Etcd、Etcdctl 应用实践

1. Etcd 基本介绍

Etcd 是一个分布式 Key/Value 的存储系统，通过分布式锁、leader 选举、写屏障(write barriers) 实现了分布式协作，提供高可用、持久化数据存储和检索服务。

工作原理

每个 Etcd 节点都存储了一份完整的数据，任意时刻至多存在一个主节点。主节点处理所有来自客户端的写请求，并且通过 Raft 协议同步到其他节点。

存储原理

Etcd 数据持久化使用 WAL (write ahead log，预写式日志) 格式，在提交之前先写入 WAL，默认每 1W 条记录，做完快照之后，WAL 文件会被删除。

Etcd 在内存中，以 B 树对 Key 值建立索引，在磁盘中，以 B+ 树对 Value 进行存储记录历史版本。

2. Etcd 节点数要求

Etcd 节点越多，容错能力越强，写性能越差。官方推荐的 etcd 集群节点数量为 3，5，7。Etcd 集群最少需要 [N/2] + 1 个节点工作，才能保证集群正常。下面是集群节点数和最大容错节点数量对应表：

节点数	最大容错
1	0
3	1
4	1
5	2
6	2
7	3
8	3
9	4

奇数个节点与偶数个节点，具有相同的容错能力。

3. 硬件环境要求

3.1 限制 Etcd 性能的因素

Etcd 对内存和 CPU 消耗并不高，足够就行。

一次 Etcd 请求的最小时间 = 成员节点之间的网络往返时延 + 收到数据之后进行持久化的时延。因此，Etcd 的性能主要受两方面的约束：

网络
磁盘

多节点的 Etcd 集群成员节点应该尽量部署在同一个数据中心，减少网络时延。同一数据中心内，不同节点的网络情况通常是非常好的，如果需要测试可以使用 ping 或 tcpdump 命令进行分析。下面主要讨论看看推荐的配置和硬盘 IO 测试方法。

3.2 CPU、内存建议配置

Cluster Node	Data Size	vCPUs	Memory (GB)	Max concurrent IOPS	Disk bandwidth (MB/s)
50	no more than 100 MB	2	8	3600	56.25
250	no more than 500 MB	4	16	6000	93.75
1000	no more than 1 GB	8	32	8000	125
3000	more than 1 GB	16	64	16,000	250

3.3 硬盘 IOPS 测试方法

Etcd 对磁盘写入延时非常敏感，通常要求达到 50 IOPS 以上，对于高负载的集群应该达到 500 IOPS 。常用的磁盘基准测试工具 diskbench 、 fio 。这里以 CentOS 上使用 fio 为例：

查看磁盘信息

fdisk -l

Disk /dev/vda: 107.4 GB, 107374182400
...
Disk /dev/vdb: 34.4 GB, 34359738368

安装 fio

io 测试

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3

fio -filename=/dev/vda -direct=1 -iodepth 64 -thread -rw=randwrite  -ioengine=libaio -bs=4K  -numjobs=8 -runtime=120 -group_reporting -name=test1

    write: IOPS=1288, BW=5153KiB/s (5277kB/s)(605MiB/120206msec)

1
2
3

fio -filename=/dev/vda -direct=1 -iodepth 64 -thread -rw=write  -ioengine=libaio -bs=512K  -numjobs=8 -runtime=120 -group_reporting -name=test2

    write: IOPS=102, BW=51.1MiB/s (53.6MB/s)(2453MiB/48023msec)

其中，filename 为测试设备，更多参数可以查看上面的 GitHub 链接。这里得到 IOPS 为 1288，磁盘带宽为 53.6 MB/s 。

4. 安装 Etcdctl

export ETCD_VER=v3.4.10
export ETCD_DIR=etcd-download
export DOWNLOAD_URL=https://github.com/coreos/etcd/releases/download

mkdir ${ETCD_DIR}
cd ${ETCD_DIR}
wget ${DOWNLOAD_URL}/${ETCD_VER}/etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64.tar.gz
tar -xzvf etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64.tar.gz

cp etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64/etcdctl /usr/local/bin/

在使用 Etcdctl 过程中，需要节点证书。有两种方式提供证书：

在命令行中

`1`	`ETCDCTL_API=3 etcdctl --cacert=/etc/ssl/etcd/ssl/ca.pem --cert=/etc/ssl/etcd/ssl/node-node1.pem --key=/etc/ssl/etcd/ssl/node-node1-key.pem endpoint health`

或者

ETCDCTL_API=3 etcdctl \
  --cacert=/etc/kubernetes/pki/etcd/ca.crt \
  --cert=/etc/kubernetes/pki/etcd/server.crt \
  --key=/etc/kubernetes/pki/etcd/server.key \
  endpoint health

这样就要求，每条 Ectdctl 命令都需要加上证书和版本相关参数。

通过环境变量注入

export ETCDCTL_API=3
export ETCDCTL_CACERT=/etc/ssl/etcd/ssl/ca.pem
export ETCDCTL_CERT=/etc/ssl/etcd/ssl/node-node1.pem
export ETCDCTL_KEY=/etc/ssl/etcd/ssl/node-node1-key.pem

