂了就不续了

有一点值得知道：lease 是走 raft 共识的对象，不是各节点本地的定时器。所以 leader 切换后新 leader 会重新开始计时——这意味着一次 leader 选举可能让所有 lease 的实际存活时间比 TTL 更长，靠 lease 做故障检测时不能假设”TTL 到了立刻就删”。

基于 lease + 事务可以做分布式锁，etcdctl 直接内置了：

1
etcdctl lock mylock -- sh -c 'echo 拿到锁了; sleep 5'

它的实现思路值得知道：在 /mylock/ 前缀下用自己的 lease id 建一个 key，然后看这个前缀下 create_revision 最小的是不是自己——是就拿到锁，不是就 watch 前一个 key 等它消失。这样不会出现”惊群”（只有下一个候选者被唤醒），而 lease 保证了持锁进程崩溃后锁能自动释放。

版本选择

etcd 目前有 V2.x 和 V3.x 两个大版本

主流版本 V3.x。

安装

三节点部署， etcd 和 etcdctl 文件 在 /usr/bin 目录下

前置条件

节点 ip 

1
2
3
172.20.40.173
172.20.40.196
172.20.40.107
生成 etcd 的server 证书

当前和 k8s 共同部署，k8s 文件均相同, 在 /etc/kubernetes/ssl/ 目录下

1
2
3
/etc/kubernetes/ssl/ca.pem
/etc/kubernetes/ssl/ca-key.pem
/etc/kubernetes/ssl/ca-config.json

/etc/kubernetes/ssl/ca-config.json 示例

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
[root@test-173 test]# cat /etc/kubernetes/ssl/ca-config.json
{
  "signing": {
    "default": {
      "expiry": "87600h"
    },
    "profiles": {
      "kubernetes": {
        "usages": [
            "signing",
            "key encipherment",
            "server auth",
            "client auth"
        ],
        "expiry": "87600h"
      }
    }
  }
}

etcd 使用的 etcd-csr.json 需要修改 IP , 在 /etc/etcd/ssl 目录下

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
[root@test-173 ssl]# pwd
/etc/etcd/ssl

[root@test-173 ssl]# cat etcd-csr.json
{
  "CN": "etcd",
  "hosts": [
    "127.0.0.1",
    "172.20.40.173" # 需要每个节点对应修改
  ],
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "HangZhou",
      "L": "XS",
      "O": "k8s",
      "OU": "System"
    }
  ]
}

在每个节点的 的 /etc/etcd/ssl 目录下执行, 生成 etcd.csr , etcd-key.pem , etcd.pem

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
[root@test-107 ssl]# pwd
/etc/etcd/ssl

[root@test-107 ssl]# ls
etcd-csr.json

[root@test-173 ssl]# cfssl gencert -ca=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem -ca-key=/etc/kubernetes/ssl/ca-key.pem  -config=/etc/kubernetes/ssl/ca-config.json -profile=kubernetes /etc/etcd/ssl/etcd-csr.json | cfssljson -bare etcd
2021/04/06 13:48:22 [INFO] generate received request
2021/04/06 13:48:22 [INFO] received CSR
2021/04/06 13:48:22 [INFO] generating key: rsa-2048
2021/04/06 13:48:23 [INFO] encoded CSR
2021/04/06 13:48:23 [INFO] signed certificate with serial number 518875750718489889129533277175826954994664517958
2021/04/06 13:48:23 [WARNING] This certificate lacks a "hosts" field. This makes it unsuitable for
websites. For more information see the Baseline Requirements for the Issuance and Management
of Publicly-Trusted Certificates, v.1.1.6, from the CA/Browser Forum (https://cabforum.org);
specifically, section 10.2.3 ("Information Requirements").
cfssl gencert -ca=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem -ca-key=/etc/kubernetes/ssl/ca-key.pem  -config=/etc/kubernetes/ssl/ca-config.json -profile=kubernetes /etc/etcd/ssl/etcd-csr.json | cfssljson -bare etcd

[root@test-107 ssl]# ls
etcd.csr  etcd-csr.json  etcd-key.pem  etcd.pem
创建 etcd.service 启动文件

每个节点创建文件，对应修改
eg: 172.20.40.107 名字为 etcd3

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
[root@test-107 ssl]# cat /etc/systemd/system/etcd.service
[Unit]
Description=Etcd Server
After=network.target
After=network-online.target
Wants=network-online.target
Documentation=https://github.com/coreos

