etcd基础

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etcd基础

一、常用API

键值存储相关

$ etcdctl version
etcdctl version: 3.4.34
API version: 3.4

etcdctl put mykey initialvalue

# 设置并返回上一个版本的值
etcdctl put mykey newvalue --prev-kv

etcdctl get key --rev=<revision_number>

client.Put(ctx, "key", "value")
resp, err := client.Get(ctx, "key")
cancel()
if err!= nil {
    // 处理错误
}
for _, kv := range resp.Kvs {
    fmt.Printf("Key: %s, Value: %s\n", kv.Key, kv.Value)
}

client.Delete(ctx, "key")

Watch机制

# 监听单个键的变化
etcdctl watch key

# 监听一个键范围的变化
etcdctl watch --prefix key-prefix

# 指定起始版本开始监听
etcdctl watch --from-key key --revision 5

# 监听并输出详细信息
etcdctl watch --prefix key-prefix --output=json

watchCh := client.Watch(ctx, "key")
for watchResp := range watchCh {
    for _, event := range watchResp.Events {
        fmt.Printf("Type: %s, Key: %s, Value: %s\n", event.Type, event.Kv.Key, event.Kv.Value)
    }
}

Lease（租约）

# 创建租约
etcdctl lease grant 60
lease 7528568867886775889 granted with TTL(60s)

# 将键值对与租约关联
etcdctl put --lease=7528568867886775889 key value

# 查看租约
etcdctl lease timetolive 7528568867886775889
lease 7528568867886775889 granted with TTL(60s), remaining(52s)

# 续租租约
etcdctl lease keep-alive 7528568867886775889
lease 7528568867886775889 keepalived with TTL(60s)

# 撤销指定租约，与其关联的键值对将被删除
etcdctl lease revoke 7528568867886775889
lease 7528568867886775889 revoked

// 创建租约
resp, err := client.Grant(ctx, 10) // 创建一个 10 秒的租约
cancel()
if err!= nil {
    // 处理错误
}
leaseID := resp.ID

// 将键与租约关联
// 当租约过期时，对应的键值对也会被自动删除
_, err := client.Put(ctx, "key", "value", clientv3.WithLease(leaseID))
cancel()
if err!= nil {
    // 处理错误
}

事务（Transaction）

txn := client.Txn(ctx)
txn.If(clientv3.Compare(clientv3.Value("key"), "=", "oldValue")).
    Then(clientv3.OpPut("key", "newValue")).
    Else(clientv3.OpGet("key"))
resp, err := txn.Commit()
cancel()
if err!= nil {
    // 处理错误
}
if resp.Succeeded {
}

二、Etcd底层原理

高可用的分布式键值存储系统
使用 BoltDB 作为底层存储引擎（基于 B + 树的嵌入式键值存储）
使用 gRPC 作为其网络通信框架
支持 watcher 机制，允许客户端订阅特定的键或目录

三、Etcdctl模拟租约抢占

Docker install etcd

$ docker run --name etcd -d -p 2379:2379 -p 2380:2380 \
    -e ALLOW_NONE_AUTHENTICATION=yes \
    bitnami/etcd:3.4.34 etcd

$ etcdctl --endpoints=http://127.0.0.1:2379 put /key1 value1

# --endpoints=http://127.0.0.1:2379 是默认的不带也行
$ etcdctl get /key1

开始选主

# 窗口A
# 创建租约
$ etcdctl lease grant 60
lease 694d930bfe83dd0b granted with TTL(120s)

# 将键值对与租约关联
$ etcdctl put /leader A --lease=694d930bfe83dd0b
$ etcdctl get /leader

# 续租租约
$ etcdctl lease keep-alive 694d930bfe83dd0b
lease 694d930bd89d3a0b keepalived with TTL(120)

# 窗口B
# 查看这个key是否有值,如果有的话表示有租约关联
# 此时不会将自己作为Leader节点
$ etcdctl get /leader

# 如果窗口A不续租
# 窗口B监听Key会收到一个DELETE信号
# 注意：这里有可能两个进程几乎同时检测到/leader键为空
# 然后同时写入/leader为自己的进程id然后最终写入决定谁是主节点
$ etcdctl watch /leader
DELETE

# 此时窗口B创建租约
$ etcdctl lease grant 60
lease zzz granted with TTL(120s)

# 写入成功时候进阶为主节点
$ etcdctl put /leader B --lease=694d930bfe83dd0b

Q&A

k8s用到etcd的地方有哪些
- 当数据存储。 etcd存储了Kubernetes集群中所有节点\容器组（Pod）信息\服务（Service）信息\配置对象，如命名空间、存储卷（PersistentVolume 和 PersistentVolumeClaim）、配置映射（ConfigMap）、密钥（Secret）等
- 实现分布式协调和一致性。控制平面组件(api-server\controller-manager等)使用 etcd 的领导者选举机制确保只有一个实例处于活动状态并执行关键任务。领导者实例出现故障，立刻通过 etcd 进行领导者选举领导继续提供服务。
- 配置变更通知。Kubernetes 组件可以通过监听 etcd 比如Deployment的副本数量，及时调整Pod数量。
- 分布式锁。Kubernetes 组件会使用分布式锁来确保资源的互斥访问。
Etcd的分布式锁如何实现的
- 基于租约实现分布式锁
- 基于事务（Transaction）：开启事务判断key是否存在
- 基于版本号（Version）实现：版本号匹配时才写入成功，写入成功就意味着获得锁
- 基于前缀（Prefix）实现：所有客户端监听键值对判断锁是否呗释放
Etcd的领导者选举机制选举leader是怎么样的基于Raft一致性算法。

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一、常用API

二、Etcd底层原理

三、Etcdctl模拟租约抢占

Q&A

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