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前一段時(shí)間的項(xiàng)目里用到了 Etcd， 所以研究了一下它的源碼以及實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)上關(guān)于 Etcd 的使用介紹的文章不少，但分析具體架構(gòu)實(shí)現(xiàn)的文章不多，同時(shí) Etcd v3的文檔也非常稀缺。本文通過分析 Etcd 的架構(gòu)與實(shí)現(xiàn)，了解其優(yōu)缺點(diǎn)以及瓶頸點(diǎn)，一方面可以學(xué)習(xí)分布式系統(tǒng)的架構(gòu)，另外一方面也可以保證在業(yè)務(wù)中正確使用 Etcd，知其然同時(shí)知其所以然，避免誤用。***介紹 Etcd 周邊的工具和一些使用注意事項(xiàng)。
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閱讀對象：分布式系統(tǒng)愛好者，正在或者打算在項(xiàng)目中使用Etcd的開發(fā)人員。
Etcd 按照官方介紹
| Etcd is a distributed, consistent key-value store for shared configuration and service discovery |
是一個(gè)分布式的，一致的 key-value 存儲(chǔ)，主要用途是共享配置和服務(wù)發(fā)現(xiàn)。Etcd 已經(jīng)在很多分布式系統(tǒng)中得到廣泛的使用，本文的架構(gòu)與實(shí)現(xiàn)部分主要解答以下問題：
- Etcd是如何實(shí)現(xiàn)一致性的?
- Etcd的存儲(chǔ)是如何實(shí)現(xiàn)的?
- Etcd的watch機(jī)制是如何實(shí)現(xiàn)的?
- Etcd的key過期機(jī)制是如何實(shí)現(xiàn)的?
一、為什么需要 Etcd ?
所有的分布式系統(tǒng)，都面臨的一個(gè)問題是多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)共享問題，這個(gè)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的道理是一樣的，成員可以分頭干活，但總是需要共享一些必須的信息，比如誰是 leader， 都有哪些成員，依賴任務(wù)之間的順序協(xié)調(diào)等。所以分布式系統(tǒng)要么自己實(shí)現(xiàn)一個(gè)可靠的共享存儲(chǔ)來同步信息(比如 Elasticsearch )，要么依賴一個(gè)可靠的共享存儲(chǔ)服務(wù)，而 Etcd 就是這樣一個(gè)服務(wù)。
二、Etcd 提供什么能力?
Etcd 主要提供以下能力，已經(jīng)熟悉 Etcd 的讀者可以略過本段。
- 提供存儲(chǔ)以及獲取數(shù)據(jù)的接口，它通過協(xié)議保證 Etcd 集群中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的強(qiáng)一致性。用于存儲(chǔ)元信息以及共享配置。
- 提供監(jiān)聽機(jī)制，客戶端可以監(jiān)聽某個(gè)key或者某些key的變更(v2和v3的機(jī)制不同，參看后面文章)。用于監(jiān)聽和推送變更。
- 提供key的過期以及續(xù)約機(jī)制，客戶端通過定時(shí)刷新來實(shí)現(xiàn)續(xù)約(v2和v3的實(shí)現(xiàn)機(jī)制也不一樣)。用于集群監(jiān)控以及服務(wù)注冊發(fā)現(xiàn)。
- 提供原子的CAS(Compare-and-Swap)和 CAD(Compare-and-Delete)支持(v2通過接口參數(shù)實(shí)現(xiàn)，v3通過批量事務(wù)實(shí)現(xiàn))。用于分布式鎖以及l(fā)eader選舉。
更詳細(xì)的使用場景不在這里描述，有興趣的可以參看文末infoq的一篇文章。
三、Etcd 如何實(shí)現(xiàn)一致性的?
