46 Understanding etcd

46.1 Einführung

etcd ist eine verteilte, konsistente Key-Value-Datenbank, die in Kubernetes als primärer Datenspeicher für alle Cluster-Daten verwendet wird. Es ist ein zentraler Bestandteil der Kubernetes-Architektur, der eine zuverlässige Datenablage für die Cluster-Konfiguration und den Zustand bereitstellt. In diesem Kapitel werden wir die Grundlagen von etcd, seine Bedeutung für Kubernetes und die Verwaltung von etcd-Daten behandeln.

46.2 Grundlagen von etcd

etcd wurde von CoreOS entwickelt und ist eine stark konsistente, verteilte Key-Value-Datenbank, die das Raft-Konsensprotokoll verwendet, um Konsistenz und Verfügbarkeit in einem verteilten System zu gewährleisten. Es ist speziell für verteilte Systeme konzipiert und bietet Funktionen wie Leader-Wahl, Datensicherung und Wiederherstellung sowie eine einfache API zur Datenverwaltung.

46.2.1 Eigenschaften von etcd

• Starke Konsistenz: etcd garantiert, dass alle Datenänderungen in der richtigen Reihenfolge angewendet werden und alle Knoten im Cluster den gleichen Datenstand haben.
• Hohe Verfügbarkeit: Durch das Raft-Konsensprotokoll stellt etcd sicher, dass Daten auch bei Ausfällen einzelner Knoten verfügbar bleiben.
• Wiederherstellbarkeit: etcd unterstützt Datensicherung und -wiederherstellung, um Datenverluste zu vermeiden.
• Schnelle Lese- und Schreibvorgänge: etcd ist für hohe Leistungsfähigkeit optimiert und kann schnelle Lese- und Schreibvorgänge verarbeiten.

46.3 etcd in Kubernetes

In Kubernetes wird etcd als der zentrale Datenspeicher verwendet, in dem alle Konfigurationsdaten, Cluster-Zustände und Geheimnisse gespeichert werden. Jeder Kubernetes-Cluster hat eine etcd-Instanz oder ein etcd-Cluster, der von den Control Plane-Komponenten (API-Server, Scheduler und Controller-Manager) genutzt wird.

46.3.1 Kubernetes-Daten in etcd

• API-Objekte: Alle Kubernetes-API-Objekte wie Pods, Services, Deployments und ConfigMaps werden in etcd gespeichert.
• Konfigurationsdaten: Cluster-weite Konfigurationen und Einstellungen werden in etcd abgelegt.
• Geheimnisse: Sensible Daten wie Passwörter und Tokens werden als Secrets in etcd gespeichert.

46.4 Verwaltung von etcd

46.4.1 Sicherung von etcd

Eine regelmäßige Sicherung von etcd ist entscheidend, um Datenverlust zu vermeiden und eine schnelle Wiederherstellung im Falle eines Fehlers zu ermöglichen.

Beispiel: etcd-Sicherung durchführen:

ETCDCTL_API=3 etcdctl snapshot save snapshot.db --endpoints=<etcd-endpoint> --cacert=<path-to-cafile> --cert=<path-to-certfile> --key=<path-to-keyfile>

46.4.2 Wiederherstellung von etcd

Im Falle eines Datenverlusts oder einer Beschädigung kann etcd aus einer Sicherung wiederhergestellt werden.

Beispiel: etcd aus einer Sicherung wiederherstellen:

ETCDCTL_API=3 etcdctl snapshot restore snapshot.db --data-dir=<new-etcd-data-dir>

46.4.3 Überwachung von etcd

Die Überwachung von etcd ist wichtig, um die Gesundheit und Leistungsfähigkeit des Clusters sicherzustellen. Wichtige Metriken umfassen Latenzzeiten, Speicherplatznutzung und Cluster-Zustand.

Beispiel: etcd-Cluster-Status prüfen:

ETCDCTL_API=3 etcdctl endpoint status --endpoints=<etcd-endpoint> --write-out=table

46.5 etcd-Cluster-Konfiguration

Ein etcd-Cluster besteht aus mehreren etcd-Knoten, die zusammenarbeiten, um hohe Verfügbarkeit und Fehlertoleranz zu gewährleisten. Die empfohlene Anzahl von Knoten in einem etcd-Cluster ist ungerade (z. B. drei, fünf oder sieben), um Split-Brain-Situationen zu vermeiden und die Konsensbildung zu erleichtern.

Beispiel: Konfiguration eines etcd-Clusters:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: etcd
  namespace: kube-system
spec:
  containers:
  - name: etcd
    image: quay.io/coreos/etcd:v3.4.13
    command:
    - /usr/local/bin/etcd
    - --data-dir=/var/lib/etcd
    - --name=etcd-0
    - --initial-advertise-peer-urls=http://etcd-0:2380
    - --listen-peer-urls=http://0.0.0.0:2380
    - --listen-client-urls=http://0.0.0.0:2379
    - --advertise-client-urls=http://etcd-0:2379
    - --initial-cluster=etcd-0=http://etcd-0:2380,etcd-1=http://etcd-1:2380,etcd-2=http://etcd-2:2380
    - --initial-cluster-state=new
    ports:
    - containerPort: 2379
    - containerPort: 2380
    volumeMounts:
    - name: etcd-data
      mountPath: /var/lib/etcd
  volumes:
  - name: etcd-data
    hostPath:
      path: /var/lib/etcd

etcd ist eine zentrale Komponente von Kubernetes, die eine zuverlässige und konsistente Speicherung aller Cluster-Daten ermöglicht. Ein tiefes Verständnis von etcd, seiner Konfiguration, Sicherung und Wiederherstellung ist entscheidend für die Verwaltung und den Betrieb von Kubernetes-Clustern. Durch die regelmäßige Überwachung und Sicherung von etcd kann die Integrität und Verfügbarkeit der Cluster-Daten sichergestellt werden.