2. etcd 基础回顾：Raft 协议、键值存储、Watch 机制、租约与鉴权模型

在深入多集群压测沙盘的权限矩阵复核之前，必须对 etcd 的核心基础组件建立精确的认知。etcd 是一个强一致性的分布式键值存储系统，其底层依赖 Raft 协议实现共识，上层通过键值存储、Watch 机制、租约和鉴权模型提供完整的分布式协调能力。本节将逐一拆解这些基础模块，为后续的权限矩阵分析与风险控制奠定技术基石。

2.1 Raft 协议：共识引擎

Raft 协议是 etcd 实现数据一致性的核心。它将分布式共识问题分解为三个子问题：领导者选举、日志复制和安全性。etcd 集群通常由奇数个节点组成（如 3、5、7），通过 Raft 协议确保所有节点上的数据最终一致。

Raft 协议的关键流程包括：

1. 领导者选举： Follower 在选举超时（election timeout）内未收到 Leader 心跳，则转为 Candidate，发起投票请求（RequestVote RPC）。获得多数票（N/2+1）的节点成为新 Leader。
2. 日志复制： Leader 将客户端写入请求封装为日志条目，通过 AppendEntries RPC 并行复制到所有 Follower。当日志条目被多数节点持久化后，Leader 提交该条目并通知 Follower。
3. 安全性： Raft 保证已提交的日志条目不会被覆盖，Leader 必须拥有最新的已提交日志。

以下 SVG 图展示了 Raft 协议在 3 节点集群中的日志复制与提交流程：

2.2 键值存储模型

etcd 的键值存储采用分层目录结构（类似文件系统），所有数据以键值对形式存储在 BoltDB（etcd v3 后端存储引擎）中。键值存储模型的核心概念包括：

etcd v3 的键值操作通过 gRPC API 暴露，核心操作包括 Put、Get、Delete、Txn（事务）。事务支持乐观锁（基于 Revision 比较），是实现分布式锁和配置更新的基础。

# 写入键值对
etcdctl put /app/config '{"port":8080}' --lease=12345

# 读取键值对（带版本号）
etcdctl get /app/config -w json

# 事务操作：比较 Revision 后更新
etcdctl txn --interactive
compares:
  value("/app/config") = "{\"port\":8080}"
success requests:
  put /app/config '{"port":9090}'
failure requests:
  get /app/config

2.3 Watch 机制：事件驱动

Watch 机制是 etcd 实现分布式协调的核心能力。客户端可以对某个键或键前缀注册 Watch，当键值发生变化（创建、更新、删除）时，etcd 会实时推送事件通知。Watch 机制基于 MVCC（多版本并发控制） 实现，支持从指定 Revision 开始回溯历史事件。

Watch 事件流包含以下字段：

• Type： PUT（创建/更新）或 DELETE（删除）。
• Key： 发生变化的键。
• Value： 变化后的值（仅 PUT 事件）。
• Revision： 触发该事件的全局版本号。

以下 SVG 图展示了 Watch 机制的事件流与客户端交互：

2.4 租约（Lease）机制

租约是 etcd 实现键值自动过期和分布式心跳的核心机制。租约是一个带有 TTL（生存时间）的计时器，客户端需要定期续约（KeepAlive）以维持租约有效。租约可以关联多个键，当租约过期时，所有关联的键会被自动删除。

租约在分布式锁、服务注册与发现、配置自动过期等场景中广泛应用。例如，服务实例启动时创建租约并关联注册键，通过后台 goroutine 定期续约；实例宕机后租约过期，注册键自动删除，实现服务自动摘除。

# 创建租约，TTL=60 秒
etcdctl lease grant 60
# 输出：lease 694d7f2b4e5c8f00 granted with TTL(60s)

# 关联键到租约
etcdctl put /services/app1 '{"addr":"10.0.0.1:8080"}' --lease=694d7f2b4e5c8f00

# 续约（每 30 秒执行一次）
etcdctl lease keep-alive 694d7f2b4e5c8f00

2.5 鉴权模型：RBAC 与权限控制

etcd v3 的鉴权模型基于 RBAC（基于角色的访问控制），核心组件包括：

• 用户（User）： 访问 etcd 的实体，可绑定角色。
• 角色（Role）： 权限集合，可授予用户。
• 权限（Permission）： 定义对键范围的操作类型（Read、Write、ReadWrite）。

权限通过 键范围（Key Range） 进行细粒度控制，支持前缀匹配和精确匹配。鉴权模型的关键特性：

以下 SVG 图展示了 RBAC 鉴权模型的完整架构：

2.6 基础回顾总结

etcd 的五大基础组件——Raft 协议、键值存储、Watch 机制、租约与鉴权模型——构成了分布式协调系统的完整技术栈。在后续的权限矩阵复核与风险控制课程中，我们将基于这些基础组件，深入分析多集群管理场景下的权限边界、鉴权性能瓶颈和潜在安全风险。