說到這個(gè)就不得不說起raft協(xié)議。但這篇文章不是專門分析raft的，篇幅所限，不能詳細(xì)分析，有興趣的建議看文末原始論文地址以及raft協(xié)議的一個(gè)動(dòng)畫。便于看后面的文章，我這里簡單做個(gè)總結(jié)：
- raft通過對不同的場景(選主，日志復(fù)制)設(shè)計(jì)不同的機(jī)制，雖然降低了通用性(相對paxos)，但同時(shí)也降低了復(fù)雜度，便于理解和實(shí)現(xiàn)。
- raft內(nèi)置的選主協(xié)議是給自己用的，用于選出主節(jié)點(diǎn)，理解raft的選主機(jī)制的關(guān)鍵在于理解raft的時(shí)鐘周期以及超時(shí)機(jī)制。
- 理解 Etcd 的數(shù)據(jù)同步的關(guān)鍵在于理解raft的日志同步機(jī)制。
Etcd 實(shí)現(xiàn)raft的時(shí)候，充分利用了go語言CSP并發(fā)模型和chan的魔法，想更進(jìn)行一步了解的可以去看源碼，這里只簡單分析下它的wal日志。
wal日志是二進(jìn)制的，解析出來后是以上數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)LogEntry。其中***個(gè)字段type，只有兩種，一種是0表示Normal，1表示ConfChange(ConfChange表示 Etcd 本身的配置變更同步，比如有新的節(jié)點(diǎn)加入等)。第二個(gè)字段是term，每個(gè)term代表一個(gè)主節(jié)點(diǎn)的任期，每次主節(jié)點(diǎn)變更term就會(huì)變化。第三個(gè)字段是index，這個(gè)序號是嚴(yán)格有序遞增的，代表變更序號。第四個(gè)字段是二進(jìn)制的data，將raft request對象的pb結(jié)構(gòu)整個(gè)保存下。Etcd 源碼下有個(gè)tools/etcd-dump-logs，可以將wal日志dump成文本查看，可以協(xié)助分析raft協(xié)議。
raft協(xié)議本身不關(guān)心應(yīng)用數(shù)據(jù)，也就是data中的部分，一致性都通過同步wal日志來實(shí)現(xiàn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)將從主節(jié)點(diǎn)收到的data apply到本地的存儲(chǔ)，raft只關(guān)心日志的同步狀態(tài)，如果本地存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)的有bug，比如沒有正確的將data apply到本地，也可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致。
四、Etcd v2 與 v3
Etcd v2 和 v3 本質(zhì)上是共享同一套 raft 協(xié)議代碼的兩個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用，接口不一樣，存儲(chǔ)不一樣，數(shù)據(jù)互相隔離。也就是說如果從 Etcd v2 升級到 Etcd v3，原來v2 的數(shù)據(jù)還是只能用 v2 的接口訪問，v3 的接口創(chuàng)建的數(shù)據(jù)也只能訪問通過 v3 的接口訪問。所以我們按照 v2 和 v3 分別分析。
五、Etcd v2 Watch，以及過期機(jī)制
Etcd v2 是個(gè)純內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)，并未實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)寫入到磁盤，持久化機(jī)制很簡單，就是將store整合序列化成json寫入文件。數(shù)據(jù)在內(nèi)存中是一個(gè)簡單的樹結(jié)構(gòu)。比如以下數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到 Etcd 中的結(jié)構(gòu)就如圖所示。
- /nodes/1/name node1
- /nodes/1/ip 192.168.1.1
store中有一個(gè)全局的currentIndex，每次變更，index會(huì)加1.然后每個(gè)event都會(huì)關(guān)聯(lián)到currentIndex.
當(dāng)客戶端調(diào)用watch接口(參數(shù)中增加 wait參數(shù))時(shí)，如果請求參數(shù)中有waitIndex，并且waitIndex 小于 currentIndex，則從 EventHistroy 表中查詢index小于等于waitIndex，并且和watch key 匹配的 event，如果有數(shù)據(jù)，則直接返回。如果歷史表中沒有或者請求沒有帶 waitIndex，則放入WatchHub中，每個(gè)key會(huì)關(guān)聯(lián)一個(gè)watcher列表。 當(dāng)有變更操作時(shí)，變更生成的event會(huì)放入EventHistroy表中，同時(shí)通知和該key相關(guān)的watcher。
