彻底搞懂 etcd 系列文章(三):etcd 集群运维部署

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发布于: 2020 年 06 月 06 日
彻底搞懂 etcd 系列文章(三):etcd 集群运维部署

0 专辑概述



etcd 是云原生架构中重要的基础组件,由 CNCF 孵化托管。etcd 在微服务和 Kubernates 集群中不仅可以作为服务注册与发现,还可以作为 key-value 存储的中间件。



《彻底搞懂 etcd 系列文章》将会从 etcd 的基本功能实践、API 接口、实现原理、源码分析,以及实现中的踩坑经验等几方面具体展开介绍 etcd。预计会有 20 篇左右的文章,笔者将会每周持续更新,欢迎关注。



1 etcd 集群部署



在生产环境中,为了整个集群的高可用,etcd 正常都会集群部署,避免单点故障。本节将会介绍如何进行 etcd 集群部署。引导 etcd 集群的启动有以下三种机制:



  • 静态

  • etcd 动态发现

  • DNS 发现

静态启动 etcd 集群要求每个成员都知道集群中的另一个成员。 在许多情况下,群集成员的 IP 可能会提前未知。在这些情况下,可以在发现服务的帮助下引导 etcd 群集。



下面我们将会分别介绍这几种方式。



2 静态方式启动 etcd 集群



单机安装



如果想要在一台机器上实践 etcd 集群的搭建,可以通过 goreman 工具。



goreman 是一个 Go 语言编写的多进程管理工具,是对 Ruby 下广泛使用的 foreman 的重写(foreman 原作者也实现了一个 Go 版本:forego,不过没有 goreman 好用)。



我们需要确认 Go 安装环境,然后直接执行:



go get github.com/mattn/goreman

编译后的文件放在 $GOPATH/bin 中,$GOPATH/bin目录已经添加到了系统 $PATH 中,所以我们可以方便执行命令 goreman 命令。下面就是编写 Procfile 脚本,我们启动三个 etcd,具体对应如下:



HostName | ip | 客户端交互端口 | peer 通信端口

:-: | :-: | :-: | :-:

infra1 | 127.0.0.1 | 12379 | 12380 |

infra2 | 127.0.0.1| 22379 | 22380 |

infra3 | 127.0.0.1| 32379 | 32380 |



Procfile 脚本如下:



etcd1: etcd --name infra1 --listen-client-urls http://127.0.0.1:12379 --advertise-client-urls http://127.0.0.1:12379 --listen-peer-urls http://127.0.0.1:12380 --initial-advertise-peer-urls http://127.0.0.1:12380 --initial-cluster-token etcd-cluster-1 --initial-cluster 'infra1=http://127.0.0.1:12380,infra2=http://127.0.0.1:22380,infra3=http://127.0.0.1:32380' --initial-cluster-state new --enable-pprof --logger=zap --log-outputs=stderretcd2: etcd --name infra2 --listen-client-urls http://127.0.0.1:22379 --advertise-client-urls http://127.0.0.1:22379 --listen-peer-urls http://127.0.0.1:22380 --initial-advertise-peer-urls http://127.0.0.1:22380 --initial-cluster-token etcd-cluster-1 --initial-cluster 'infra1=http://127.0.0.1:12380,infra2=http://127.0.0.1:22380,infra3=http://127.0.0.1:32380' --initial-cluster-state new --enable-pprof --logger=zap --log-outputs=stderretcd3: etcd --name infra3 --listen-client-urls http://127.0.0.1:32379 --advertise-client-urls http://127.0.0.1:32379 --listen-peer-urls http://127.0.0.1:32380 --initial-advertise-peer-urls http://127.0.0.1:32380 --initial-cluster-token etcd-cluster-1 --initial-cluster 'infra1=http://127.0.0.1:12380,infra2=http://127.0.0.1:22380,infra3=http://127.0.0.1:32380' --initial-cluster-state new --enable-pprof --logger=zap --log-outputs=stderr

配置项说明:



  • --name:etcd集群中的节点名,这里可以随意,可区分且不重复就行

  • --listen-peer-urls:监听的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。

  • --listen-client-urls:监听的用于客户端通信的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。

  • --initial-cluster-token: etcd-cluster-1,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:也就是集群中所有的 initial-advertise-peer-urls 的合集。