[Service]
Type=notify
WorkingDirectory=/var/lib/etcd/
ExecStart=/usr/bin/etcd \
  --name=etcd3 \
  --cert-file=/etc/etcd/ssl/etcd.pem \
  --key-file=/etc/etcd/ssl/etcd-key.pem \
  --peer-cert-file=/etc/etcd/ssl/etcd.pem \
  --peer-key-file=/etc/etcd/ssl/etcd-key.pem \
  --trusted-ca-file=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \
  --peer-trusted-ca-file=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \
  --initial-advertise-peer-urls=https://172.20.40.107:2380 \
  --listen-peer-urls=https://172.20.40.107:2380 \
  --listen-client-urls=https://172.20.40.107:2379,http://127.0.0.1:2379 \
  --advertise-client-urls=https://172.20.40.107:2379 \
  --initial-cluster-token=etcd-cluster-0 \
  --initial-cluster=etcd1=https://172.20.40.173:2380,etcd2=https://172.20.40.196:2380,etcd3=https://172.20.40.107:2380 \
  --initial-cluster-state=new \
  --data-dir=/mnt/etcd_data
Restart=on-failure
RestartSec=5
LimitNOFILE=65536

[Install]
WantedBy=multi-user.target

[root@test-107 ssl]# systemctl daemon-reload && systemctl enable --now etcd.service

验证, 当前正常

客户端交互端口 : 2379

peer通信端口 : 2380

peer : 同一集群的另一个 member

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
[root@test-107 ssl]# etcdctl --endpoints=http://localhost:2379  member list  # 查看集群成员
d20c6ab8456f5fd, started, etcd1, https://172.20.40.173:2380, https://172.20.40.173:2379, false
71c9147302874bdf, started, etcd3, https://172.20.40.107:2380, https://172.20.40.107:2379, false
ce0a9eb4851e47ac, started, etcd2, https://172.20.40.196:2380, https://172.20.40.196:2379, false

[root@test-107 ssl]# ETCDCTL_API=3 /usr/bin/etcdctl  --endpoints=https://172.20.40.196:2379,https://172.20.40.107:2379,https://172.20.40.173:2379 --cacert=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem --cert=/etc/etcd/ssl/etcd.pem --key=/etc/etcd/ssl/etcd-key.pem endpoint health  # 查看节点健康

https://172.20.40.107:2379 is healthy: successfully committed proposal: took = 26.66478ms
https://172.20.40.173:2379 is healthy: successfully committed proposal: took = 30.31433ms
https://172.20.40.196:2379 is healthy: successfully committed proposal: took = 37.859764ms
etcd.service 部分参数说明
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
--name：etcd 集群中的节点名，这里可以随意，方便区分且不重复即可。

--listen-client-urls：监听用于客户端通信的 url，同样可以监听多个。

--advertise-client-urls：建议使用的客户端通信 url，该值用于 etcd 代理或 etcd 成员与 etcd 节点通信。

--listen-peer-urls：监听用于节点之间通信的 url，可监听多个，集群内部将通过这些 url 进行数据交互(如选举、数据同步等)。

--initial-advertise-peer-urls：建议用于节点之间通信的 url，节点间将以该值进行通信。

--initial-cluster-token： etcd-cluster-0，节点的 token 值，设置该值后集群将生成唯一 ID，并为每个节点也生成唯一 ID。当使用相同配置文件再启动一个集群时，只要该 token 值不一样，etcd 集群就不会相互影响。

--initial-cluster：集群中所有的 initial-advertise-peer-urls 的合集。

--initial-cluster-state：new，新建集群的标志。

升级

仅需 替换二进制文件 etcd, etcdctl

备份恢复

在任一正常节点执行如下操作

eg:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
[root@test-173 test]# export ETCDCTL_API=3; /usr/bin/etcdctl --endpoints=172.20.40.107:2379 --cacert=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem --cert=/etc/etcd/ssl/etcd.pem --key=/etc/etcd/ssl/etcd-key.pem snapshot save /root/backup/etcd/snapshot-20210406-143852.db


