注：本文首发于ImapBox，转载请标明出处。 【编者按】作为一个操作系统，CoreOS 采用了高度精简的系统内核及外围定制，将许多原本需要复杂人工操作或者第三方软件支持的功能在操作系统级别进行了实现，同时剔除了其他对于服务器系统非核心的软件，比如GUI和包管理器。ImapBox特邀ThoughtWorks的软件工程师林帆带来了“漫步云端：CoreOS实践指南”系列文章，带大家了解CoreOS的精华和推荐的实践方法。本文为基础第五篇：分布式数据存储Etcd。Etcd是CoreOS生态系统中处于连接各个节点通信和支撑集群服务协同运作的核心地位的模块，这篇文章将主要从系统运维工作者的角度介绍Etcd的操作和API的使用。 作者简介： 林帆，生在80后尾巴的IT攻城狮，ThoughtWorks成都办公室CloudOps小组成员，平时喜欢在业余时间研究DevOps相关的应用，目前在备考AWS认证和推广Docker相关技术。
分布式数据的存储一直是解决集群服务消息同步和协调操作的核心关注点。在这个系列的上一篇，介绍了用于集群管理的Fleet服务，而Fleet的功能的实现除了依赖于Systemd服务的DBus扩展，其分布式控制部分很大程度上得益于CoreOS提供的可靠且高效的分布式数据服务Etcd。事实上，Etcd是CoreOS生态系统中处于连接各个节点通信和支撑集群服务协同运作的核心地位的模块，这篇文章将主要从系统运维工作者的角度介绍Etcd的操作和API的使用。
什么是分布式数据存储呢？从结果的角度上看，就是将数据分散存储在多台独立的设备上，从而提高数据的可靠性或读写性能的方法。从实现的角度上看，目前主流的NoSQL数据库，例如MongoDB、FoundationDB等都能够很方便地实现分布式存储。而Etcd本质上与一个NoSQL的数据库系统也有几分神似，但更准确的说法说是一个高可用的键值存储系统。与一般的NoSQL数据库不同，Etcd在设计的初衷主要用于是共享配置和服务发现，它的灵感来自于ZooKeeper和Doozer。关于这三者以及其他同类的服务发现框架的比较可以参看这篇文章，简单来说，Etcd对TTL的支持和HTTP Restful API是其比较大的亮点。与语言和平台无关的Restful API使得基于它的二次开发变得更加方便，并且能够对运行在应用容器中的程序提供（比如Docker）提供友好的支持。
在数据一致性方面，Etcd通过Raft一致性算法处理日志复制以保证强一致性。这里不打算对Raft算法进行深入的探讨，关于Raft算法的具体原理可以参看桂阳的这篇文章。
Etcd是CoreOS的核心服务模块中起步最早的，它的第一行代码提交于2013年6月，早于Fleet（2013年10月）以及其他CoreOS模块，它也是许多其他服务模块的根基。
值得一提的是，Etcd的最主要贡献者是两位华人开发者秦毅成和李响。最初的Etcd使用了一套独立的GoRaft库，在2014年中旬开始，Etcd做了一次大规模的代码重构，撤去了对GoRaft库的依赖，重新实现了一套更加精简和稳定的Raft算法。Etcdctl命令的代码也从单独的项目合并到了Etcd版本库中。从GitHub的代码提交量来看，Etcd一直是CoreOS的几个主要模块中活跃度最高的模块。
从Etcd的发展过程来看，其设计初衷是一个与ZooKeeper相似的具有订阅/通知（Subscript/Public）功能的配置共享服务。在集群启动的时候，我们仅仅配置了一个集群标识的URL地址就使得各个节点相互认识，并可以通过Fleet获得其他节点的信息，这当中就有Etcd的默默的功劳。
CoreOS官方提供的discovery集群标识服务地址是https://discovery.etcd.io。在系列的第二篇构建CoreOS集群的过程中，通过访问这个网站下的 /new 页面获得了一个标识地址，如果已经忘记了这个地址，可以在集群中的任意一个节点查看 /run/systemd/system/etcd.service.d/20-cloudinit.conf 文件，这个文件记录了节点启动时的一些信息。
$ cat /run/systemd/system/etcd.service.d/20-cloudinit.conf
[Service]
Environment=”ETCD_ADDR=172.17.8.101:4001″
Environment=”ETCD_DISCOVERY=https://discovery.etcd.io/09363c5fcdfcbd42ed60b8931263fda1″
Environment=”ETCD_PEER_ADDR=172.17.8.101:7001″
直接访问这个标识地址就能得到当前集群的基本节点信息。
core@core-01 ~ $ curl https://discovery.etcd.io/09363c5fcdfcbd42ed60b8931263fda1
{“action”:”get”,”node”:{ … }}
当新的CoreOS节点启动时，首先会通过Cloud-init启动Etcd服务（也是在此前通过user-data文件进行配置的），Etcd启动的过程中，会通过这个标识地址获得集群中已有的节点的信息列表，然后将自己的信息也添加到这个列表中。提供这个节点信息的Discovery服务我们会在另外的一篇文章里单独来说。
在Etcd获得到集群的状态后，它会进行一系列的初始化工作，其中有一项是更新Etcd数据中关于集群成员的内容。因此以后的其他服务就可以通过Etcd的数据直接得到实时更新的集群成员信息了。
通过etcdctl命令可以查看到Etcd服务存储的这部分信息。例如下面这个命令能够列出Etcd存储的所有节点。
core@core-01 ~ $ etcdctl ls /_etcd/machines –recursive
/_etcd/machines/f260afd8224c4854bdf8427d8451da23
/_etcd/machines/0acdd9bf38194ea5ad1611ff9a4236f1
/_etcd/machines/f2558aaa231044f3abbe01510ac2b1d8
