etcd教程-快速入門使用（截圖實操）集群搭建 + 原理解釋

大家好，我是此林。

etcd 是一個高可用的鍵值對存儲系統，常用于分布式系統中保存配置、服務發現和協調信息。它是 CNCF 旗下的項目之一，也是 Kubernetes 的核心組件之一，用來存儲集群狀態。

可以說，云原生場景下經常使用到 etcd，一般我們會把 etcd 作為注冊中心來使用。

1. etcd 是什么？

etcd 單詞可以拆分成 etc + d，etc 就是 Linux 里的 /etc 目錄，d 就是 distribution，代表分布式。

  • 使用 Raft 一致性算法保證分布式系統數據一致性（強一致性、保障了CP）

  • 提供 鍵值對存儲接口（KV）

  • 支持 Watch 機制（監聽鍵變化）

  • 提供 Lease / TTL（用于臨時鍵，比如服務注冊）

2. etcd 常見使用場景

場景說明
配置中心分布式系統中的配置動態變更通知
服務發現服務注冊自己的信息，客戶端從 etcd 查詢
分布式鎖利用 etcd 的原子操作實現分布式鎖
領導選舉通過 Lease 和 Watch 實現 leader 的自動選舉和變更通知
Kubernetes 存儲K8s 所有 API 對象最終存儲在 etcd 中

3. etcd 安裝

這里使用版本 3.5.21。

Release v3.5.21 · etcd-io/etcd

下載完成后，上傳到 Linux 服務器，使用下面的命令解壓。

tar -zxvf etcd-v3.5.21-linux-amd64.tar.gz

進入目錄后，其實最核心的也就是三個二進制可執行文件，etcd（主服務Server端），etcdctl（etcd客戶端連接工具），etcdutl（etcd工具集）。

其他都是些文檔。

把這三個二進制文件復制到 /usr/local/bin 里。

# 創建目標目錄（如果不存在）
sudo mkdir -p /usr/local/bin# 賦予可執行權限
chmod +x etcd etcdctl etcdutl# 復制到系統路徑
sudo cp etcd etcdctl etcdutl /usr/local/bin/

?配置環境變量，/usr/local/bin 加入 /etc/profile 文件末尾。

 vim /etc/profile

文件末尾有這一行就行。

export PATH=$PATH:/usr/local/bin

使環境變量生效。

source /etc/profile

4. 快速開始

輸入 etcd 啟動 etcd 服務端。

打開另一個終端，輸入命令：

etcdctl put greeting "hello, etcd"etcdctl get greeting

當然，也可以格式化輸出為 json。

etcdctl --endpoints=$ENDPOINTS --write-out="json" get foo

?輸出：

{"header":{"cluster_id":289318470931837780,"member_id":14947050114012957595,"revision":3,"raft_term":4,
"kvs":[{"key":"Zm9v","create_revision":2,"mod_revision":3,"version":2,"value":"SGVsbG8gV29ybGQh"}]}}

看到這里，恭喜你，已經 etcd 入門了！?

5. 角色用戶配置

下面是官方文檔給出的配置示例，不急，我們慢慢來看。

1.?設置環境變量

export ETCDCTL_API=3           
# 設置使用 etcdctl 的 v3 API（新版 etcd 默認使用 v3）
# 這個只在當前shell生效，重啟會失效，永久設置要在/etc/profile里ENDPOINTS=localhost:2379       
# 設置 etcd 訪問地址（如果是集群也可寫多個：127.0.0.1:2379,127.0.0.2:2379）

2.?創建 root 角色并查看

etcdctl --endpoints=${ENDPOINTS} role add root
# 添加一個名為 root 的角色etcdctl --endpoints=${ENDPOINTS} role get root
# 查看 root 角色的權限信息（剛創建時是空的）

可以發現，root 角色有鍵值對讀寫權限。?

3.?創建 root 用戶并綁定 root 角色

etcdctl --endpoints=${ENDPOINTS} user add root
# 添加一個用戶 root（執行后會提示你輸入密碼）etcdctl --endpoints=${ENDPOINTS} user grant-role root root
# 給用戶 root 分配 root 角色etcdctl --endpoints=${ENDPOINTS} user get root
# 查看用戶 root 的角色信息

4.?創建 role0 角色并設置權限，創建 user0 用戶并賦予角色

etcdctl --endpoints=${ENDPOINTS} role add role0
# 添加一個角色 role0etcdctl --endpoints=${ENDPOINTS} role grant-permission role0 readwrite foo
# 給角色 role0 授予對 key "foo" 的讀寫權限（readwrite）
# 你也可以設定范圍權限，例如：--prefixetcdctl --endpoints=${ENDPOINTS} user add user0
# 添加用戶 user0，會提示輸入密碼etcdctl --endpoints=${ENDPOINTS} user grant-role user0 role0
# 將角色 role0 分配給用戶 user0