這里有幾個(gè)影響使用的細(xì)節(jié)問題：
- EventHistroy 是有長度限制的，最長1000。也就是說，如果你的客戶端停了許久，然后重新watch的時(shí)候，可能和該waitIndex相關(guān)的event已經(jīng)被淘汰了，這種情況下會(huì)丟失變更。
- 如果通知watch的時(shí)候，出現(xiàn)了阻塞(每個(gè)watch的channel有100個(gè)緩沖空間)，Etcd 會(huì)直接把watcher刪除，也就是會(huì)導(dǎo)致wait請求的連接中斷，客戶端需要重新連接。
- Etcd store的每個(gè)node中都保存了過期時(shí)間，通過定時(shí)機(jī)制進(jìn)行清理。
從而可以看出，Etcd v2 的一些限制：
- 過期時(shí)間只能設(shè)置到每個(gè)key上，如果多個(gè)key要保證生命周期一致則比較困難。
- watch只能watch某一個(gè)key以及其子節(jié)點(diǎn)(通過參數(shù) recursive),不能進(jìn)行多個(gè)watch。
- 很難通過watch機(jī)制來實(shí)現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)同步(有丟失變更的風(fēng)險(xiǎn))，所以當(dāng)前的大多數(shù)使用方式是通過watch得知變更，然后通過get重新獲取數(shù)據(jù)，并不完全依賴于watch的變更event。
六、Etcd v3 存儲(chǔ)，Watch，以及過期機(jī)制
Etcd v3 將watch和store拆開實(shí)現(xiàn)，我們先分析下store的實(shí)現(xiàn)。
Etcd v3 store 分為兩部分，一部分是內(nèi)存中的索引，kvindex，是基于google開源的一個(gè)golang的btree實(shí)現(xiàn)的，另外一部分是后端存儲(chǔ)。按照它的設(shè)計(jì)，backend可以對接多種存儲(chǔ)，當(dāng)前使用的boltdb。boltdb是一個(gè)單機(jī)的支持事務(wù)的kv存儲(chǔ)，Etcd 的事務(wù)是基于boltdb的事務(wù)實(shí)現(xiàn)的。Etcd 在boltdb中存儲(chǔ)的key是reversion，value是 Etcd 自己的key-value組合，也就是說 Etcd 會(huì)在boltdb中把每個(gè)版本都保存下，從而實(shí)現(xiàn)了多版本機(jī)制。
舉個(gè)例子： 用etcdctl通過批量接口寫入兩條記錄：
- etcdctl txn <<<'
- put key1 "v1"
- put key2 "v2"
- '
再通過批量接口更新這兩條記錄：
- etcdctl txn <<<'
- put key1 "v12"
- put key2 "v22"
- '
boltdb中其實(shí)有了4條數(shù)據(jù)：
- rev={3 0}, key=key1, value="v1"
- rev={3 1}, key=key2, value="v2"
- rev={4 0}, key=key1, value="v12"
- rev={4 1}, key=key2, value="v22"
reversion主要由兩部分組成，***部分main rev，每次事務(wù)進(jìn)行加一，第二部分sub rev，同一個(gè)事務(wù)中的每次操作加一。如上示例，***次操作的main rev是3，第二次是4。當(dāng)然這種機(jī)制大家想到的***個(gè)問題就是空間問題，所以 Etcd 提供了命令和設(shè)置選項(xiàng)來控制compact，同時(shí)支持put操作的參數(shù)來精確控制某個(gè)key的歷史版本數(shù)。
了解了 Etcd 的磁盤存儲(chǔ)，可以看出如果要從boltdb中查詢數(shù)據(jù)，必須通過reversion，但客戶端都是通過key來查詢value，所以 Etcd 的內(nèi)存kvindex保存的就是key和reversion之前的映射關(guān)系，用來加速查詢。