{"level":"info","ts":1617691138.681973,"caller":"snapshot/v3_snapshot.go:119","msg":"created temporary db file","path":"/root/backup/etcd/snapshot-20210406-143852.db.part"}
{"level":"info","ts":"2021-04-06T14:38:58.698+0800","caller":"clientv3/maintenance.go:200","msg":"opened snapshot stream; downloading"}
{"level":"info","ts":1617691138.698508,"caller":"snapshot/v3_snapshot.go:127","msg":"fetching snapshot","endpoint":"172.20.40.107:2379"}
{"level":"info","ts":"2021-04-06T14:38:58.990+0800","caller":"clientv3/maintenance.go:208","msg":"completed snapshot read; closing"}
{"level":"info","ts":1617691138.9978282,"caller":"snapshot/v3_snapshot.go:142","msg":"fetched snapshot","endpoint":"172.20.40.107:2379","size":"10 MB","took":0.315710239}
{"level":"info","ts":1617691139.000513,"caller":"snapshot/v3_snapshot.go:152","msg":"saved","path":"/root/backup/etcd/snapshot-20210406-143852.db"}
Snapshot saved at /root/backup/etcd/snapshot-20210406-143852.db


[root@test-173 test]# export ETCDCTL_API=3; /usr/bin/etcdctl --endpoints=172.20.40.107:2379 --cacert=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem --cert=/etc/etcd/ssl/etcd.pem --key=/etc/etcd/ssl/etcd-key.pem snapshot save /root/backup/etcd/snapshot-20210406-143852.db


{"level":"info","ts":1617691138.681973,"caller":"snapshot/v3_snapshot.go:119","msg":"created temporary db file","path":"/root/backup/etcd/snapshot-20210406-143852.db.part"}
{"level":"info","ts":"2021-04-06T14:38:58.698+0800","caller":"clientv3/maintenance.go:200","msg":"opened snapshot stream; downloading"}
{"level":"info","ts":1617691138.698508,"caller":"snapshot/v3_snapshot.go:127","msg":"fetching snapshot","endpoint":"172.20.40.107:2379"}
{"level":"info","ts":"2021-04-06T14:38:58.990+0800","caller":"clientv3/maintenance.go:208","msg":"completed snapshot read; closing"}
{"level":"info","ts":1617691138.9978282,"caller":"snapshot/v3_snapshot.go:142","msg":"fetched snapshot","endpoint":"172.20.40.107:2379","size":"10 MB","took":0.315710239}
{"level":"info","ts":1617691139.000513,"caller":"snapshot/v3_snapshot.go:152","msg":"saved","path":"/root/backup/etcd/snapshot-20210406-143852.db"}
Snapshot saved at /root/backup/etcd/snapshot-20210406-143852.db


### 恢复
systemctl stop etcd.service

cd /root/backup/etcd/ && \
	ETCDCTL_API=3 /use/bin/etcdctl snapshot restore snapshot-20210406-143852.db\
	--name etcd-3 \
	--initial-cluster etcd1=https://172.20.40.173:2380,etcd2=https://172.20.40.196:2380,etcd3=https://172.20.40.107:2380 \
	--initial-cluster-token etcd-cluster-0 \
	--initial-advertise-peer-urls https://172.20.40.107:2380"

具体可以参考 之前编写的 ansible 文件

用 kubeasz 安装 

1
etcdctl --endpoints=https://172.20.19.14:2379,https://172.20.19.9:2379,https://172.20.19.17:2379 --cacert=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem --cert=/etc/kubernetes/ssl/etcd.pem --key=/etc/kubernetes/ssl/etcd-key.pem endpoint health

etcd 网关与 gRPC-Gateway

etcd 网关通常用于 etcd 集群的门户，是一个简单的 TCP 代理，将客户端请求转发到 etcd 集群，对外屏蔽了 etcd 集群内部的实际情况，在集群出现故障或者异常时，可以通过 etcd 网关进行切换；

gRPC-Gateway 则是对于 etcd 的 gRPC 通信协议的补充，有些语言的客户端不支持 gRPC 通信协议，此时就可以使用 gRPC-Gateway 对外提供的 HTTP API 接口。通过 HTTP 请求，实现与 gRPC 调用协议同样的功能。

2. etcdctl

使用 v3 版本，export ETCDCTL_API=3

常用操作

etcdctl 支持命令

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
[root@test-173 test]#  etcdctl -h
NAME:
        etcdctl - A simple command line client for etcd3.

USAGE:
        etcdctl [flags]

VERSION:
        3.4.13

API VERSION:
        3.4

...

