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 安装与使用
在上一篇主要介绍了 etcd 的相关概念和使用场景，本篇主要介绍 etcd 的多种安装使用方式。
1.1 etcd 概念词汇表
在开始 etcd 的安装使用之前，我们先了解下 etcd 的概念词汇表，以便于下文的理解。
- Raft：etcd所采用的保证分布式系统强一致性的算法。
- Node：一个Raft状态机实例。
- Member： 一个etcd实例。它管理着一个Node，并且可以为客户端请求提供服务。
- Cluster：由多个Member构成可以协同工作的etcd集群。
- Peer：对同一个etcd集群中另外一个Member的称呼。
- Client： 向etcd集群发送HTTP请求的客户端。
- WAL：预写式日志，etcd用于持久化存储的日志格式。
- snapshot：etcd防止WAL文件过多而设置的快照，存储etcd数据状态。
- Proxy：etcd的一种模式，为etcd集群提供反向代理服务。
- Leader：Raft算法中通过竞选而产生的处理所有数据提交的节点。
- Follower：竞选失败的节点作为Raft中的从属节点，为算法提供强一致性保证。
- Candidate：当Follower超过一定时间接收不到Leader的心跳时转变为Candidate开始竞选。
- Term：某个节点成为Leader到下一次竞选时间，称为一个Term。
- Index：数据项编号。Raft中通过Term和Index来定位数据。
2 etcd 单机安装部署
etcd 的安装有多种方式，笔者以 Centos 7 和 MacOS 10.15 为例，可以通过 yum install etcd 和 brew install etcd进行安装。
然而通过系统工具安装的 etcd 版本比较滞后，如果需要安装最新版本的 etcd ，我们可以通过二进制包、源码编译以及 docker 容器安装。
2.1 二进制安装
目前最新的 etcd 版本为 3.4.4。在 macOS 下，执行如下的脚本：
ETCD_VER=v3.4.4
GITHUB_URL=https://github.com/etcd-io/etcd/releases/download
DOWNLOAD_URL=${GITHUB_URL}
rm -f /tmp/etcd-${ETCD_VER}-darwin-amd64.zip
rm -rf /tmp/etcd-download-test && mkdir -p /tmp/etcd-download-test
curl -L ${DOWNLOAD_URL}/${ETCD_VER}/etcd-${ETCD_VER}-darwin-amd64.zip -o /tmp/etcd-${ETCD_VER}-darwin-amd64.zip
unzip /tmp/etcd-${ETCD_VER}-darwin-amd64.zip -d /tmp && rm -f /tmp/etcd-${ETCD_VER}-darwin-amd64.zip
mv /tmp/etcd-${ETCD_VER}-darwin-amd64/* /tmp/etcd-download-test && rm -rf mv /tmp/etcd-${ETCD_VER}-darwin-amd64
/tmp/etcd-download-test/etcd --version
/tmp/etcd-download-test/etcdctl version
即可输出如下的结果：
etcd Version: 3.4.4
Git SHA: c65a9e2dd
Go Version: go1.12.12
Go OS/Arch: darwin/amd64
可以看到，我们已经成功包装了 etcd 3.4.4，且该版本基于的 Go 版本为 1.12.12。
同样，我们在 Centos 7 上面使用如下的脚本进行安装：
ETCD_VER=v3.4.4
GITHUB_URL=https://github.com/etcd-io/etcd/releases/download
DOWNLOAD_URL=${GITHUB_URL}
rm -f /tmp/etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64.tar.gz
rm -rf /tmp/etcd-download-test && mkdir -p /tmp/etcd-download-test
curl -L ${DOWNLOAD_URL}/${ETCD_VER}/etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64.tar.gz -o /tmp/etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64.tar.gz
tar xzvf /tmp/etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64.tar.gz -C /tmp/etcd-download-test --strip-components=1
rm -f /tmp/etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64.tar.gz
/tmp/etcd-download-test/etcd --version
/tmp/etcd-download-test/etcdctl version
下载可能比较慢，执行完之后，结果如下：
etcd Version: 3.4.4
Git SHA: e784ba73c
Go Version: go1.12.12
Go OS/Arch: linux/amd64
这样我们在 macOS 和 Linux 都已安装成功，关于 Windows 系统的安装比较简单，下载好安装包后，直接执行。其中 etcd.exe 是服务端，etcdctl.exe 是客户端。