?這里，我們使用?grant-permission 對 role0 的權限進行了修改，role0 只有對 key "foo" 才有讀寫權限

5.?啟用認證

etcdctl --endpoints=${ENDPOINTS} auth enable
# 啟用 etcd 的認證功能
# 啟用后，所有的讀寫請求必須提供用戶名和密碼，否則會被拒絕

6.?權限驗證測試

etcdctl --endpoints=${ENDPOINTS} --user=user0:123 put foo bar
# 使用 user0 用戶（密碼是 123）寫入 key "foo"，寫入成功（因為具有讀寫權限）etcdctl --endpoints=${ENDPOINTS} get foo
# 不帶用戶名直接訪問 key "foo"，失敗（因為認證開啟了，默認匿名用戶無權限）etcdctl --endpoints=${ENDPOINTS} --user=user0:123 get foo
# 使用 user0 讀取 key "foo"，成功（因為擁有讀權限）etcdctl --endpoints=${ENDPOINTS} --user=user0:123 get foo1
# 使用 user0 讀取 key "foo1"，失敗（權限只對 foo 有效，foo1 不在授權范圍）

可以看到，user0 對 key foo1，沒有讀寫權限。

上面這個示例建議親手去敲一遍，有助于快速理解角色-用戶模型。

6. 集群搭建

6.1. 方法一：靜態集群配置（推薦用于生產）

在 /etc/etcd 目錄下創建三個配置文件（這里就用一臺機器上不同端口來模擬集群）

etcd-node1.yaml

name: node1
data-dir: /tmp/etcd1listen-peer-urls: http://127.0.0.1:2380
listen-client-urls: http://127.0.0.1:2379initial-advertise-peer-urls: http://127.0.0.1:2380
advertise-client-urls: http://127.0.0.1:2379initial-cluster: node1=http://127.0.0.1:2380,node2=http://127.0.0.1:3380,node3=http://127.0.0.1:4380
initial-cluster-token: local-etcd-cluster
initial-cluster-state: new

etcd-node2.yaml

name: node2
data-dir: /tmp/etcd2listen-peer-urls: http://127.0.0.1:3380
listen-client-urls: http://127.0.0.1:3379initial-advertise-peer-urls: http://127.0.0.1:3380
advertise-client-urls: http://127.0.0.1:3379initial-cluster: node1=http://127.0.0.1:2380,node2=http://127.0.0.1:3380,node3=http://127.0.0.1:4380
initial-cluster-token: local-etcd-cluster
initial-cluster-state: new

etcd-node3.yaml

name: node3
data-dir: /tmp/etcd3listen-peer-urls: http://127.0.0.1:4380
listen-client-urls: http://127.0.0.1:4379initial-advertise-peer-urls: http://127.0.0.1:4380
advertise-client-urls: http://127.0.0.1:4379initial-cluster: node1=http://127.0.0.1:2380,node2=http://127.0.0.1:3380,node3=http://127.0.0.1:4380
initial-cluster-token: local-etcd-cluster
initial-cluster-state: new

集群啟動?

etcd --config-file=/etc/etcd/etcd-node1.yaml

在每個終端分別執行命令。

參數說明：

1. initial-cluster-token: local-etcd-cluster

etcd 集群的初始化 token，用于標識一個新的集群。所有節點必須使用相同的 token 才能加入該集群。

2. initial-cluster-state: new

指定 etcd 是啟動一個新的集群（new），還是加入一個已有的集群（existing）。
new：表示初始化新的 etcd 集群（初次部署）
existing：表示已有集群的成員（用于節點重啟或擴容）

3.?name: node3

分別為三個 etcd 節點指定唯一的名稱，后面用于集群識別。

4.?data-dir: /tmp/etcd3

數據存儲目錄，etcd會在此目錄保存所有數據

# 監聽peer通信的URL（集群節點間內部通信）
listen-peer-urls: http://127.0.0.1:4380# 監聽客戶端請求的URL（應用程序連接etcd的地址）
listen-client-urls: http://127.0.0.1:4379# 向集群其他節點宣告的peer通信地址
# 必須可從其他節點訪問，通常與listen-peer-urls一致
initial-advertise-peer-urls: http://127.0.0.1:4380# 向客戶端宣告的服務地址
# 必須可從客戶端訪問，通常與listen-client-urls一致
advertise-client-urls: http://127.0.0.1:4379# 初始集群配置（集群所有節點的通信地址）
initial-cluster: node1=http://127.0.0.1:2380,node2=http://127.0.0.1:3380,node3=http://127.0.0.1:4380