数据库操作

数据库操作基本围绕着对键值和目录的 CRUD 操作及其对应的生命周期管理。 etcd 这些操作符合 REST 风格的一套 API 操作

键操作

键操作包括最常用的增删改查操作，包括 PUT、GET、DELETE 等命令。

PUT 设置或者更新某个键的值

1
2
3
4
5
6
[root@test-173 test]# etcdctl put /test/foo1 "Hello world"
OK
[root@test-173 test]# etcdctl put /test/foo2 "Hello world2"
OK
[root@test-173 test]#  etcdctl put /test/foo3 "Hello world3"
OK

GET 获取指定键的值

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
[root@test-173 test]#  etcdctl get /test/foo1
/test/foo1
Hello world

[root@test-173 test]# etcdctl get /test/foo2 --hex  # 返回 十六进制格式
\x2f\x74\x65\x73\x74\x2f\x66\x6f\x6f\x32
\x48\x65\x6c\x6c\x6f\x20\x77\x6f\x72\x6c\x64\x32

[root@test-173 test]# etcdctl get /test/foo3 --hex --print-value-only  # 返回 十六进制格式，只获取值
\x48\x65\x6c\x6c\x6f\x20\x77\x6f\x72\x6c\x64\x33

[root@test-173 test]#  etcdctl get /test/foo1 /test/foo3  --print-value-only  # 获取  [/test/foo1, /test/foo3)
Hello world
Hello world2

[root@test-173 test]# etcdctl get --prefix --limit=2 /test/foo --print-value-only  # 获取 前缀为 /test/foo 的两个值
Hello world
Hello world2

DELETE 删除一个键或者特定范围的键

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
[root@test-173 test]# etcdctl del /test/foo1  /test/foo2  # 删除 [/test/foo1, /test/foo2)
1  # 删除了一个健
[root@test-173 test]# etcdctl get   /test/foo1
[root@test-173 test]# etcdctl get   /test/foo2
/test/foo2
Hello world2

root@test-173 test]# etcdctl del --prev-kv /test/foo2  # 删除键并返回值
1
/test/foo2
Hello world2
[root@test-173 test]# etcdctl get   /test/foo2
watch 键值对的改动

watch 监测一个或多个键值的变化。v3 的 etcdctl watch 是一条长连接的流式推送：命令执行后就一直挂着，这个 key（或前缀）每发生一次变更都会打印一个事件，直到客户端自己断开为止，不会收到第一个事件就退出——「输出一次就退出」是 v2 的行为。所以下面的 watch 窗口里能看到两次 PUT 事件

1
[root@test-173 ~]# etcdctl watch foo1

新开窗口

1
2
3
4
5
6
[root@test-173 ~]# etcdctl put foo1 Hello watch
OK
[root@test-173 ~]# etcdctl put foo bar
OK
[root@test-173 ~]# etcdctl put foo1 bar1
OK

查看 watch 窗口

1
2
3
4
5
6
7
[root@test-173 ~]# etcdctl watch foo1
PUT
foo1
Hello
PUT
foo1
bar1
lease（租约）

一旦租约的 TTL 到期，租约就会过期并且所有附带的键都将被删除

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
[root@test-173 test]# etcdctl lease grant 100  # 授予租约，TTL 为 100 秒
lease 75fd78a5bc8db873 granted with TTL(100s)

[root@test-173 test]# etcdctl put --lease=75fd78a5bc8db873 foo1 bar # 附加键 foo1 到租约 75fd78a5bc8db873
OK
[root@test-173 test]# etcdctl get foo1
foo1
bar
[root@test-173 test]# etcdctl get foo1  # 两分钟后，发现 已没有值

[root@test-173 test]# etcdctl put --lease=75fd78a5bc8db873 foo1 bar  # 租约已失效
{"level":"warn","ts":"2021-04-06T15:14:17.315+0800","caller":"clientv3/retry_interceptor.go:62","msg":"retrying of unary invoker failed","target":"endpoint://client-71d3b0ce-8010-4407-ad17-71c5f1970309/127.0.0.1:2379","attempt":0,"error":"rpc error: code = NotFound desc = etcdserver: requested lease not found"}


[root@test-173 test]# etcdctl lease grant 1000
lease 75fd78a5bc8dbb9b granted with TTL(1000s)
[root@test-173 test]# etcdctl put --lease=75fd78a5bc8dbb9b foo1 bar
OK
[root@test-173 test]# etcdctl get foo1
foo1
bar
[root@test-173 test]# etcdctl lease revoke  75fd78a5bc8dbb9b  # 撤销租约
lease 75fd78a5bc8dbb9b revoked
[root@test-173 test]# etcdctl get foo1 # 撤销租约将删除所有附带的 key


