使用etcd选举sdk实践master/slave故障转移

本次将记录[利用etcd选主sdk实践master/slave高可用]， 并利用etcdctl原生脚本验证选主sdk的工作原理。

master/slave高可用集群

本文目标

在异地多机房部署节点，slave作为备用实例启动，但不接受业务流量， 监测到master宕机，slave节点自动提升为master并接管业务流量。

基本思路

各节点向etcd注册带租约的节点信息， 并各自维持心跳保活，选主sdk根据目前存活的、最早创建的节点信息键值对 来决定leader， 并通过watch机制通知业务代码leader变更。

讲道理，每个节点只需要知道两个信息就能各司其职

• 谁是leader > 当前节点是什么角色=> 当前节点该做什么事情
• 感知集群leader变更的能力 ===》当前节点现在要不要改变行为

除了官方etcd客户端go.etcd.io/etcd/client/v3， 还依赖go.etcd.io/etcd/client/v3/concurrency package：实现了基于etcd的分布式锁、屏障、选举

选主过程	实质	api
竞选前先查询leader了解现场	查询当前存活的，最早创建的kv值	*concurrency.Election.Leader()
初始化时，各节点向etcd阻塞式竞选	各节点向etcd注册带租约的键值对	*concurrency.Election.compaign
建立master/slave集群，还能及时收到变更通知	通过chan传递最新的leader value	*concurrency.Election.Observe()

重点解读

1.初始化etcd go客户端

注意：etcd客户端和服务端是通过grpc来通信，目前新版本的etcd客户端默认使用非阻塞式连接， 也就是说v3.New函数仅表示从指定配置创建etcd客户端。

为快速确定etcd选举的可用性，本实践使用阻塞式创建客户端：

cli, err := v3.New(v3.Config{
		Endpoints:   addr,
		DialTimeout: time.Second * 5,
		DialOptions: []grpc.DialOption{grpc.WithBlock()},
	})
	if err != nil {
		log.WithField("instance", Id).Errorln(err)
		return nil, err
	}

2. 竞选

使用阻塞式命令compaign竞选之前，应先查询当前leader

// 将id：ip：port作为竞选时写入etcd的value
func (c *Client) Election(id string, notify chan<- bool) error {
	//竞选前先试图去了解情况
	ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), time.Second*3)
	defer cancel()
	resp, err := c.election.Leader(ctx)
	if err != nil {
		if err != concurrency.ErrElectionNoLeader {
			return err
		}
	} else { // 已经有leader了
		c.Leader = string(resp.Kvs[0].Value)
		notify <- (c.Leader == id)
	}

	if err = c.election.Campaign(context.TODO(), id); err != nil {
		log.WithError(err).WithField("id", id).Error("Campaign error")
		return err
	} else {
		log.Infoln("Campaign success!!!")
		c.Leader = id
		notify <- true
	}
	c.election.Key()
	return nil
}

竞选：election.Campaign(val) 的实质是将K:V（节点id）添加到etcd， 并给于10s的TTL保活

过程	输出	备注
etcdctl lease grant 10	lease 694d813d3a3ccbfb granted with TTL(10s)
etcdctl lease keep-alive 694d813d3a3ccbfb	lease 694d813d3a3ccbfb keepalived with TTL(20)......	NewSession(ttl:10s) 默认创建带keep-alive的lease
etcdctl put --lease=694d813d3a3ccbfb /merc/694d813d3a3ccbfb id	ok	使用绑定到节点保活会话的 leaseId作为参选的节点标识

etcd v3 从逻辑上是一个扁平的二进制键空间，此处产生的key以keyprefix 为前缀，我们需要在该keyprefix下全局定位几个参与竞选的节点，这里使用绑定到参选节点的leaseId。
etcd v2 从逻辑上是一个带阶级的树形结构（有文件夹）

func (e *Election) Campaign(ctx context.Context, val string) error {
	s := e.session
	client := e.session.Client()

	k := fmt.Sprintf("%s%x", e.keyPrefix, s.Lease())
	txn := client.Txn(ctx).If(v3.Compare(v3.CreateRevision(k), "=", 0))
	txn = txn.Then(v3.OpPut(k, val, v3.WithLease(s.Lease())))
	txn = txn.Else(v3.OpGet(k))
	resp, err := txn.Commit()
	if err != nil {
		return err
	}
	e.leaderKey, e.leaderRev, e.leaderSession = k, resp.Header.Revision, s
	if !resp.Succeeded {
		kv := resp.Responses[0].GetResponseRange().Kvs[0]
		e.leaderRev = kv.CreateRevision
		if string(kv.Value) != val {
			if err = e.Proclaim(ctx, val); err != nil {
				e.Resign(ctx)
				return err
			}
		}
	}

当选： 当前存活的、最早创建的key是leader ， 也就是说master/slave故障转移并不是随机的。

3. watch leader变更

golang使用信道完成goroutine通信，

本例声明信道： notify = make(chan bool, 1)

一石二鸟：标记集群leader是否发生变化；信道内传值表示当前节点是否是leader

func (c *Client) Watchloop(id string, notify chan<- bool) error {
	ch := c.election.Observe(context.TODO()) // 观察leader变更
	tick := time.NewTicker(c.askTime)

	defer tick.Stop()
	for {
		var leader string

		select {
		case _ = <-c.sessionCh:
			log.Warning("Recv session event")
			return fmt.Errorf("session Done") // 一次续约不稳，立马退出程序
		case e := <-ch:
			log.WithField("event", e).Info("watch leader event")
			leader = string(e.Kvs[0].Value)
			ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), time.Second*3)
			defer cancel()
			resp, err := c.election.Leader(ctx)
			if err != nil {
				if err != concurrency.ErrElectionNoLeader {
					return err
				} else { // 目前没leader，开始竞选了
					if err = c.election.Campaign(context.TODO(), id); err != nil {
						log.WithError(err).WithField("id", id).Error("Campaign error")
						return err
					} else { // 竞选成功
						leader = id
					}
				}
			} else {
				leader = string(resp.Kvs[0].Value)
			}
		}
		if leader != c.Leader {
			log.WithField("before", c.Leader).WithField("after", leader == id).Info("leader changed")
			notify <- (leader == id)
		}
		c.Leader = leader
	}
}

c.election.Observe(context.TODO()) 返回最新的leader信息，配合select case控制结构能够及时拿到leader变更信息。

如题：通过Leader字段和chan <- bool， 掌控了整个选举集群的状态， 可根据这两个信息去完成业务上的master/slave故障转移。

使用etcdctl确定leader

election.Leader的源码证明了[当前存活的，最早创建的kv为leader]

// Leader returns the leader value for the current election.
func (e *Election) Leader(ctx context.Context) (*v3.GetResponse, error) {
	client := e.session.Client()
	resp, err := client.Get(ctx, e.keyPrefix, v3.WithFirstCreate()...)
	if err != nil {
		return nil, err
	} else if len(resp.Kvs) == 0 {
		// no leader currently elected
		return nil, ErrElectionNoLeader
	}
	return resp, nil
}

等价于./etcdctl --endpoints=127.0.0.1:2379 get /merc --prefix --sort-by=CREATE --order=ASCEND --limit=1

--prefix 正如上面所言:使用绑定到节点保活会话的leaseId作为参选的节点标识， 这里我们指定--prefix /merc筛选key
--sort-by ：以x标准(创建时间)检索数据
-- order ： 以升降序对已检出的数据排序
-- limit： 从已检出的数据中取x条数据显示

这里留一个疑问：当前存活的，最早创建的节点: 如何定义最早创建的节点？