6.2?方法二：基于 discovery token 的動態發現（適合臨時集群）

簡單來說，方法二適合部署時不提前知道所有成員 IP 的情況。

這里的 discovery URL 每次使用都要新生成（不可復用）！

具體可以參考官方文檔，這里不多演示。

How to Set Up a Demo etcd Cluster | etcd

curl https://discovery.etcd.io/new?size=3
https://discovery.etcd.io/a81b5818e67a6ea83e9d4daea5ecbc92# grab this token
TOKEN=token-01
CLUSTER_STATE=new
NAME_1=machine-1
NAME_2=machine-2
NAME_3=machine-3
HOST_1=10.240.0.17
HOST_2=10.240.0.18
HOST_3=10.240.0.19
DISCOVERY=https://discovery.etcd.io/a81b5818e67a6ea83e9d4daea5ecbc92THIS_NAME=${NAME_1}
THIS_IP=${HOST_1}
etcd --data-dir=data.etcd --name ${THIS_NAME} \--initial-advertise-peer-urls http://${THIS_IP}:2380 --listen-peer-urls http://${THIS_IP}:2380 \--advertise-client-urls http://${THIS_IP}:2379 --listen-client-urls http://${THIS_IP}:2379 \--discovery ${DISCOVERY} \--initial-cluster-state ${CLUSTER_STATE} --initial-cluster-token ${TOKEN}THIS_NAME=${NAME_2}
THIS_IP=${HOST_2}
etcd --data-dir=data.etcd --name ${THIS_NAME} \--initial-advertise-peer-urls http://${THIS_IP}:2380 --listen-peer-urls http://${THIS_IP}:2380 \--advertise-client-urls http://${THIS_IP}:2379 --listen-client-urls http://${THIS_IP}:2379 \--discovery ${DISCOVERY} \--initial-cluster-state ${CLUSTER_STATE} --initial-cluster-token ${TOKEN}THIS_NAME=${NAME_3}
THIS_IP=${HOST_3}
etcd --data-dir=data.etcd --name ${THIS_NAME} \--initial-advertise-peer-urls http://${THIS_IP}:2380 --listen-peer-urls http://${THIS_IP}:2380 \--advertise-client-urls http://${THIS_IP}:2379 --listen-client-urls http://${THIS_IP}:2379 \--discovery ${DISCOVERY} \--initial-cluster-state ${CLUSTER_STATE} --initial-cluster-token ${TOKEN}

現在 etcd 啟動了，開始測試吧！

export ETCDCTL_API=3
ENDPOINTS=127.0.0.1:2379,127.0.0.1:3379,127.0.0.1:4379etcdctl --endpoints=$ENDPOINTS endpoint status --write-out=table

可以看到，測試成功了，列出了所有節點。node1 是 leader，node2和node3是 follower。

6.3. 集群模式：Raft 共識算法

etcd 是一個 強一致性（strongly consistent） 的分布式鍵值存儲系統，但它不是傳統意義上的主從結構，而是基于 Raft 共識算法 構建的。

etcd 集群基于 Raft 算法，每個節點（member）在某一時刻的角色可能是以下之一：

角色含義
Leader當前集群的主節點，負責接收客戶端寫請求，并將數據復制給 Follower。整個集群 只能有一個 Leader。
Follower普通成員節點，響應來自 Leader 的日志復制和心跳，不能單獨處理寫入。
Candidate

候選者，用于發起 Leader 選舉的過渡角色。

這個就解決了傳統主從集群模式下主節點宕機了，整個集群就不可用的問題。etcd 集群可以自動進行故障恢復，自動投票選出新的 master 節點。

etcd 的一致性模型是：

線性一致性（Linearizability）：所有客戶端看到的順序與 Raft 日志順序一致。

也就是說：

  • 所有寫操作必須通過 Leader；

  • Leader 會將寫請求復制到多數派（超過半數）節點，才會被“提交”（解決了集群腦裂）

etcd（Raft）傳統主從
節點角色Leader + Follower + CandidateMaster + Slave
容錯方式多數節點存活即可服務（如 3 節點需 ≥2 存活）Master 掛了要人工或腳本切換
數據復制同步復制，多數派一致后才提交主寫從讀，通常異步復制
一致性強一致性（線性一致）最終一致性（可能存在延遲）

再看下之前的圖：

字段名稱說明示例值重要性
??ID??節點的唯一標識符（16進制格式）84724583e7fe06d8用于識別集群中的特定節點
??VERSION??etcd 服務器版本號3.5.21集群所有節點版本應一致
??DB SIZE??后端數據庫的物理大小20 kB監控存儲增長的關鍵指標
??IS LEADER??當前是否為領導者節點true/false集群健康關鍵指標（必須有且只有一個leader）
??IS LEARNER??是否為學習者節點（非投票成員）false學習者節點不參與選舉，用于災備或讀擴展
??RAFT TERM??當前任期號（每次選舉遞增）2數值越大表示集群經歷的領導選舉次數越多
??RAFT INDEX??當前最高日志條目索引號9表示寫入操作的序列號
??RAFT APPLIED INDEX??已應用到狀態機的最高日志索引9應與RAFT INDEX接近，差值大表示有未應用的操作
??ERRORS??節點錯誤信息（為空表示正常）``出現內容時表示節點異常