## 刷新租约
[root@test-173 test]#  etcdctl lease keep-alive 75fd78a5bc8dbe37 # 一直刷新
lease 75fd78a5bc8dbe37 keepalived with TTL(100)
lease 75fd78a5bc8dbe37 keepalived with TTL(100)
lease 75fd78a5bc8dbe37 keepalived with TTL(100)
lease 75fd78a5bc8dbe37 keepalived with TTL(100)

## 新开一个端口
root@test-173 ~]#  etcdctl put --lease=75fd78a5bc8dbe37 foo1 bar
OK
[root@test-173 ~]# etcdctl lease timetolive 75fd78a5bc8dbe37  # 获取有关租赁信息
lease 75fd78a5bc8dbe37 granted with TTL(100s), remaining(68s)

[root@test-173 ~]# etcdctl lease timetolive --keys  75fd78a5bc8dbe37 # 获取哪些 key 绑定了租赁信息：
lease 75fd78a5bc8dbe37 granted with TTL(100s), remaining(91s), attached keys([foo1])

3. etcd调优

使用内存模式

⚠️ 这个办法只适合基准测试或者数据明确可丢的场景，不要用在生产上。etcd 的线性一致性建立在 WAL 先 fsync 到持久设备这个前提上，把 data-dir 放到 tmpfs 之后这个前提就不成立了：节点一重启数据全清，放在 k8s 里就等于 apiserver 的全部数据没了。三节点集群平时靠其他副本还能重建一个节点，但一旦断电或者批量重启同时丢掉多数派，raft 就没法自愈，连已经 commit 的数据也会丢。而下面把挂载写进 /etc/fstab，意味着这是重启后依然生效的常态配置，而不是临时压测——真要压测，挂完别写 fstab。

生产环境想解决同一个问题，方向是换 NVMe/SSD 把 fsync 延迟压下来，配合调 --heartbeat-interval、--election-timeout、--snapshot-count，并且至少保留定时 snapshot save 的备份。

未安装时

1
2
3
mkdir /var/lib/etcd
mount -t tmpfs -o size=10G,mode=0755 tmpfs /var/lib/etcd
echo "tmpfs /var/lib/etcd tmpfs defaults,size=10G 0 0" >> /etc/fstab

已经安装了 etcd， 先备份，操作完再恢复

将 etcd 的流量排在第一优先级

2379 2380 端口流量

1
2
3
4
5
6
netDevice="ens33"
tc qdisc  add dev $netDevice root handle 1: prio bands 3
tc filter add dev $netDevice parent 1: protocol ip prio 1 u32 match ip sport 2380 0xffff flowid 1:1
tc filter add dev $netDevice parent 1: protocol ip prio 1 u32 match ip dport 2380 0xffff flowid 1:1
tc filter add dev $netDevice parent 1: protocol ip prio 2 u32 match ip sport 2379 0xffff flowid 1:1
tc filter add dev $netDevice parent 1: protocol ip prio 2 u32 match ip dport 2379 0xffff flowid 1:1

4. etcd与k8s

获取 Kubernetes 存储在 etcd 中的 keys

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
[root@test-173 ~]# ETCDCTL_API=3 etcdctl get / --prefix --keys-only  |grep -Ev "^$"
/calico/ipam/v2/assignment/ipv4/block/170.56.144.192-26
/calico/ipam/v2/assignment/ipv4/block/170.56.170.64-26
/calico/ipam/v2/assignment/ipv4/block/170.56.27.0-26
/calico/ipam/v2/assignment/ipv4/block/170.56.73.192-26
/calico/ipam/v2/handle/k8s-pod-network.006edea2a1463ad925976290e5a0fea9d87e3188731566465ec8459f20b54a9d
/calico/ipam/v2/handle/k8s-pod-network.0397054208d1bce46053df4814d1006f14ae0dd98280555aa5b35d1b8b02c06e
/calico/ipam/v2/handle/k8s-pod-network.070dee87e37e685f2f6adac7ea38a54bb2326ac1c5d56bcae3b9b46086ff5c2b
/calico/ipam/v2/handle/k8s-pod-network.0fad3aa32d7c9bfe0392577fc44a9f7ad9482c9914e0a93b1b94363cd1173585
## 略

[root@test-173 ~]# ETCDCTL_API=3 etcdctl --endpoints=https://172.20.40.196:2379,https://172.20.40.107:2379,https://172.20.40.173:2379 --cacert=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem --cert=/etc/etcd/ssl/etcd.pem --key=/etc/etcd/ssl/etcd-key.pem get / --prefix --keys-only  |grep -Ev "^$"  # 同样结果