然后我們再分析下watch機(jī)制的實(shí)現(xiàn)。Etcd v3 的watch機(jī)制支持watch某個(gè)固定的key，也支持watch一個(gè)范圍(可以用于模擬目錄的結(jié)構(gòu)的watch)，所以 watchGroup 包含兩種watcher，一種是 key watchers，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是每個(gè)key對應(yīng)一組watcher，另外一種是 range watchers, 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個(gè) IntervalTree(不熟悉的參看文文末鏈接)，方便通過區(qū)間查找到對應(yīng)的watcher。
同時(shí)，每個(gè) WatchableStore 包含兩種 watcherGroup，一種是synced，一種是unsynced，前者表示該group的watcher數(shù)據(jù)都已經(jīng)同步完畢，在等待新的變更，后者表示該group的watcher數(shù)據(jù)同步落后于當(dāng)前***變更，還在追趕。
當(dāng) Etcd 收到客戶端的watch請求，如果請求攜帶了revision參數(shù)，則比較請求的revision和store當(dāng)前的revision，如果大于當(dāng)前revision，則放入synced組中，否則放入unsynced組。同時(shí) Etcd 會(huì)啟動(dòng)一個(gè)后臺(tái)的goroutine持續(xù)同步unsynced的watcher，然后將其遷移到synced組。也就是這種機(jī)制下，Etcd v3 支持從任意版本開始watch，沒有v2的1000條歷史event表限制的問題(當(dāng)然這是指沒有compact的情況下)。
另外我們前面提到的，Etcd v2在通知客戶端時(shí)，如果網(wǎng)絡(luò)不好或者客戶端讀取比較慢，發(fā)生了阻塞，則會(huì)直接關(guān)閉當(dāng)前連接，客戶端需要重新發(fā)起請求。Etcd v3為了解決這個(gè)問題，專門維護(hù)了一個(gè)推送時(shí)阻塞的watcher隊(duì)列，在另外的goroutine里進(jìn)行重試。
Etcd v3 對過期機(jī)制也做了改進(jìn)，過期時(shí)間設(shè)置在lease上，然后key和lease關(guān)聯(lián)。這樣可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)key關(guān)聯(lián)同一個(gè)lease id，方便設(shè)置統(tǒng)一的過期時(shí)間，以及實(shí)現(xiàn)批量續(xù)約。
相比Etcd v2, Etcd v3的一些主要變化：
- 接口通過grpc提供rpc接口，放棄了v2的http接口。優(yōu)勢是長連接效率提升明顯，缺點(diǎn)是使用不如以前方便，尤其對不方便維護(hù)長連接的場景。
- 廢棄了原來的目錄結(jié)構(gòu)，變成了純粹的kv，用戶可以通過前綴匹配模式模擬目錄。
- 內(nèi)存中不再保存value，同樣的內(nèi)存可以支持存儲(chǔ)更多的key。
- watch機(jī)制更穩(wěn)定，基本上可以通過watch機(jī)制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的完全同步。
- 提供了批量操作以及事務(wù)機(jī)制，用戶可以通過批量事務(wù)請求來實(shí)現(xiàn)Etcd v2的CAS機(jī)制(批量事務(wù)支持if條件判斷)。
七、Etcd，Zookeeper，Consul 比較
這三個(gè)產(chǎn)品是經(jīng)常被人拿來做選型比較的。 Etcd 和 Zookeeper 提供的能力非常相似，都是通用的一致性元信息存儲(chǔ)，都提供watch機(jī)制用于變更通知和分發(fā)，也都被分布式系統(tǒng)用來作為共享信息存儲(chǔ)，在軟件生態(tài)中所處的位置也幾乎是一樣的，可以互相替代的。二者除了實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，語言，一致性協(xié)議上的區(qū)別，***的區(qū)別在周邊生態(tài)圈。Zookeeper 是apache下的，用java寫的，提供rpc接口，最早從hadoop項(xiàng)目中孵化出來，在分布式系統(tǒng)中得到廣泛使用(hadoop, solr, kafka, mesos 等)。Etcd 是coreos公司旗下的開源產(chǎn)品，比較新，以其簡單好用的rest接口以及活躍的社區(qū)俘獲了一批用戶，在新的一些集群中得到使用(比如kubernetes)。雖然v3為了性能也改成二進(jìn)制rpc接口了，但其易用性上比 Zookeeper 還是好一些。 而 Consul 的目標(biāo)則更為具體一些，Etcd 和 Zookeeper 提供的是分布式一致性存儲(chǔ)能力，具體的業(yè)務(wù)場景需要用戶自己實(shí)現(xiàn)，比如服務(wù)發(fā)現(xiàn)，比如配置變更。而Consul 則以服務(wù)發(fā)現(xiàn)和配置變更為主要目標(biāo)，同時(shí)附帶了kv存儲(chǔ)。 在軟件生態(tài)中，越抽象的組件適用范圍越廣，但同時(shí)對具體業(yè)務(wù)場景需求的滿足上肯定有不足之處。
