Etcd 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。 Etcd 内部采用 Raft 协议作为一致性算法， Etcd 基于 Go 语言实现。
• Etcd 官方对其的定义为：A highly-available key value store for shared configuration and service discovery. 即用于配置共享和服务发现。

• 作为服务发现系统，有以下的特点：

  • 简单：安装配置简单，而且提供了 HTTP API（GRPC）进行交互，使用也很简单
  • 安全：支持 SSL 证书验证
  • 快速：根据官方提供的 benchmark 数据，单实例支持每秒2k+读操作
  • 可靠：采用 Raft 算法，实现分布式系统数据的可用性和一致性
• Etcd 项目地址：https://github.com/coreos/etcd

Raft 介绍

• 不同于Paxos算法直接从分布式一致性问题出发推导出来，Raft算法则是从多副本状态机的角度提出，用于管理多副本状态机的日志复制。Raft实现了和Paxos相同的功能，它将一致性分解为多个子问题。同时，Raft算法使用了更强的假设来减少了需要考虑的状态，使之变的易于理解和实现。
• 它有许多开源参考实现，具有 Go，C ++，Java 和 Scala 中的完整规范实现

• 一个 Raft 集群包含若干个服务器节点，通常是5个，这允许整个系统容忍2个节点的失效，每个节点处于以下三种状态之一

  • follower（跟随者） ：所有节点都以 follower 的状态开始。如果没收到 leader 消息则会变成 candidate 状态
  • candidate（候选人）：会向其他节点“拉选票”，如果得到过半数的票则成为leader，这个过程就叫做Leader选举(Leader Election)
  • leader（领导者）：所有对系统的修改都会先经过leader
  • learning（学习者）：Etcd 新版本中出现的一个新的节点状态，该状态下的节点无选举权和被选举权

Raft 一致性算法

• 在 Raft 体系中，有一个强 leader ，由它全权负责接收客户端的请求命令，并将命令作为日志条目复制给其他服务器，在确认安全的时候，将日志命令提交执行。当 leader 故障时，会选举产生一个新的 leader 。在强 leader 的帮助下，Raft 将一致性问题分解为了三个子问题：

  • Leader election (领导选举)：当已有的leader故障时必须选出一个新的leader。
  • Log replication (日志复制)：leader接受来自客户端的命令，记录为日志，并复制给集群中的其他服务器，并强制其他节点的日志与leader保持一致。
  • Safety (安全性)：通过一些措施确保系统的安全性，如确保所有状态机按照相同顺序执行相同命令的措施

Raft 动画演示

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• 动画主要包含三部分：

  • 第一部分介绍简单版的领导者选举和日志复制的过程
  • 第二部分介绍详细版的领导者选举和日志复制的过程
  • 第三部分介绍如果遇到网络分区，raft 算法是如何恢复网络一致的