查看其中一个具体节点的信息。
core@core-01 ~ $ etcdctl get /_etcd/machines/f260afd8224c4854bdf8427d8451da23
etcd=http%3A%2F%2F172.17.8.102%3A4001&raft=http%3A%2F%2F172.17.8.102%3A7001
这里用到的etcdctl命令是Etcd提供的用于查询和操作其存储内容的命令行工具，下面来看看它的其他用法。
Etcd本身提供了基于HTTP的Restful API，但是为了方便运维人员的日常使用，etcdctl实现了这套API中的许多功能，熟练的使用它能够简化不少运维的工作量。
在上一节中已经用到了的etcdctl ls 和 etcdctl get 命令是最经常使用到的两个基本命令。Etcd的键值可以进行分层和嵌套，Etcd中的目录可以存放多个键以及其他的目录，同时每个具体的目录和键都有自己的“访问路径”，这种做法与文件管理中的普通文件和目录颇为相似。.而etcdctl ls 的作用是查看特定路径下的键或目录列表。例如列出根目录下面的内容：
core@core-01 ~ $ etcdctl ls /
/coreos.com
可以通过 –recursive 参数一次性列出指定目录及子目录下所有的内容。
core@core-01 ~ $ etcdctl ls / –recursive
/coreos.com
/coreos.com/updateengine
/coreos.com/updateengine/rebootlock
/coreos.com/updateengine/rebootlock/semaphore
而 etcdctl get 命令用于获得指定的键所存储的值，例如：
core@core-01 ~ $ etcdctl get /coreos.com/updateengine/rebootlock/semaphore
{“semaphore”:1,”max”:1,”holders”:[]}
对一个目录使用 etcdctl get 命令会得到一个提示信息，告诉使用者这是一个目录。
core@core-01 ~ $ etcdctl get /coreos.com
/coreos.com: is a directory
可以通过etcdctl的 -o 参数指定输出内容的格式，例如 -o extended 参数会打印这个键的更详细信息。
core@core-01 ~ $ etcdctl -o extended get /coreos.com/updateengine/rebootlock/semaphore
Key: /coreos.com/updateengine/rebootlock/semaphore
Created-Index: 6
Modified-Index: 76156
TTL: 0
Etcd-Index: 104439
Raft-Index: 413950
Raft-Term: 12
{“semaphore”:1,”max”:1,”holders”:[]}
创建一个新的目录和键分别使用 etcdctl mkdir 和 etcdctl mk 命令。
core@core-01 ~ $ etcdctl mkdir /demo
core@core-02 ~ $ etcdctl get /demo
/demo: is a directory
core@core-01 ~ $ etcdctl mk /demo/hello “Hello Etcd” # 实际情况中这里会回显输出“Hello Etcd”，省略
core@core-02 ~ $ etcdctl get /demo/hello
Hello Etcd
实际情况中每次使用 mk 以后，屏幕会回显写入值的内容。由于之后我们都会再次用 get 取出这个值，以验证内容确实写入了Etcd记录中，所以统一省略回显的输出，后面的update和set的例子也是。注意在上面的例子中，我们在core-01节点创建了新的键和目录，然后在core-02节点检查Etcd记录的内容。这样做是为了说明在Etcd服务组成的集群里，每一个节点上获取的数据都是实时同步的。当然，要是在core-01上检查记录内容也会得到相同的结果。
使用 etcdctl mk命令时，如果创建键的路径不存在，会自动创建相应的目录结构，例如：
core@core-01 ~ $ etcdctl mk /path/to/the/new/key “Text Message”
core@core-02 ~ $ etcdctl get /path/to/the/new/key
Text Message
尝试重复创建一个已经存在的键会产生一个错误。
core@core-01 ~ $ etcdctl mk /demo/hello “Something Else”
Error: 105: Key already exists (/demo/hello) [130187]
更新键的记录内容可以通过etcdctl update（或 etcdctl set）命令完成。
core@core-01 ~ $ etcdctl update /demo/hello “Hello CoreOS”
core@core-02 ~ $ etcdctl get /demo/hello
Hello CoreOS
使用etcdctl update与etcdctl set的区别在于尝试update不存在的键时，会产生一个错误。
core@core-01 ~ $ etcdctl update /demo/xx “Message”
Error: 100: Key not found (/demo/xx) [129853]
下面这个表格比较了etcdctl mk、etcdctl update和etcdctl set的异同。从结果可以看出etcdctl set相当于前两者的功能的合并。在实际情况中应该根据实际的应用场景选择相应的命令。
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