或者

export ETCDCTL_API=3
export ETCDCTL_CACERT=/etc/kubernetes/pki/etcd/ca.crt
export ETCDCTL_CERT=/etc/kubernetes/pki/etcd/server.crt
export ETCDCTL_KEY=/etc/kubernetes/pki/etcd/server.key

可以将这些环境变量设置在 /etc/profile 中，然后 source /etc/profile ，就可以直接使用下面的命令进行操作。

`1`	`etcdctl endpoint health`

5. Etcdctl 常见运维操作

查看节点是否为 Leader

`1`	`curl http://127.0.0.1:2381/metrics \|grep etcd_server_is_leader`

尽量先操作 slave 节点，避免影响集群的正常工作。

获取 etcd 版本

查看集群状态

`1`	`etcdctl endpoint status --write-out=table`

查看节点

`1`	`etcdctl member list --write-out=table`

碎片整理，集群生效

数据压缩，单节点生效

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rev=$(etcdctl endpoint status --write-out="json" | egrep -o '"revision":[0-9]*' | egrep -o '[0-9].*')
echo $rev
etcdctl compact $rev

增删节点

增加节点

`1`	`etcdctl member add etcd-member-node http://192.168.11.102:2383`

删除节点

`1`	`etcdctl member remove 9855cd41eff59e2b`

备份和恢复

备份

`1`	`etcdctl snapshot save snapshot-xxx.db`

恢复时，需要停止全部 apiserver、etcd 实例，删除当前的 etcd 数据，然后拷贝备份数据到每个 etcd 节点上，执行命令

`1`	`etcdctl snapshot restore snapshot-xxx.db`

查看集群状态

`1`	`etcdctl endpoint health`

查看全部节点的 revision

`1`	`etcdctl endpoint status --write-out=json \| jq -r '.[] \| "\(.endpoint) \(.Status.header.revision)"'`

扩容 etcd DB 存储大小(Pod 版)

`1`	`vim /etc/kubernetes/manifests/etcd.yaml`

添加一下参数，默认是 2GB 调整为 8GB。

`1`	`- --quota-backend-bytes=8589934592`

建议也顺便调整下监控的地址

`1`	`- --listen-metrics-urls=http://0.0.0.0:2381`

重启 etcd

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mv /etc/kubernetes/manifests/etcd.yaml ./
mv ./etcd.yaml /etc/kubernetes/manifests/

扩容 etcd DB 存储大小(Systemd 版)

添加一下参数，默认是 2GB 调整为 8GB。

`1`	`ETCD_QUOTA_BACKEND_BYTES=8589934592`

建议也顺便调整下监控的地址，监听在 0.0.0.0 上。

`1`	`ETCD_LISTEN_METRICS_URLS=http://0.0.0.0:2381`

重启 etcd

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systemctl daemon-reload
systemctl restart etcd
systemctl status etcd

清理 alerm

如果 etcd 发生了异常，可能会触发报警，可以通过下面的命令清理报警后恢复使用

增删改查

具体某个 Key

`1`	`etcdctl get /registry/namespaces/default`

根据前缀查询

`1`	`etcdctl get / --prefix --keys-only`

增加/修改

`1`	`etcdctl put key newVaule`

6. 查看 Etcd 证书

ETCD_CERT_DIR="/etc/kubernetes/pki/etcd"

for cert in "$ETCD_CERT_DIR"/*.crt; do
  echo "===== $cert ====="
  openssl x509 -in "$cert" -noout -dates -text | grep -E 'DNS|IP|notAfter|notBefore'
  echo
done

7. 更新 etcd 证书

有次遇到报错 {“level”:“warn”,“ts”:“2025-12-15T01:37:34.735Z”,“caller”:“embed/config_logging.go:160”,“msg”:“rejected connection”,“remote-addr”:“10.10.101.131:28508”,“server-name”:"",“ip-addresses”:[“10.10.101.196”,“127.0.0.1”,"::1"],“dns-names”:[“mycluster-master-01”,“localhost”],“error”:“tls: "10.10.101.131" does not match any of DNSNames ["mycluster-master-01" "localhost"]”}, 更新证书后解决了这个问题。

需要在每个节点上操作。

备份证书

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cp -a /etc/kubernetes/pki/etcd /etc/kubernetes/pki/etcd.bak.$(date +%F)

ls -l /etc/kubernetes/pki/etcd.bak.*

清理旧证书

`1`	`rm -rf /etc/kubernetes/pki/etcd/{healthcheck-client.key,peer.key,server.key,healthcheck-client.crt,peer.crt,server.crt}`

