etcd之入门（一）_etcd数据库

一、简介

etcd 是 CoreOS 团队于 2013 年 6 月发起的开源项目，它的目标是构建一个高可用的分布式键值(key-value)数据库，可用于服务发现、共享配置以及一致性保障（如数据库选主、分布式锁等）。
etcd 可集中管理配置信息。服务端将配置信息存储于 etcd，客户端通过 etcd 得到服务配置信息，etcd 监听配置信息的改变，发现改变通知客户端。

etcd 满足 CAP 理论中的 CP（一致性和分区容错性） 指标，解决了分布式系统中一致性存储的问题。

二、特点：

简单：安装配置简单，基于HTTP+JSON的API让你用curl就可以轻松使用。

安全：可选SSL客户认证机制。

快速：etcd 单实例可以支持 2K/s 读操作，每个实例1000次写入/秒

可信：使用Raft算法，实现分布式系统数据的可用性和一致性

键值对存储：将数据存储在分层组织的目录中，如同在标准文件系统中

监测变更：监测特定的键或目录以进行更改，并对值的更改做出反应

三、使用场景

etcd 比较多的应用场景是用于服务注册与发现，除此之外，也可以用于键值对存储，应用程序可以读取和写入 etcd 中的数据。

一个简单的用例是将数据库连接详细信息或功能标志存储在 etcd 中作为键值对。 可以观察这些值，使我们的应用在更改时可以重新配置自己。高级用法是利用 etcd 的一致性保证来实施数据库 leader 选举或在一组 follower 之间执行分布式锁定。

四、etcd存储

etcd 是一个键值存储的组件，其他的应用都是基于其键值存储的功能展开。etcd 的存储有如下特点：

采用kv型数据存储，一般情况下比关系型数据库快。

支持动态存储(内存)以及静态存储(磁盘)。

分布式存储，可集成为多节点集群。

存储方式，采用类似目录结构。

只有叶子节点才能真正存储数据，相当于文件。

叶子节点的父节点一定是目录，目录不能存储数据。

五、服务注册与发现

服务注册与发现(Service Discovery)要解决的是分布式系统中最常见的问题之一，即在同一个分布式集群中的进程或服务如何才能找到对方并建立连接。从本质上说，服务发现就是要了解集群中是否有进程在监听 UDP 或者 TCP 端口，并且通过名字就可以进行查找和链接。

要解决服务发现的问题，需要下面三大支柱，缺一不可。

强一致性、高可用的服务存储目录。

基于 Raft 算法的 etcd 天生就是这样一个强一致性、高可用的服务存储目录。

一种注册服务和服务健康状况的机制。

用户可以在 etcd 中注册服务，并且对注册的服务配置 key TTL，定时保持服务的心跳以达到监控健康状态的效果。

一种查找和连接服务的机制。

通过在 etcd 指定的主题下注册的服务业能在对应的主题下查找到。为了确保连接，我们可以在每个服务机器上都部署一个 Proxy 模式的 etcd，这样就可以确保访问 etcd 集群的服务都能够互相连接。

六、消息发布与订阅

在分布式系统中，最适用的一种组件间通信方式就是消息发布与订阅。即构建一个配置共享中心，数据提供者在这个配置中心发布消息，而消息使用者则订阅他们关心的主题，一旦主题有消息发布，就会实时通知订阅者。通过这种方式可以做到分布式系统配置的集中式管理与动态更新。

应用中用到的一些配置信息放到etcd上进行集中管理。这类场景的使用方式通常是这样：应用在启动的时候主动从etcd获取一次配置信息，同时，在etcd节点上注册一个Watcher并等待，以后每次配置有更新的时候，etcd都会实时通知订阅者，以此达到获取最新配置信息的目的。

分布式搜索服务中，索引的元信息和服务器集群机器的节点状态存放在etcd中，供各个客户端订阅使用。使用etcd的key TTL功能可以确保机器状态是实时更新的。

分布式日志收集系统。这个系统的核心工作是收集分布在不同机器的日志。收集器通常是按照应用（或主题）来分配收集任务单元，因此可以在etcd上创建一个以应用（主题）命名的目录P，并将这个应用（主题相关）的所有机器ip，以子目录的形式存储到目录P上，然后设置一个 etcd 递归的Watcher，递归式的监控应用（主题）目录下所有信息的变动。这样就实现了机器IP（消息）变动的时候，能够实时通知到收集器调整任务分配。

七、分布式锁

当在分布式系统中，数据只有一份（或有限制），此时需要利用锁的技术控制某一时刻修改数据的进程数。与单机模式下的锁不仅需要保证进程可见，分布式环境下还需要考虑进程与锁之间的网络问题。

分布式锁可以将标记存在内存，只是该内存不是某个进程分配的内存而是公共内存如 Redis、Memcache。至于利用数据库、文件等做锁与单机的实现是一样的，只要保证标记能互斥就行。

因为etcd使用Raft算法保持了数据的强一致性，某次操作存储到集群中的值必然是全局一致的，所以很容易实现分布式锁。锁服务有两种使用方式，一是保持独占，二是控制时序。

保持独占即所有获取锁的用户最终只有一个可以得到。etcd为此提供了一套实现分布式锁原子操作CAS（CompareAndSwap）的API。通过设置prevExist值，可以保证在多个节点同时去创建某个目录时，只有一个成功。而创建成功的用户就可以认为是获得了锁。

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