查看键值

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
[root@test-107 ~]# ETCDCTL_API=3 etcdctl --endpoints=https://172.20.40.196:2379,https://172.20.40.107:2379,https://172.20.40.173:2379 --cacert=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem --cert=/etc/etcd/ssl/etcd.pem --key=/etc/etcd/ssl/etcd-key.pem  get /registry/services/endpoints/monitoring/grafana  # 查看键值

/registry/services/endpoints/monitoring/grafana
k8s

v1      Endpoints⚌
⚌
grafana
monitoring"*$c5bca02d-dcde-4638-88fa-d32f1606cd722⚌⚌߃Z&
pp.kubernetes.io/componentgrafanaZ!
app.kubernetes.io/namegrafanaZ,
app.kubernetes.io/part-ofkube-prometheusZ"
app.kubernetes.io/version7.4.3bM
0endpoints.kubernetes.io/last-change-trigger-time2021-04-26T18:01:18+08:00z⚌⚌
kube-controller-managerUpdatev⚌FieldsV1:⚌
⚌{"f:metadata":{"f:annotations":{".":{},"f:endpoints.kubernetes.io/last-change-trigger-time":{}},"f:labels":{".":{},"f:app.kubernetes.io/component":{},"f:app.kubernetes.io/name":{},"f:app.kubernetes.io/part-of":{},"f:app.kubernetes.io/version":{}}},"f:subsets":{}}⚌
⚌
170.56.73.220_
Pod
172.20.40.173fana-665447c488-245vl"$db4da82f-36ed-49b9-8003-197a61e8ed97*11359764:"
http⚌TCP"


[root@test-107 ~]# ETCDCTL_API=3 etcdctl --endpoints=https://172.20.40.196:2379,https://172.20.40.107:2379,https://172.20.40.173:2379 --cacert=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem --cert=/etc/etcd/ssl/etcd.pem --key=/etc/etcd/ssl/etcd-key.pem  get /registry/namespaces/default

/registry/namespaces/default
k8s

v1      Namespace⚌
⚌
default"*$fb03c357-9393-11eb-898b-fad65d90ce002⚌⚌⚌Z$
field.cattle.io/projectIdp-zrh2mZ
istio-injectionenabledb⚌
cattle.io/status⚌{"Conditions":[{"Type":"ResourceQuotaInit","Status":"True","Message":"","LastUpdateTime":"2021-04-14T05:51:05Z"},{"Type":"InitialRolesPopulated","Status":"True","Message":"","LastUpdateTime":"2021-04-14T05:51:05Z"}]}b,
field.cattle.io/projectIdc-hxllk:p-zrh2mb1
)lifecycle.cattle.io/create.namespace-authtruer#controller.cattle.io/namespace-authz


kubernetes
Active"

键类型

这些键定义了集群中所有资源的配置和状态：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Nodes
Namespaces
ServiceAccounts
Roles and RoleBindings, ClusterRoles / ClusterRoleBindings
ConfigMaps
Secrets
Workloads: Deployments, DaemonSets, Pods, …
Cluster's certificates
The resources within each apiVersion
The events that bring the cluster in the current state

元数据资源在 etcd 中的存储格式由前缀、资源类型、namespace 和具体资源名组成

补

Kubernetes 集群使用了事务 Txn 接口防止并发创建、更新被覆盖等问题。当执行完 BeforeCreate 策略后，API Server 会调用 Storage 模块的 Create 接口写入资源。Storage.Create 接口调用底层存储模块 etcd3，将 user Deployment 资源对象写入 etcd。

Kubernetes 使用 watch 机制获取数据变化的事件，etcd watch 机制提供了流式推送机制，相比于定时轮询减少了高昂的查询开销，方便 API Server 实现数据的监听。服务器端的 store 对象利用 etcd 的 watch 机制，当 watch 机制触发时，数据的变化信息将封装成 event 对象并打包发送出去，客户端则通过不停地监听尝试读取 event chunk。

需要注意的是，Kubernetes 社区提供了通用的Informer 组件，实现了客户端与 API Server 之间的资源和事件同步。Informer 机制的 Reflector 封装了 Watch、List 操作，结合本地 Cache、Indexer，控制器加载完初始状态数据后，接下来的其他操作只需从本地缓存读取，极大降低了 API Server 和 etcd 的压力。