2.2 源码安装
使用源码安装，首先需要确保本地的 Go 语言环境。如未安装，请参考 https://golang.org/doc/install。
对于那些想尝试最新版本的人，可以从 master 分支构建 etcd。需要 Go 版本为 1.13+，来构建最新版本的 etcd。 本地的 Go 版本为：
$ go version
$ go version go1.13.6 linux/amd64
基于 master 分支构建 etcd，脚本如下：
git clone https://github.com/etcd-io/etcd.git
cd etcd
./build
执行测试命令，确保 etcd 编译安装成功：
$ ./etcdctl version
etcdctl version: 3.4.4
API version: 3.4
经过如上的步骤，已经通过源码编译安装成功 etcd。
2.3 docker 容器安装
etcd 使用 gcr.io/etcd-development/etcd 作为容器仓库源，而 quay.io/coreos/etcd 作为辅助容器注册表。
REGISTRY=quay.io/coreos/etcd
# available from v3.2.5
REGISTRY=gcr.io/etcd-development/etcd
rm -rf /tmp/etcd-data.tmp && mkdir -p /tmp/etcd-data.tmp && \
docker rmi gcr.io/etcd-development/etcd:v3.4.7 || true && \
docker run \
-p 2379:2379 \
-p 2380:2380 \
--mount type=bind,source=/tmp/etcd-data.tmp,destination=/etcd-data \
--name etcd-gcr-v3.4.7 \
gcr.io/etcd-development/etcd:v3.4.7 \
/usr/local/bin/etcd \
--name s1 \
--data-dir /etcd-data \
--listen-client-urls http://0.0.0.0:2379 \
--advertise-client-urls http://0.0.0.0:2379 \
--listen-peer-urls http://0.0.0.0:2380 \
--initial-advertise-peer-urls http://0.0.0.0:2380 \
--initial-cluster s1=http://0.0.0.0:2380 \
--initial-cluster-token tkn \
--initial-cluster-state new \
--log-level info \
--logger zap \
--log-outputs stderr
docker exec etcd-gcr-v3.4.7 /bin/sh -c "/usr/local/bin/etcd --version"
docker exec etcd-gcr-v3.4.7 /bin/sh -c "/usr/local/bin/etcdctl version"
docker exec etcd-gcr-v3.4.7 /bin/sh -c "/usr/local/bin/etcdctl endpoint health"
docker exec etcd-gcr-v3.4.7 /bin/sh -c "/usr/local/bin/etcdctl put foo bar"
docker exec etcd-gcr-v3.4.7 /bin/sh -c "/usr/local/bin/etcdctl get foo"
执行如下命令，确认容器安装的 etcd 的状态：
$ etcdctl --endpoints=http://localhost:2379 version
etcdctl version: 3.4.4
API version: 3.4
3. 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。
3.1 本地运行一个 etcd 集群
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）。
我们前面已经确认过 Go 安装环境，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=stderr
etcd2: 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=stderr
etcd3: 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 list
8211f1d0f64f3269, started, infra1, http://127.0.0.1:12380, http://127.0.0.1:12379, false
91bc3c398fb3c146, started, infra2, http://127.0.0.1:22380, http://127.0.0.1:22379, false
fd422379fda50e48, 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。
4. 小结
本章较为简单，偏向实践，读者最好能够自己动手实践一遍。本文主要介绍了 etcd 的多种安装方式： etcd 单机和 etcd 集群的方式。etcd 集群的安装，还需要配合服务发现的动态机制，将会在下一篇具体讲解，欢迎关注点赞。
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参考
etcd docs