7. 其他功能特性

7.1 prefix 前綴

1. 通過 prefix 前綴查找 key

2. 通過 --preifx 刪除 key

etcdctl --endpoints=$ENDPOINTS put k1 value1
etcdctl --endpoints=$ENDPOINTS put k2 value2
etcdctl --endpoints=$ENDPOINTS del k --prefix

7.2 etcd 事務

因為 etcd 本身就是 raft 強一致性的中間件，保證了 CAP 理論里的 CP。etcd 無論單機還是集群都支持事務，它內部使用了 MVCC 多版本并發控制機制。

Redis 保證了 CAP 理論里的 AP，屬于最終一致性。

Redis 通過 multi + watch 命令并?不能保障事務，Redis 官方文檔里說 Redis 設計就是為了高性能，一致性保障并不是最主要的。

  1. ??MULTI+WATCH?的缺陷??

    • 僅提供樂觀鎖（CAS），若?WATCH?的鍵被其他客戶端修改，事務會失敗。
    • 無回滾機制，失敗后需手動重試。

所以 Redis 里實現事務只能通過 Lua 腳本?來實現。

  1. ??Lua 腳本的原子性??

    • 雖然單線程執行 Lua 能保證原子性，但：不支持跨鍵事務（所有操作必須在同一個腳本中）
    • 也就是說 cluster 分片集群模式下，lua 腳本可能無法保障事務。

場景舉例：

你要同時更新一個用戶的郵箱和手機號

# 插入數據
etcdctl put /users/12345/email "old.address@johndoe.com"
etcdctl put /users/12345/phone "123-456-7890"

# 開啟事務
etcdctl txn --interactivecompares:
# 這里除了用value()，也可以使用version()版本號機制
value("/users/12345/email") = "old.address@johndoe.com"success requests (get, put, delete):
put /users/12345/email "new.address@johndoe.com"
put /users/12345/phone "098-765-4321"failure requests (get, put, delete):
get /users/12345/email

測試：?

1. Atomicity（原子性）

事務是原子的，要么所有操作都成功，要么一個都不執行。

只有 value("/users/12345/email") 等于?"old.address@johndoe.com"時，郵箱和手機號才會一起更新。 如果不是，則不會更新任何內容。

這保證了不會出現只更新了一半字段的尷尬情況。

2.?Consistency（一致性）

3. 注意點：避免在同一事務中對同一個 key 多次 put

? 錯誤示例：

# compares:
value(counter) = "1"# success requests:
put counter 2
put counter 3   # 同一個事務里又對 counter 執行一次 put，會導致沖突或不可預期結果

這種情況雖然可能不會報錯，但有時你不知道最終會落哪個值。etcd 沒法保證順序處理多次對同一個 key 的寫入。

? 正確方式：

每個事務里對同一個 key 最多只能 put 一次。

7.3. watch 實時監聽 key

etcdctl watch stock1

7.4. 設置 lease 租約

類似 redis 的 TTL 機制，但更強大（支持一個 leaseID 多鍵綁定、續租等）。

# 1. 創建一個 TTL=300秒 的租約（返回 Lease ID）
etcdctl lease grant 300
→ lease 2be7547fbc6a5afa granted with TTL(300s)# 2. 將鍵值對 "sample=value" 綁定到這個租約
etcdctl put sample value --lease=2be7547fbc6a5afa# 3. 獲取鍵值對（此時可以正常讀取）
etcdctl get sample
→ sample
→ value# 4. 手動續租（保持 Lease 存活，即重置為300秒）
etcdctl lease keep-alive 2be7547fbc6a5afa# 5. 主動撤銷租約（立即刪除所有關聯的鍵）
etcdctl lease revoke 2be7547fbc6a5afa# 6. 等待 300秒后（或撤銷后），鍵值對自動消失
etcdctl get sample
→ （無輸出，鍵已被刪除）

7.5. 分布式鎖

# 客戶端1
etcdctl lock lock1# 客戶端2，此時會阻塞，直到客戶端1釋放鎖
etcdctl lock lock1

7.6. 健康檢測

etcdctl endpoint status (--endpoints=$ENDPOINTS|--cluster)etcdctl endpoint health (--endpoints=$ENDPOINTS|--cluster)

關于etcd的分享就到這里了。

我是此林，關注我吧，帶你看不一樣的世界！?

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