  • --initial-cluster-state:new,新建集群的标志

注意上面的脚本,etcd 命令执行时需要根据本地实际的安装地址进行配置。下面我们启动 etcd 集群。



goreman -f /opt/procfile start

使用如上的命令启动启动 etcd 集群,启动完成之后查看集群内的成员。



$ etcdctl --endpoints=http://localhost:22379  member list8211f1d0f64f3269, started, infra1, http://127.0.0.1:12380, http://127.0.0.1:12379, false91bc3c398fb3c146, started, infra2, http://127.0.0.1:22380, http://127.0.0.1:22379, falsefd422379fda50e48, started, infra3, http://127.0.0.1:32380, http://127.0.0.1:32379, false

我们在单机搭建的伪集群成功,需要注意的是在集群启动时,我们是通过静态的方式指定集群的成员,在实际环境中,集群成员的 ip 可能不会提前知道。这时候就需要采用动态发现的机制。



docker 启动集群



etcd 使用 gcr.io/etcd-development/etcd 作为容器的主要加速器, quay.io/coreos/etcd 作为辅助的加速器。可惜这两个加速器我们都没法访问,如果下载不了,可以使用笔者提供的地址:



docker pull bitnami/etcd:3.4.7

然后将拉取的镜像重新 tag:



docker image tag bitnami/etcd:3.4.7 quay.io/coreos/etcd:3.4.7

镜像设置好之后,我们启动 3 个节点的 etcd 集群,脚本命令如下:



REGISTRY=quay.io/coreos/etcd# For each machineETCD_VERSION=3.4.7TOKEN=my-etcd-tokenCLUSTER_STATE=newNAME_1=etcd-node-0NAME_2=etcd-node-1NAME_3=etcd-node-2HOST_1= 192.168.202.128HOST_2= 192.168.202.129HOST_3= 192.168.202.130CLUSTER=${NAME_1}=http://${HOST_1}:2380,${NAME_2}=http://${HOST_2}:2380,${NAME_3}=http://${HOST_3}:2380DATA_DIR=/var/lib/etcd# For node 1THIS_NAME=${NAME_1}THIS_IP=${HOST_1}docker run \  -p 2379:2379 \  -p 2380:2380 \  --volume=${DATA_DIR}:/etcd-data \  --name etcd ${REGISTRY}:${ETCD_VERSION} \  /usr/local/bin/etcd \  --data-dir=/etcd-data --name ${THIS_NAME} \  --initial-advertise-peer-urls http://${THIS_IP}:2380 --listen-peer-urls http://0.0.0.0:2380 \  --advertise-client-urls http://${THIS_IP}:2379 --listen-client-urls http://0.0.0.0:2379 \  --initial-cluster ${CLUSTER} \  --initial-cluster-state ${CLUSTER_STATE} --initial-cluster-token ${TOKEN}# For node 2THIS_NAME=${NAME_2}THIS_IP=${HOST_2}docker run \  -p 2379:2379 \  -p 2380:2380 \  --volume=${DATA_DIR}:/etcd-data \  --name etcd ${REGISTRY}:${ETCD_VERSION} \  /usr/local/bin/etcd \  --data-dir=/etcd-data --name ${THIS_NAME} \  --initial-advertise-peer-urls http://${THIS_IP}:2380 --listen-peer-urls http://0.0.0.0:2380 \  --advertise-client-urls http://${THIS_IP}:2379 --listen-client-urls http://0.0.0.0:2379 \  --initial-cluster ${CLUSTER} \  --initial-cluster-state ${CLUSTER_STATE} --initial-cluster-token ${TOKEN}# For node 3THIS_NAME=${NAME_3}THIS_IP=${HOST_3}docker run \  -p 2379:2379 \  -p 2380:2380 \  --volume=${DATA_DIR}:/etcd-data \  --name etcd ${REGISTRY}:${ETCD_VERSION} \  /usr/local/bin/etcd \  --data-dir=/etcd-data --name ${THIS_NAME} \  --initial-advertise-peer-urls http://${THIS_IP}:2380 --listen-peer-urls http://0.0.0.0:2380 \  --advertise-client-urls http://${THIS_IP}:2379 --listen-client-urls http://0.0.0.0:2379 \  --initial-cluster ${CLUSTER} \  --initial-cluster-state ${CLUSTER_STATE} --initial-cluster-token ${TOKEN}