八、Etcd 的周邊工具
1. Confd
在分布式系統(tǒng)中，理想情況下是應(yīng)用程序直接和 Etcd 這樣的服務(wù)發(fā)現(xiàn)/配置中心交互，通過監(jiān)聽 Etcd 進(jìn)行服務(wù)發(fā)現(xiàn)以及配置變更。但我們還有許多歷史遺留的程序，服務(wù)發(fā)現(xiàn)以及配置大多都是通過變更配置文件進(jìn)行的。Etcd 自己的定位是通用的kv存儲(chǔ)，所以并沒有像 Consul 那樣提供實(shí)現(xiàn)配置變更的機(jī)制和工具，而 Confd 就是用來實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的工具。
Confd 通過watch機(jī)制監(jiān)聽 Etcd 的變更，然后將數(shù)據(jù)同步到自己的一個(gè)本地存儲(chǔ)。用戶可以通過配置定義自己關(guān)注那些key的變更，同時(shí)提供一個(gè)配置文件模板。Confd 一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)變更就使用***數(shù)據(jù)渲染模板生成配置文件，如果新舊配置文件有變化，則進(jìn)行替換，同時(shí)觸發(fā)用戶提供的reload腳本，讓應(yīng)用程序重新加載配置。
Confd 相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)了部分 Consul 的agent以及consul-template的功能，作者是kubernetes的Kelsey Hightower，但大神貌似很忙，沒太多時(shí)間關(guān)注這個(gè)項(xiàng)目了，很久沒有發(fā)布版本，我們著急用，所以fork了一份自己更新維護(hù)，主要增加了一些新的模板函數(shù)以及對metad后端的支持。
2. Metad
服務(wù)注冊的實(shí)現(xiàn)模式一般分為兩種，一種是調(diào)度系統(tǒng)代為注冊，一種是應(yīng)用程序自己注冊。調(diào)度系統(tǒng)代為注冊的情況下，應(yīng)用程序啟動(dòng)后需要有一種機(jī)制讓應(yīng)用程序知道『我是誰』，然后發(fā)現(xiàn)自己所在的集群以及自己的配置。Metad 提供這樣一種機(jī)制，客戶端請求 Metad 的一個(gè)固定的接口 /self，由 Metad 告知應(yīng)用程序其所屬的元信息，簡化了客戶端的服務(wù)發(fā)現(xiàn)和配置變更邏輯。
Metad 通過保存一個(gè)ip到元信息路徑的映射關(guān)系來做到這一點(diǎn)，當(dāng)前后端支持Etcd v3，提供簡單好用的 http rest 接口。 它會(huì)把 Etcd 的數(shù)據(jù)通過watch機(jī)制同步到本地內(nèi)存中，相當(dāng)于 Etcd 的一個(gè)代理。所以也可以把它當(dāng)做Etcd 的代理來使用，適用于不方便使用 Etcd v3的rpc接口或者想降低 Etcd 壓力的場景。
3. Etcd 集群一鍵搭建腳本
Etcd 官方那個(gè)一鍵搭建腳本有bug，我自己整理了一個(gè)腳本，通過docker的network功能，一鍵搭建一個(gè)本地的 Etcd 集群便于測試和試驗(yàn)。一鍵搭建腳本
九、Etcd 使用注意事項(xiàng)
1. Etcd cluster 初始化的問題
如果集群***次初始化啟動(dòng)的時(shí)候，有一臺(tái)節(jié)點(diǎn)未啟動(dòng)，通過v3的接口訪問的時(shí)候，會(huì)報(bào)告Error: Etcdserver: not capable 錯(cuò)誤。這是為兼容性考慮，集群啟動(dòng)時(shí)默認(rèn)的API版本是2.3，只有當(dāng)集群中的所有節(jié)點(diǎn)都加入了，確認(rèn)所有節(jié)點(diǎn)都支持v3接口時(shí)，才提升集群版本到v3。這個(gè)只有***次初始化集群的時(shí)候會(huì)遇到，如果集群已經(jīng)初始化完畢，再掛掉節(jié)點(diǎn)，或者集群關(guān)閉重啟(關(guān)閉重啟的時(shí)候會(huì)從持久化數(shù)據(jù)中加載集群API版本)，都不會(huì)有影響。
2. Etcd 讀請求的機(jī)制
v2 quorum=true 的時(shí)候，讀取是通過raft進(jìn)行的，通過cli請求，該參數(shù)默認(rèn)為true。 v3 –consistency=“l(fā)” 的時(shí)候(默認(rèn))通過raft讀取，否則讀取本地?cái)?shù)據(jù)。sdk 代碼里則是通過是否打開：WithSerializable option 來控制。
