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PowerDotNet平臺化軟體架構設計與實作系列(05):ETCD分布式鍵值存盤平臺

2021-12-07 06:52:27 軟體設計

ETCD目前在PowerDotNet已經被用于注冊中心和配置管理(常見的配置中心在PowerDotNet中僅僅是一個小小的模塊而已)中,作為基礎設施的重要組成部分,ETCD的重要性不言而喻,

本文簡單總結介紹下個人開發使用和管理ETCD的一些經驗,

ETCD誕生于CoreOS公司,它最初是用于解決集群管理系統中OS升級的分布式并發控制以及組態檔的存盤與分發等問題,

按照官方解釋(A distributed, reliable key-value store for the most critical data of a distributed system),ETCD是一個分布式的可靠的鍵值對存盤系統,用于存盤分布式系統中的關鍵資料,

對于熟悉ZooKeeper的人來說,ETCD提供的功能和ZooKeeper非常相似,比如都是通用的一致性元資訊存盤,都提供watch機制用于變更通知和分發,也都被分布式系統用來作為共享資訊存盤等,

實際上,據說ETCD就是受到ZooKeeper與doozerd啟發而催生的一個專案,除了擁有與之類似的功能外,更專注于以下四點:

1、簡單:基于 HTTP+JSON的API讓你用curl就可以輕松使用

2、安全:可選 SSL 客戶認證機制

3、快速:每個實體每秒支持一千次寫操作

4、可信:使用 Raft 演算法充分實作了分布式

下面兩段介紹下ETCD基礎概念和作業原理,主要抄書,特別鳴謝這篇文章作者,對個人理解提高非常有幫助,

一、ETCD構成

ETCD主要分為四個部分:

1、HTTP Server: 用于處理用戶發送的API請求以及其它ETCD節點的同步與心跳資訊請求,

2、Store:用于處理ETCD支持的各類功能的事務,包括資料索引、節點狀態變更、監控與反饋、事件處理與執行等等,是ETCD對用戶提供的大多數API功能的具體實作,

3、Raft:Raft強一致性演算法的具體實作,是ETCD的核心,

4、WAL:Write Ahead Log(預寫式日志),是ETCD的資料存盤方式,除了在記憶體中存有所有資料的狀態以及節點的索引以外,ETCD就通過WAL進行持久化存盤,WAL中,所有的資料提交前都會事先記錄日志,Snapshot是為了防止資料過多而進行的狀態快照;Entry表示存盤的具體日志內容,

通常,一個用戶的請求發送過來,會經由HTTP Server轉發給Store進行具體的事務處理,如果涉及到節點的修改,則交給Raft模塊進行狀態的變更、日志的記錄,然后再同步給別的ETCD節點以確認資料提交,最后進行資料的提交,再次同步,

ETCD作為一個高可用鍵值存盤系統,天生就是為集群化而設計的,ETCD有三種集群化啟動的配置方案,分別為靜態配置啟動、ETCD自身服務發現、通過DNS進行服務發現,

從圖上我們能看到,一個 ETCD集群,通常會由 3 個或者 5 個節點組成(由于Raft演算法在做決策時需要多數節點的投票,所以ETCD一般部署集群推薦奇數個節點,推薦的數量為3、5或者7個節點構成一個集群),多個節點之間通過 Raft 一致性演算法的完成分布式一致性協同,演算法會選舉出一個主節點作為 leader,由 leader 負責資料的同步與資料的分發,當 leader 出現故障后系統會自動地選取另一個節點成為 leader,并重新完成資料的同步,客戶端在多個節點中,僅需要選擇其中的任意一個就可以完成資料的讀寫,內部的狀態及資料協同由 ETCD 自身完成,

這里再小結下ETCD的重要概念:

Raft:ETCD的核心,保證分布式系統強一致性的演算法,

Node:一個 Raft 狀態機實體,

Member: 一個 ETCD實體,它管理著一個 Node,并且可以為客戶端請求提供服務,

Cluster:由多個 Member 構成可以協同作業的 Etcd 集群,

Peer:對同一個 ETCD集群中另外一個 Member 的稱呼,

Client: 向 ETCD集群發送 HTTP 請求的客戶端,

WAL:預寫式日志,ETCD用于持久化存盤的日志格式,

Snapshot:ETCD防止 WAL 檔案過多而設定的快照,存盤 Etcd 資料狀態,

Leader:Raft 演算法中通過競選而產生的處理所有資料提交的節點,

Follower:競選失敗的節點作為 Raft 中的從屬節點,為演算法提供強一致性保證,

Candidate:當 Follower 超過一定時間接收不到 Leader 的心跳時轉變為 Candidate 開始競選,

Term:某個節點成為 Leader 到下一次競選期間,稱為一個 Term(任期),

Index:資料項編號,Raft 中通過 Term 和 Index 來定位資料,

二、ETCD常見使用場景

1、服務發現(Service Discovery)

2、訊息發布與訂閱

3、負載均衡

4、分布式通知與協調

5、分布式鎖

6、分布式佇列

7、集群監控與Leader競選

有這樣多的常見應用場景,ETCD不可謂不強大,現在在絕大多數互聯網應用中完全可以取代運維管理復雜的ZooKeeper,

三、ETCD管理

基礎概念介紹結束,終于盼到了激動人心的實踐環節^_^,

要復用ETCD功能,我們就要開發強大靈活的后臺動態配置管理ETCD,當然我們也完全可以用現成的工具如etcd-manager進行ETCD管理,

1、ETCD集群

2、ETCD服務器

針對集群中的每臺ETCD服務器,可以精準定位,進行統計、增刪改資料等操作,

比如統計:

查看鍵值對:

比如配置中心的配置

查看鍵值對明細

或者API介面應用部署資訊

再比如說一些常見工具

如集群:

用戶角色和權限

動態工具等:

管理后臺針對常見應用場景,有針對性的進行了開發改進和優化,為此還進行了ETCD客戶端(Power.Etcd)的開發:

這個客戶端專案有機會整理開源出來,主要是有部分PowerDotNet專案專用邏輯和依賴需要清理,

3、ETCD分組

對于大中型企業來說,ETCD的使用場景還是非常非常多的,必須進行統籌管理,否則遲早會有運維和管理難題,

PowerDotNet完美支持按照系統和應用進行ETCDRoute系結,做到按組管理,

先定義ETCDRoute,一個ETCDRoute等同于一個分布式鍵值對分組:

將ETCDRoute系結到具體應用,這樣業務系統只要呼叫封裝好的公共SDK(分布式鍵值對客戶端SDK命名為Power.Etcd)就能自動獲取分布式鍵值對能力,甚至不用寫任何配置,直接在配置中心,點點按鈕搞定一切,實在是太省心了,

有了ETCD分布式鍵值對管理平臺,能夠最大程度的復用ETCD,接入的應用更加容易管理和運維,排查和定位問題更加方便簡潔高效,

參考:

https://etcd.io/

https://github.com/etcd-io/etcd

https://www.infoq.cn/article/etcd-interpretation-application-scenario-implement-principle

https://www.cnblogs.com/alisystemsoftware/p/12016601.html

https://etcdmanager.io/

https://blog.csdn.net/shlazww/article/details/38736511

https://www.jianshu.com/p/5aed73b288f7

http://thesecretlivesofdata.com/raft


作者:Jeff Wong
出處:http://jeffwongishandsome.cnblogs.com/
本文著作權歸作者和博客園共有,歡迎圍觀轉載,轉載時請您務必在文章明顯位置給出原文鏈接,謝謝您的合作,

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