注意,上面的脚本是部署在三台机器上面,每台机器执行对应的脚本即可。在运行时可以指定 API 版本:



docker exec etcd /bin/sh -c "export ETCDCTL_API=3 && /usr/local/bin/etcdctl put foo bar"

docker 的安装方式比较简单,读者根据需要可以定制一些配置。



3 动态发现启动 etcd 集群



如前面所述,在实际环境中,集群成员的 ip 可能不会提前知道。在这种情况下,需要使用自动发现来引导 etcd 集群,而不是指定静态配置,这个过程被称为发现。我们启动三个 etcd,具体对应如下:



HostName | ip | 客户端交互端口 | peer 通信端口

:-: | :-: | :-: | :-:

etcd1 | 192.168.202.128 | 2379 | 2380 |

etcd2 | 192.168.202.129| 2379 | 2380 |

etcd3 | 192.168.202.130| 2379 | 2380 |



协议的原理



Discovery service protocol 帮助新的 etcd 成员使用共享 URL 在集群引导阶段发现所有其他成员。



该协议使用新的发现令牌来引导一个唯一的 etcd 集群。一个发现令牌只能代表一个 etcd 集群。只要此令牌上的发现协议启动,即使它中途失败,也不能用于引导另一个 etcd 集群。



提示:Discovery service protocol 仅用于集群引导阶段,不能用于运行时重新配置或集群监视。



Discovery protocol 使用内部 etcd 集群来协调新集群的引导程序。首先,所有新成员都与发现服务交互,并帮助生成预期的成员列表。之后,每个新成员使用此列表引导其服务器,该列表执行与 --initial-cluster 标志相同的功能,即设置所有集群的成员信息。



获取 discovery 的 token



生成将标识新集群的唯一令牌。 在以下步骤中,它将用作发现键空间中的唯一前缀。 一种简单的方法是使用uuidgen:



UUID=$(uuidgen)

指定集群的大小



获取令牌时,必须指定群集大小。 发现服务使用该大小来了解何时发现了最初将组成集群的所有成员。



curl -X PUT http://10.0.10.10:2379/v2/keys/discovery/6c007a14875d53d9bf0ef5a6fc0257c817f0fb83/_config/size -d value=3

我们需要把该 url 地址 http://10.0.10.10:2379/v2/keys/discovery/6c007a14875d53d9bf0ef5a6fc0257c817f0fb83 作为 --discovery 参数来启动 etcd。



节点会自动使用 http://10.0.10.10:2379/v2/keys/discovery/6c007a14875d53d9bf0ef5a6fc0257c817f0fb83 目录进行 etcd 的注册和发现服务。



公共发现服务



当我们本地没有可用的 etcd 集群,etcd 官网提供了一个可以公网访问的 etcd 存储地址。我们可以通过如下命令得到 etcd 服务的目录,并把它作为 --discovery 参数使用。



公共发现服务 discovery.etcd.io 以相同的方式工作,但是有一层修饰,可以提取丑陋的 URL,自动生成 UUID,并提供针对过多请求的保护。公共发现服务在其上仍然使用 etcd 群集作为数据存储。



$ curl http://discovery.etcd.io/new?size=3http://discovery.etcd.io/3e86b59982e49066c5d813af1c2e2579cbf573de

以动态发现方式启动集群



etcd 发现模式下,启动 etcd 的命令如下:



# etcd1 启动$ /opt/etcd/bin/etcd  --name etcd1 --initial-advertise-peer-urls http://192.168.202.128:2380 \  --listen-peer-urls http://192.168.202.128:2380 \  --data-dir /opt/etcd/data \  --listen-client-urls http://192.168.202.128:2379,http://127.0.0.1:2379 \  --advertise-client-urls http://192.168.202.128:2379 \  --discovery https://discovery.etcd.io/3e86b59982e49066c5d813af1c2e2579cbf573de# etcd2 启动 /opt/etcd/bin/etcd  --name etcd2 --initial-advertise-peer-urls http://192.168.202.129:2380 \  --listen-peer-urls http://192.168.202.129:2380 \  --data-dir /opt/etcd/data \  --listen-client-urls http://192.168.202.129:2379,http://127.0.0.1:2379 \  --advertise-client-urls http://192.168.202.129:2379 \  --discovery https://discovery.etcd.io/3e86b59982e49066c5d813af1c2e2579cbf573de# etcd3 启动 /opt/etcd/bin/etcd  --name etcd3 --initial-advertise-peer-urls http://192.168.202.130:2380 \    --listen-peer-urls http://192.168.202.130:2380 \    --data-dir /opt/etcd/data \    --listen-client-urls http://192.168.202.130:2379,http://127.0.0.1:2379 \    --advertise-client-urls http://192.168.202.130:2379 \    --discovery https://discovery.etcd.io/3e86b59982e49066c5d813af1c2e2579cbf573de

