工作需要，这周研究了一下etcd备份恢复的方案。看起来还是挺简单的，但是在实际演练过程中，操作中的失误导致了etcd的数据全丢完了，幸好是在测试环境，在线上环境已经卷铺盖走人了。简单记录一下遇到的一些问题。
备份需要使用etcdctl工具：
ETCDCTL_API=3 etcdctl --endpoints $ENDPOINT snapshot save snapshot.db
恢复时使用etcdutl工具，旧版本的恢复功能也集成在etcdctl中，使用如下指令，就可以从snapshot.db文件上恢复起来一个新的etcd集群
$ etcdutl snapshot restore snapshot.db \
--name m1 \
--initial-cluster m1=http://host1:2380,m2=http://host2:2380,m3=http://host3:2380 \
--initial-cluster-token etcd-cluster-1 \
--initial-advertise-peer-urls http://host1:2380
--data-dir
$ etcdutl snapshot restore snapshot.db \
--name m2 \
--initial-cluster m1=http://host1:2380,m2=http://host2:2380,m3=http://host3:2380 \
--initial-cluster-token etcd-cluster-1 \
--initial-advertise-peer-urls http://host2:2380
$ etcdutl snapshot restore snapshot.db \
--name m3 \
--initial-cluster m1=http://host1:2380,m2=http://host2:2380,m3=http://host3:2380 \
--initial-cluster-token etcd-cluster-1 \
--initial-advertise-peer-urls http://host3:2380
etcd server 收到snapshot请求后，将调用backend存储引擎的snapshot接口，获得一份snapshot数据，然后将snapshot数据写入到pipe中，释放掉snapshot（防止长时间ping住snapshot导致过期page无法被释放），后面的发送逻辑会从pipe中读取数据发送回给客户端。
func (ms *maintenanceServer) Snapshot(sr *pb.SnapshotRequest, srv pb.Maintenance_SnapshotServer) error {
snap := ms.bg.Backend().Snapshot()
pr, pw := io.Pipe()
defer pr.Close()
go func() {
snap.WriteTo(pw)
if err := snap.Close(); err != nil {
ms.lg.Warn("failed to close snapshot", zap.Error(err))
}
pw.Close()
}()
// 发送snapshot数据
...
...
}
再来看看backend引擎的snapshot逻辑，先调用了一次事务提交，这个和etcd本身的事务逻辑有关，etcd的已提交事务并不是立即写入到持久化引擎boltdb中的，会先写到backend的缓存中，定期刷到boltdb中，此时要做snapshot，需要先将cache的事务提交到boltdb中，然后调用boltdb的事务接口，创建一个读事务，返回给上层，上层可以通过这个读事务获取到一个snapshot文件。boltdb的后续单独介绍。
func (b *backend) Snapshot() Snapshot {
b.batchTx.Commit()
b.mu.RLock()
defer b.mu.RUnlock()
tx, err := b.db.Begin(false)
if err != nil {
b.lg.Fatal("failed to begin tx", zap.Error(err))
}
stopc, donec := make(chan struct{}), make(chan struct{})
dbBytes := tx.Size()
...
...
return &snapshot{tx, stopc, donec}
}
恢复的功能是有etcdutl工具独立完成的，核心函数为restore，除去大量的参数校验和准备工作外，最核心的就是剩下的这三个函数。
// Restore restores a new etcd data directory from given snapshot file.
func (s *v3Manager) Restore(cfg RestoreConfig) error {
...
...
// 清理备份文件中的raft元信息
if err = s.saveDB(); err != nil {
return err
}
// 将备份文件恢复为raft启动需要的wal和snapshot文件
hardstate, err := s.saveWALAndSnap()
if err != nil {
return err
}
// 更新index信息到boltdb中
if err := s.updateCIndex(hardstate.Commit, hardstate.Term); err != nil {
return err
}
...
...
}
咱们一个一个函数看，在saveDB函数中会将备份数据拷贝到对应目录中，然后删除备份数据中的raft元信息。备份恢复的目的是在当前数据集上恢复一个新的raft集群起来，所以只需要备份数据中的用户数据，raft元数据相关的信息直接抹除即可。
func (s *v3Manager) saveDB() error {
// 将备份数据放到对应目录中
err := s.copyAndVerifyDB()
if err != nil {
return err
}
be := backend.NewDefaultBackend(s.lg, s.outDbPath())
defer be.Close()
// 删除备份数据中的raft元信息
err = schema.NewMembershipBackend(s.lg, be).TrimMembershipFromBackend()
if err != nil {
return err
}
return nil
}
来看下一个函数，最终要的过程，如何从备份数据上恢复出来对应的wal文件和snapshot文件。简单来看，这个函数就干了几件事儿：
func (s *v3Manager) saveWALAndSnap() (*raftpb.HardState, error) {
...
...