一致性讀取的情況下，每次讀取也需要走一次raft協(xié)議，能保證一致性，但性能有損失，如果出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分區(qū)，集群的少數(shù)節(jié)點(diǎn)是不能提供一致性讀取的。但如果不設(shè)置該參數(shù)，則是直接從本地的store里讀取，這樣就損失了一致性。使用的時(shí)候需要注意根據(jù)應(yīng)用場景設(shè)置這個(gè)參數(shù)，在一致性和可用性之間進(jìn)行取舍。
3. Etcd 的compact機(jī)制
Etcd 默認(rèn)不會(huì)自動(dòng)compact，需要設(shè)置啟動(dòng)參數(shù)，或者通過命令進(jìn)行compcat，如果變更頻繁建議設(shè)置，否則會(huì)導(dǎo)致空間和內(nèi)存的浪費(fèi)。
十、腦洞時(shí)間
自動(dòng)上次 Elasticsearch 的文章之后，給自己安排了一個(gè)作業(yè)，每次分析源碼后需要提出幾個(gè)發(fā)散思維的想法，開個(gè)腦洞。
1. 并發(fā)代碼調(diào)用分析追蹤工具
當(dāng)前IDE的代碼調(diào)用分析追蹤都是通過靜態(tài)的代碼分析來追蹤方法調(diào)用鏈實(shí)現(xiàn)的，對閱讀分析代碼非常有用。但程序如果充分使用CSP或者Actor模型后，都通過消息進(jìn)行調(diào)用，沒有了明確的方法調(diào)用鏈，給閱讀和理解代碼帶來了困難。如果語言或者IDE能支持這樣的消息投遞追蹤分析，那應(yīng)該非常有用。當(dāng)然我這個(gè)只是腦洞，不考慮實(shí)現(xiàn)的可能性和復(fù)雜度。
2. 實(shí)現(xiàn)一個(gè)通用的 multiple group raft庫
當(dāng)前 Etcd 的raft實(shí)現(xiàn)保證了多個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)之間的同步，但明顯的一個(gè)問題就是擴(kuò)充節(jié)點(diǎn)不能解決容量問題。要想解決容量問題，只能進(jìn)行分片，但分片后如何使用raft同步數(shù)據(jù)?只能實(shí)現(xiàn)一個(gè) multiple group raft，每個(gè)分片的多個(gè)副本組成一個(gè)虛擬的raft group，通過raft實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。當(dāng)前實(shí)現(xiàn)了multiple group raft的有 TiKV 和 Cockroachdb，但尚未一個(gè)獨(dú)立通用的。理論上來說，如果有了這套 multiple group raft，后面掛個(gè)持久化的kv就是一個(gè)分布式kv存儲(chǔ)，掛個(gè)內(nèi)存kv就是分布式緩存，掛個(gè)lucene就是分布式搜索引擎。當(dāng)然這只是理論上，要真實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度還是不小。
十一、Etcd 的開源產(chǎn)品啟示
Etcd在Zookeeper已經(jīng)奠定江湖地位的情況下，硬是重新造了一個(gè)輪子，并且在生態(tài)圈中取得了一席之地。一方面可以看出是社區(qū)的形態(tài)在變化，溝通機(jī)制和對用戶反饋的響應(yīng)越來越重要，另外一方面也可以看出一個(gè)項(xiàng)目的易用的重要性有時(shí)候甚至高于穩(wěn)定性和功能。新的算法，新的語言都會(huì)給重新制造輪子帶來了機(jī)會(huì)。
十二、gitchat交流群的問答
1. 問：業(yè)務(wù)使用的etcd v2 升級到 v3 會(huì)有什么問題呢，如何平滑過渡??
答：v2的大多數(shù)功能，用v3都能實(shí)現(xiàn)，比如用prefix模擬原來的目錄結(jié)構(gòu)，用txn模擬CAS，一般不會(huì)有什么問題。但因?yàn)関2和v3的數(shù)據(jù)是互相隔離的，所以遷移起來略麻煩。建議先在業(yè)務(wù)中封裝一層，將etcd v2,v3的差異封裝起來，然后通過開關(guān)切換。
2. 問：metad的watch是怎么實(shí)現(xiàn)的?
答：metad的watch實(shí)現(xiàn)的比較簡單，因?yàn)閙etad的watch返回的不是變更事件，而是***的結(jié)果。所以metad只維護(hù)了一個(gè)全局版本號，只要發(fā)現(xiàn)客戶端watch的版本小于等于全局版本號，就直接返回***結(jié)果。
3. 問：etcd和zk都是作為分布式配置管理的組件。均提供了watch功能，選主。作為初使用者，這兩個(gè)之間的選取該如何?