需要注意的是,在我们完成了集群的初始化后,这些信息就失去了作用。当需要增加节点时,需要使用 etcdctl 进行操作。为了安全,每次启动新 etcd 集群时,都使用新的 discovery token 进行注册。另外,如果初始化时启动的节点超过了指定的数量,多余的节点会自动转化为 Proxy 模式的 etcd。



结果验证



集群启动好之后,进行验证,我们看一下集群的成员:



$ /opt/etcd/bin/etcdctl member list# 结果如下    40e2ac06ca1674a7, started, etcd3, http://192.168.202.130:2380, http://192.168.202.130:2379, false    c532c5cedfe84d3c, started, etcd1, http://192.168.202.128:2380, http://192.168.202.128:2379, false    db75d3022049742a, started, etcd2, http://192.168.202.129:2380, http://192.168.202.129:2379, false

结果符合预期,再看下节点的健康状态:



$ /opt/etcd/bin/etcdctl  --endpoints="http://192.168.202.128:2379,http://192.168.202.129:2379,http://192.168.202.130:2379"  endpoint  health# 结果如下    http://192.168.202.128:2379 is healthy: successfully committed proposal: took = 3.157068ms    http://192.168.202.130:2379 is healthy: successfully committed proposal: took = 3.300984ms    http://192.168.202.129:2379 is healthy: successfully committed proposal: took = 3.263923ms

可以看到,集群中的三个节点都是健康的正常状态。以动态发现方式启动集群成功。



4 DNS自发现模式



etcd 还支持使用 DNS SRV 记录进行启动。实际上是利用 DNS 的 SRV 记录不断轮训查询实现。DNS SRV 是 DNS 数据库中支持的一种资源记录的类型,它记录了计算机与所提供服务信息的对应关系。



Dnsmasq 安装



这里使用 Dnsmasq 创建 DNS 服务。Dnsmasq 提供 DNS 缓存和 DHCP 服务、Tftp 服务功能。作为域名解析服务器,Dnsmasq 可以通过缓存 DNS 请求来提高对访问过的网址的连接速度。Dnsmasq 轻量且易配置,适用于个人用户或少于 50 台主机的网络。此外它还自带了一个 PXE 服务器。



当接受到一个 DNS 请求时,Dnsmasq 首先会查找 /etc/hosts 这个文件,然后查找 /etc/resolv.conf 中定义的外部 DNS。配置 Dnsmasq 为 DNS 缓存服务器,同时在 /etc/hosts 文件中加入本地内网解析,这样使得内网机器查询时就会优先查询 hosts 文件,这就等于将 /etc/hosts 共享给全内网机器使用,从而解决内网机器互相识别的问题。相比逐台机器编辑 hosts 文件或者添加 Bind DNS 记录,可以只编辑一个 hosts 文件。



基于笔者使用的 Centos 7 的主机,首先安装 Dnsmasq:



yum install dnsmasq

安装好之后,进行配置,所有的配置都在一个文件中完成 /etc/dnsmasq.conf。我们也可以在 /etc/dnsmasq.d 中自己写任意名字的配置文件。



配置上游服务器地址



resolv-file 配置 Dnsmasq 额外的上游的 DNS 服务器,如果不开启就使用 Linux 主机默认的 /etc/resolv.conf 里的 nameserver。



$ vim /etc/dnsmasq.conf# 增加如下的内容:resolv-file=/etc/resolv.dnsmasq.confsrv-host=_etcd-server._tcp.blueskykong.com,etcd1.blueskykong.com,2380,0,100srv-host=_etcd-server._tcp.blueskykong.com,etcd2.blueskykong.com,2380,0,100srv-host=_etcd-server._tcp.blueskykong.com,etcd3.blueskykong.com,2380,0,100

在 dnsmasq.conf 中相应的域名记录,配置了我们所涉及的三台服务器,分别对应 etcd1,etcd2,etcd3。



在指定文件中增加转发 DNS 的地址



$ vim /etc/resolv.dnsmasq.confnameserver 8.8.8.8nameserver 8.8.4.4

这两个免费的 DNS服务,大家应该不陌生。读者可以根据本地实际网络进行配置。



本地启用 Dnsmasq 解析



$ vim /etc/resolv.confnameserver 127.0.0.1

将 Dnsmasq 解析配置到本地,这很好理解。



添加解析记录



分别为各个域名配置相关的 A 记录指向 etcd 核心节点对应的机器 IP。添加解析记录有三种方式:使用系统默认 hosts、使用自定义 hosts 文件、使用自定义 conf。这里我们使用比较简单的第一种方式。



