ETCD介绍—etcd概念及原理方面分析

etcd作为一个受到ZooKeeper与doozer启发而催生的项目，除了拥有与之类似的功能外，更专注于以下四点。

1. 简单：基于HTTP+JSON的API让你用curl就可以轻松使用。
2. 安全：可选SSL客户认证机制。
3. 快速：每个实例每秒支持一千次写操作。
4. 可信：使用Raft算法充分实现了分布式。

分布式系统中的数据分为控制数据和应用数据。etcd的使用场景默认处理的数据都是控制数据，对于应用数据，只推荐数据量很小，但是更新访问频繁的情况。应用场景有如下几类：场景一：服务发现（Service Discovery）场景二：消息发布与订阅场景三：负载均衡场景四：分布式通知与协调场景五：分布式锁、分布式队列场景六：集群监控与Leader竞选举个最简单的例子，如果你需要一个分布式存储仓库来存储配置信息，并且希望这个仓库读写速度快、支持高可用、部署简单、支持http接口，那么就可以使用etcd。目前，cloudfoundry使用etcd作为hm9000的应用状态信息存储，kubernetes用etcd来存储docker集群的配置信息等。

1. ETCD是什么

这里有一个ETCD的相关视频讲解：分布式注册服务中心etcd

ETCD是用于共享配置和服务发现的分布式，一致性的KV存储系统。该项目目前最新稳定版本为2.3.0. 具体信息请参考[项目首页]和[Github]。ETCD是CoreOS公司发起的一个开源项目，授权协议为Apache。

提供配置共享和服务发现的系统比较多，其中最为大家熟知的是[Zookeeper]（后文简称ZK），而ETCD可以算得上是后起之秀了。在项目实现，一致性协议易理解性，运维，安全等多个维度上，ETCD相比Zookeeper都占据优势。

2. ETCD vs ZK

本文选取ZK作为典型代表与ETCD进行比较，而不考虑[Consul]项目作为比较对象，原因为Consul的可靠性和稳定性还需要时间来验证（项目发起方自身服务并未使用Consul, 自己都不用)。

• 一致性协议： ETCD使用[Raft]协议， ZK使用ZAB（类PAXOS协议），前者容易理解，方便工程实现；
• 运维方面：ETCD方便运维，ZK难以运维；
• 项目活跃度：ETCD社区与开发活跃，ZK已经快死了；
• API：ETCD提供HTTP+JSON, gRPC接口，跨平台跨语言，ZK需要使用其客户端；
• 访问安全方面：ETCD支持HTTPS访问，ZK在这方面缺失；

3. ETCD的使用场景

和ZK类似，ETCD有很多使用场景，包括：

• 配置管理
• 服务注册于发现
• 选主
• 应用调度
• 分布式队列
• 分布式锁

4. ETCD读写性能

按照官网给出的[Benchmark], 在2CPU，1.8G内存，SSD磁盘这样的配置下，单节点的写性能可以达到16K QPS, 而先写后读也能达到12K QPS。这个性能还是相当可观的。

5. ETCD工作原理

ETCD使用Raft协议来维护集群内各个节点状态的一致性。简单说，ETCD集群是一个分布式系统，由多个节点相互通信构成整体对外服务，每个节点都存储了完整的数据，并且通过Raft协议保证每个节点维护的数据是一致的。

如图所示，每个ETCD节点都维护了一个状态机，并且，任意时刻至多存在一个有效的主节点。主节点处理所有来自客户端写操作，通过Raft协议保证写操作对状态机的改动会可靠的同步到其他节点。

ETCD工作原理核心部分在于Raft协议。本节接下来将简要介绍Raft协议，具体细节请参考其[论文]。
Raft协议正如论文所述，确实方便理解。主要分为三个部分：选主，日志复制，安全性。

5.1 选主

Raft协议是用于维护一组服务节点数据一致性的协议。这一组服务节点构成一个集群，并且有一个主节点来对外提供服务。当集群初始化，或者主节点挂掉后，面临一个选主问题。集群中每个节点，任意时刻处于Leader, Follower, Candidate这三个角色之一。选举特点