etcd和zk二者大多數(shù)情況下可以互相替代，都是通用的分布式一致性kv存儲(chǔ)。二者之間選擇建議選擇自己的開發(fā)棧比較接近并且團(tuán)隊(duì)成員比較熟悉的，比如一種是按語言選擇，go語言的項(xiàng)目用etcd，java的用zk，出問題要看源碼也容易些。如果是新項(xiàng)目，糾結(jié)于二者，那可以分裝一層lib，類似于docker/libkv，同時(shí)支持兩種，有需要可以切換。
4. 問：etcd和eureka、consul 的異同，以及各自的適用場景，以及選型原則。這個(gè)問題其實(shí)可以把zk也包括進(jìn)來，這些都有相同之處。
答：etcd和zk的選型前面講到了，二者的定位都是通用的一致性kv存儲(chǔ)，而eureka和consul的定位則是專做服務(wù)注冊和發(fā)現(xiàn)。前二者的優(yōu)勢當(dāng)然是通用性，應(yīng)用廣泛，部署運(yùn)維的時(shí)候容易和已有的服務(wù)一起共用，而同時(shí)缺點(diǎn)也是太通用了，每個(gè)應(yīng)用的服務(wù)注冊都有自己的一套元數(shù)據(jù)格式，互相整合起來就比較麻煩了，比如想做個(gè)通用的api gateway就會(huì)遇到元數(shù)據(jù)格式兼容問題。這也成為后二者的優(yōu)勢。同時(shí)因?yàn)楹蠖叩哪繕?biāo)比較具體，所以可以做一些更高級的功能，比如consul的DNS支持，consul-template工具，eureka的事件訂閱過濾機(jī)制。Eureka本身的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)AP系統(tǒng)，也就是說犧牲了一致性，它認(rèn)為在服務(wù)發(fā)現(xiàn)和配置中心這個(gè)場景下，可用性和分區(qū)容錯(cuò)比一致性更重要。 我個(gè)人其實(shí)更期待后二者的這種專門的解決方案，要是能形成服務(wù)注冊標(biāo)準(zhǔn)，那以后應(yīng)用之間互相交互就容易了。但也有個(gè)可能是這種標(biāo)準(zhǔn)由集群調(diào)度系統(tǒng)來形成事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。
后二者我了解的也不深入，感覺可以另起一篇文章了。
5. 問：接上面，etcd和zk各自都有哪些坑可能會(huì)被踩到，都有多坑。掉進(jìn)去了如何爬起來?
答：這個(gè)坑的概念比較太廣泛了，更詳細(xì)的可以翻bug列表。但使用中的大多數(shù)坑一般有幾種：
誤用導(dǎo)致的坑。要先認(rèn)識(shí)清楚etcd，zk的定位，它需要保存的是整個(gè)集群共享的信息，不能當(dāng)存儲(chǔ)用。比如有人在某個(gè)zk的某個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)下創(chuàng)建了大量的子節(jié)點(diǎn)，然后獲取，導(dǎo)致zk報(bào)錯(cuò)，zk的buffer有個(gè)4mb的限制，超過就會(huì)報(bào)錯(cuò)。
運(yùn)維方面的坑。etcd，zk這種服務(wù)，一般都比較穩(wěn)定，搭建好后都不用管，但萬一某些節(jié)點(diǎn)出問題了，要增加節(jié)點(diǎn)恢復(fù)系統(tǒng)的時(shí)候，可能沒有預(yù)案或者操作經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致弄壞集群。
網(wǎng)絡(luò)分區(qū)以及可用性設(shè)計(jì)的坑。設(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)候，要想清楚如果etcd或zk整個(gè)掛了，或者出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分區(qū)，應(yīng)用的一部分節(jié)點(diǎn)只能連接到少數(shù)派的etcd/zk(少數(shù)派不可用)的時(shí)候，應(yīng)用會(huì)有什么表現(xiàn)。這種情況下，應(yīng)用的正確表現(xiàn)應(yīng)該是服務(wù)正常運(yùn)作，但不支持變更，等etcd/zk集群恢復(fù)后就自動(dòng)恢復(fù)了。但如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，有自動(dòng)化的一些行為，可能帶來的故障就大了。
想要少踩坑，一個(gè)辦法就是我文中提到的，研究原理知其然同時(shí)知其所以然，另外一個(gè)問題就是多試驗(yàn)，出了問題有預(yù)案。
6. 問：一個(gè)實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的硬件集群項(xiàng)目的幾個(gè)問題
我們實(shí)現(xiàn)了基于Arm的分布式互聯(lián)的硬件集群(方法參考的是https://edcashin.wordpress.com/2013/12/29/trying-etcd-on-android-mac-and-raspberry-pi/comment-page-1/ 將etcd跑在Arm開發(fā)板上)，將Etcd當(dāng)作一個(gè)分布式的數(shù)據(jù)庫使用(但是Etcd本身運(yùn)行在這些硬件之上)，然后參考go-rpiohttps://github.com/stianeikeland/go-rpio 實(shí)現(xiàn)基于etcd的key-value同步硬件的信息，控制某些GPIO。
問題1：目前已知Etcd可以為別的服務(wù)提供服務(wù)發(fā)現(xiàn)，在這個(gè)場景下假設(shè)已經(jīng)存在5個(gè)運(yùn)行Etcd節(jié)點(diǎn)的硬件，當(dāng)一個(gè)新的Etcd硬件節(jié)點(diǎn)被安裝時(shí)，Etcd能否為自己提供服務(wù)發(fā)現(xiàn)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)Etcd節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)與加入?