$ vim /etc/hosts# 增加如下的内容解析192.168.202.128 etcd1.blueskykong.com192.168.202.129 etcd2.blueskykong.com192.168.202.130 etcd3.blueskykong.com

启动服务



service dnsmasq start

启动好之后,我们进行验证:



DNS 服务器上 SRV 记录查询,查询到的结果如下:

 dig @192.168.202.128 +noall +answer SRV _etcd-server._tcp.blueskykong.com_etcd-server._tcp.blueskykong.com. 0 IN SRV     0 100 2380 etcd2.blueskykong.com._etcd-server._tcp.blueskykong.com. 0 IN SRV     0 100 2380 etcd1.blueskykong.com._etcd-server._tcp.blueskykong.com. 0 IN SRV     0 100 2380 etcd3.blueskykong.com.

查询域名解析结果:



$ dig @192.168.202.128 +noall +answer etcd1.blueskykong.com etcd2.blueskykong.com etcd3.blueskykong.com



etcd1.blueskykong.com.  0       IN      A       192.168.202.128

etcd2.blueskykong.com.  0       IN      A       192.168.202.129

etcd3.blueskykong.com.  0       IN      A       192.168.202.130



至此,我们已成功安装好 Dnsmasq。下面我们基于 DNS 发现启动 etcd 集群。



启动集群



做好了上述两步 DNS 的配置,就可以使用 DNS 启动 etcd 集群了。需要删除ETCD_INITIAL_CLUSTER 配置(用于静态服务发现),并指定 DNS SRV 域名(ETCD_DISCOVERY_SRV)。配置 DNS 解析的 url 参数为 -discovery-srv,其中 etcd1 节点地启动命令如下:



$ /opt/etcd/bin/etcd   --name etcd1 \--discovery-srv blueskykong.com \--initial-advertise-peer-urls http://etcd1.blueskykong.com:2380 \--initial-cluster-token etcd-cluster-1 \--data-dir /opt/etcd/data \--initial-cluster-state new \--advertise-client-urls http://etcd1.blueskykong.com:2379 \--listen-client-urls http://0.0.0.0:2379 \--listen-peer-urls http://0.0.0.0:2380



etcd 群集成员可以使用域名或 IP 地址进行广播,启动的过程将解析 DNS 记录。--initial-advertise-peer-urls 中的解析地址必须与 SRV 目标中的解析地址匹配。etcd 成员读取解析的地址,以查找其是否属于 SRV 记录中定义的群集。



我们验证基于 DNS 发现启动集群的正确性,查看集群的成员列表:



$ /opt/etcd/bin/etcdctl member list# 结果如下:40e2ac06ca1674a7, started, etcd3, http://192.168.202.130:2380, http://etcd3.blueskykong.com:2379, falsec532c5cedfe84d3c, started, etcd1, http://192.168.202.128:2380, http://etcd1.blueskykong.com:2379, falsedb75d3022049742a, started, etcd2, http://192.168.202.129:2380, http://etcd2.blueskykong.com:2379, false

可以看到,结果输出 etcd 集群有三个成员,符合预期。下面我们使用 IP 地址的方式,继续验证集群节点的状态。



$ /opt/etcd/bin/etcdctl  --endpoints="http://192.168.202.128:2379,http://192.168.202.129:2379,http://192.168.202.130:2379"  endpoint  health# 结果如下:http://192.168.202.129:2379 is healthy: successfully committed proposal: took = 2.933555mshttp://192.168.202.128:2379 is healthy: successfully committed proposal: took = 7.252799mshttp://192.168.202.130:2379 is healthy: successfully committed proposal: took = 7.415843ms

更多的 etcd 集群操作,读者可以自行尝试,笔者不在此一一展开。



5 小结



本文在上一篇文章单机安装 etcd 的基础上进行了补充,主要介绍了 etcd 集群的多种安装启动方式:静态单体,静态 docker,动态发现以及 DNS 发现的启动方式。这么多的安装姿势,都是为了我们实际的使用,下一篇我们将具体进入 etcdctl 的使用讲解。



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参考



etcd docs



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