创建新证书配置文件

每个节点的 InitConfiguration 不同，而 ClusterConfiguration 相同。

cat > /root/kubeadm-etcd-cert.yaml <<EOF
apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta3
kind: InitConfiguration
nodeRegistration:
  name: mycluster-worker-03
localAPIEndpoint:
  advertiseAddress: 10.10.10.19
---
apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta3
kind: ClusterConfiguration
etcd:
  local:
    serverCertSANs:
      - 127.0.0.1
      - localhost
      - 10.10.10.196
      - 10.10.10.131
      - 10.10.10.48
      - mycluster-master-01
      - mycluster-master-02
      - mycluster-master-03
      - mycluster-worker-03
      - 10.10.10.19
    peerCertSANs:
      - 127.0.0.1
      - localhost
      - 10.10.10.196
      - 10.10.10.131
      - 10.10.10.48
      - mycluster-master-01
      - mycluster-master-02
      - mycluster-master-03
      - mycluster-worker-03
      - 10.10.10.19
EOF

etcd 实例的只需要共用 ca.crt 和 ca.key，其它证书每个节点的 SANs 都不一样。这里使用相同的 ClusterConfiguration 配置不是最佳实践。

生成证书

kubeadm init phase certs etcd-server --config=/root/kubeadm-etcd-cert.yaml
kubeadm init phase certs etcd-peer   --config=/root/kubeadm-etcd-cert.yaml
kubeadm init phase certs etcd-healthcheck-client
kubeadm init phase certs apiserver-etcd-client

这样生成的证书有效期是一年。

重启 etcd 服务

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mv /etc/kubernetes/manifests/etcd.yaml /etc/kubernetes/etcd.yaml
mv /etc/kubernetes/etcd.yaml /etc/kubernetes/manifests/etcd.yaml

`1`	`systemctl restart kubelet`

不重启 kubelet 可能无法更新 etcd 静态 Pod，有时需要强制删除之前的 etcd Pod 才能更新。

查看 etcd 状态

ETCDCTL_API=3 etcdctl \
  --endpoints=https://127.0.0.1:2379 \
  --cacert=/etc/kubernetes/pki/etcd/ca.crt \
  --cert=/etc/kubernetes/pki/etcd/healthcheck-client.crt \
  --key=/etc/kubernetes/pki/etcd/healthcheck-client.key \
  endpoint health

8. 添加新 etcd 节点

设置环境变量

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export ETCD_NODE_NAME="mycluster-worker-03"
export ETCD_NODE_IP="10.10.10.19"

拷贝证书到新节点

`1`	`rsync -avz /etc/kubernetes/pki/ root@${ETCD_NODE_NAME}:/etc/kubernetes/pki/`

拷贝静态 Pod 到新节点

`1`	`scp /etc/kubernetes/manifests/etcd.yaml ${ETCD_NODE_NAME}:/etc/kubernetes/manifests/`

在新节点上修改 etcd.yaml 文件，加入新节点的 IP 和节点名。

`1`	`vim /etc/kubernetes/manifests/etcd.yaml`

- etcd
- --advertise-client-urls=https://10.10.10.19:2379
- --initial-advertise-peer-urls=https://10.10.10.19:2380
- --listen-client-urls=https://127.0.0.1:2379,https://10.10.10.19:2379
- --listen-peer-urls=https://10.10.10.19:2380
- --name=mycluster-worker-03
- --initial-cluster-state=existing
- --initial-cluster=节点名称=https://节点IP:2380,....

这里需要将拷贝过来的节点名称和 IP 修改为新节点的信息，同时在 initial-cluster 中加入新节点的信息。

在之前的 etcd 集群中增加节点

`1`	`ETCDCTL_API=3 etcdctl member add ${ETCD_NODE_NAME} --peer-urls=https://${ETCD_NODE_IP}:2380`

查看新节点状态

`1`	`etcdctl member list --write-out=table`

+------------------+---------+------------------------------+---------------------------+---------------------------+------------+
|        ID        | STATUS  |             NAME             |        PEER ADDRS         |       CLIENT ADDRS        | IS LEARNER |
+------------------+---------+------------------------------+---------------------------+---------------------------+------------+
| 1dedee291bb2dbf4 | started | mycluster-master-01 | https://10.10.10.196:2380 | https://10.10.10.196:2379 |      false |
| 3fc9d9f2f70c4eb1 | started | mycluster-master-03 |  https://10.10.10.48:2380 |  https://10.10.10.48:2379 |      false |
| 4e5bde4408acfe80 | started | mycluster-master-02 | https://10.10.10.131:2380 | https://10.10.10.131:2379 |      false |
| f81188de9fede0d3 | started | mycluster-worker-03 |  https://10.10.10.19:2380 |  https://10.10.10.19:2379 |      false |
+------------------+---------+------------------------------+---------------------------+---------------------------+------------+

9. 安装 etcdhelper

Etcdctl 不能直接查看数据内容，需要借助 Etcdhelper 工具。

安装

git clone https://github.com/openshift/origin.git
cd origin
go env -w GOPROXY=https://mirrors.aliyun.com/goproxy/,direct
go build tools/etcdhelper/etcdhelper.go
mv etcdhelper /usr/local/bin/

使用

`1`	`etcdhelper -cacert /etc/kubernetes/pki/etcd/ca.crt -key /etc/kubernetes/pki/etcd/server.key -cert /etc/kubernetes/pki/etcd/server.crt get /registry/pods/xxx/xxx`

得到 Etcd 中的 JSON 格式数据。

10. 参考

https://github.com/etcd-io/etcd/blob/master/Documentation/op-guide/hardware.md

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