問題2：隨著硬件安裝規(guī)模的增加，Etcd的極限是多少，raft是否會(huì)因?yàn)楣?jié)點(diǎn)的變多，心跳包的往返而導(dǎo)致同步一次的等待時(shí)間變長?
問題3：當(dāng)規(guī)模足夠大，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)分區(qū)時(shí)，是否分區(qū)較小的一批硬件之間的數(shù)據(jù)是無法完成同步的?
答：這個(gè)案例挺有意思，我一個(gè)一個(gè)回答。
etcd本來是做服務(wù)發(fā)現(xiàn)的，如果etcd集群也需要服務(wù)發(fā)現(xiàn)，那就再來一個(gè)etcd集群 ：)。你可以自己搭建一個(gè)etcd cluster或者用etcd官方提供的 discovery.etcd.io。詳細(xì)參看：etcd 官方的 op-guide/clustering
etcd的機(jī)制是多節(jié)點(diǎn)一致的，所以它的極限有兩部分，一是單機(jī)的容量限制，內(nèi)存和磁盤。二是網(wǎng)絡(luò)開銷，每次raft操作需要所有節(jié)點(diǎn)參與，節(jié)點(diǎn)越多性能越低。所以擴(kuò)展很多etcd節(jié)點(diǎn)是沒有意義的，一般是 3，5，7，9。再多感覺就沒意義了。如果你們不太在意一致性，建議讀請求可以不通過一致性協(xié)議，直接讀取節(jié)點(diǎn)本地?cái)?shù)據(jù)。具體方式文中有說明。
etcd網(wǎng)絡(luò)分區(qū)時(shí)，少數(shù)派是不可用狀態(tài)，不支持raft請求，但支持非一致性讀請求。
7. 問：如果跨機(jī)房部署服務(wù)，是部署兩套ETCD嗎?如果跨機(jī)房部署，如何部署及配置?
答：這個(gè)要看跨機(jī)房的場景。如果是完全無關(guān)聯(lián)需要公網(wǎng)連接的兩個(gè)機(jī)房，服務(wù)之間一般也不需要共享數(shù)據(jù)吧?部署兩套互不相干的etcd，各用各的比較合適。但如果是類似于aws的可用區(qū)的概念，兩個(gè)機(jī)房內(nèi)網(wǎng)互通，搭建兩套集群為了避免機(jī)房故障，可以隨時(shí)切換。這個(gè)etcd當(dāng)前沒有太好的解決辦法，建議的辦法是跨可用區(qū)部署一個(gè)etcd cluster，調(diào)整心跳以及選舉超時(shí)時(shí)間，這個(gè)辦法如果有3個(gè)可用區(qū)機(jī)房，每個(gè)機(jī)房3個(gè)節(jié)點(diǎn)，掛任何一個(gè)機(jī)房都不影響整個(gè)集群，但兩個(gè)機(jī)房就比較尷尬。還有個(gè)辦法是兩個(gè)集群之間同步，這個(gè)etcdv3提供了一個(gè)mirror的工具，但還是不太完善，不過感覺用etcd的watch機(jī)制做一個(gè)同步工具也不難。這個(gè)機(jī)制consul倒是提供了，多數(shù)據(jù)中心的集群數(shù)據(jù)同步，互相不影響可用性。
【本文是專欄作者“王淵命”的原創(chuàng)文章，轉(zhuǎn)載請聯(lián)系作者本人獲取授權(quán)】
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新聞標(biāo)題：Etcd 架構(gòu)與實(shí)現(xiàn)解析
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