// 将raft信息写入到boltdb中
for _, m := range s.cl.Members() {
s.cl.AddMember(m, true)
}
// 初始化集群的meta信息，nodeID和clusterID，创建wal文件并写入meta信息
m := s.cl.MemberByName(s.name)
md := &etcdserverpb.Metadata{NodeID: uint64(m.ID), ClusterID: uint64(s.cl.ID())}
metadata, merr := md.Marshal()
w, walerr := wal.Create(s.lg, s.walDir, metadata)
// 为每个节点初始化配置变更日志
ents := make([]raftpb.Entry, len(peers))
nodeIDs := make([]uint64, len(peers))
for i, p := range peers {
nodeIDs[i] = p.ID
cc := raftpb.ConfChange{
Type: raftpb.ConfChangeAddNode,
NodeID: p.ID,
Context: p.Context,
}
d, err := cc.Marshal()
if err != nil {
return nil, err
}
ents[i] = raftpb.Entry{
Type: raftpb.EntryConfChange,
Term: 1,
Index: uint64(i + 1),
Data: d,
}
}
// 初始化raft 的term和日志提交信息，并保存到hardState中
commit, term := uint64(len(ents)), uint64(1)
hardState := raftpb.HardState{
Term: term,
Vote: peers[0].ID,
Commit: commit,
}
// 将日志和hard state持久化到wal中
if err := w.Save(hardState, ents); err != nil {
return nil, err
}
// 为当前的状态机（恢复出的数据）创建一份raft snapshot，并将对应的snapshot信息写入到wal日志中。
b, berr := st.Save()
if berr != nil {
return nil, berr
}
confState := raftpb.ConfState{
Voters: nodeIDs,
}
raftSnap := raftpb.Snapshot{
Data: b,
Metadata: raftpb.SnapshotMetadata{
Index: commit,
Term: term,
ConfState: confState,
},
}
sn := snap.New(s.lg, s.snapDir)
if err := sn.SaveSnap(raftSnap); err != nil {
return nil, err
}
snapshot := walpb.Snapshot{Index: commit, Term: term, ConfState: &confState}
return &hardState, w.SaveSnapshot(snapshot)
}
在上述备份恢复的过程中，中间有个步骤会为集群生成一个cluster id。在某些时候错误部署etcd集群后，经常也能看到一个报错信息，“remote cluster member id mismatch”。我们来具体看看这个cluster id到底是什么。根据官网的解释，cluster id是一个集群的标识符，每个集群都有一个cluster id，如果两个节点间的cluster id不一致，说明他们不是一个集群的。下面来看看这个cluster id是怎么生成的
新集群的cluster id生成非常简单，直接看代码，首先会根据用户的配置信息生成集群member信息，然后根据集群member信息生成一个hash值作为cluster id，所以多个机器上，以同一个集群配置启动多节点etcd，他们之间的cluster id是一样的，所以他们之间是可以通信并且组成raft集群的。
参数中还有个token参数，在创建集群时由–initial-cluster-token参数指定，如不指定会使用默认值，这个参数相当于在hash计算cluster id时加盐，即最终：clusterID = hash（集群初始配置… , initial-cluster-token）
这个逻辑和上述备份恢复时etcdutl工具的逻辑是一样的，恢复工具也会用参数中的集群配置生成cluster id。
func NewClusterFromURLsMap(lg *zap.Logger, token string, urlsmap types.URLsMap, opts ...ClusterOption) (*RaftCluster, error) {
c := NewCluster(lg, opts...)
// 根据配置信息初始化集群信息
for name, urls := range urlsmap {
...
...
c.members[m.ID] = m
}
// 根据集群信息生成一个hash值作为member id
c.genID()
return c, nil
}
对于有数据的节点，重启后，不需要重新计算cluster id，直接从wal中读取即可，etcdutl工具对备份数据恢复的过程中也能看到将生成的cluster id写到了wal中。也就是说只有集群初始化才会生成cluster id，一旦生成，不再变更，即使集群节点有配置变更，也不会再影响cluster id。
启动一个节点加入到已有集群中，需要在启动时设着标记位 initial-cluster-state为existing，代码中会判断这个标记位，如果是新加入到集群中的节点会走到如下逻辑中，从远端节点中拉取集群信息，并将cluster id赋值给本地，当然中间有很多校验逻辑，比如比较远端cluster中的配置节点是否和本地的一致。
func getClusterFromRemotePeers(lg *zap.Logger, urls []string, timeout time.Duration, logerr bool, rt http.RoundTripper) (*membership.RaftCluster, error) {
if lg == nil {
lg = zap.NewNop()
}
cc := &http.Client{
Transport: rt,
Timeout: timeout,
}
// 尝试从一个节点获取cluster 配置信息
for _, u := range urls {
addr := u + "/members"
resp, err := cc.Get(addr)
...
...
//使用远端的cluster 配置初始化本地节点，中间有很多校验逻辑，如果成功，那么会将cluster id赋值给本地节点
return membership.NewClusterFromMembers(lg, id, membs), nil
...
}
return nil, fmt.Errorf("could not retrieve cluster information from the given URLs")
}
我自己维护了一个3副本的etcd集群，有三个节点分别是e1,e2,e3，因为一些意外，其中e1和e3挂掉了，而且数据文件被破坏了，无法重启这两个进程。然后就开始了修复：
提问：这时候有出现了一个令人疑惑的问题，为什么e3加入了raft集群后，没有从e1或e2上同步数据？raft说好的保证数据强一致呢？
回答：raft确实不背这个锅，因为e1和e2也是备份恢复出的节点，从上面恢复逻辑能看到，恢复出来的节点只有几条日志，此时e3启动，从leader节点同步日志，很快就同步完成了，并不能通过install snapshot的操作实现数据同步。除非等待e1和e2运行一段时间，让日志被compact掉，再启动e3，就会触发raft的install snapshot逻辑，最终让e3得到全量的数据。