3. etcd 数据模型：key-value 存储结构、版本号与 MVCC、租约（Lease）与 watch 机制

etcd 作为分布式键值存储系统，其数据模型直接决定了灾备场景下的恢复粒度与缓存一致性策略。理解 key-value 存储结构、多版本并发控制（MVCC）以及租约与 watch 机制，是优化灾备 RPO 的理论基础。

3.1 分层 key-value 存储结构

etcd 将所有数据组织为扁平的 key-value 对，但内部采用 分层目录结构 的逻辑视图。Key 被设计为类似文件系统的路径格式，例如 /coredns/config 或 /calico/ipam/v2/host/。这种设计便于按前缀进行范围查询与 watch。

3.2 版本号与 MVCC 机制

etcd 采用 多版本并发控制（MVCC） 来管理 key 的每一次变更。每个 key 的每次写操作都会生成一个新的版本号，旧版本数据不会被立即删除，而是保留在历史版本链中。这一机制是时间点恢复（PITR）和增量备份的核心支撑。

3.2.1 版本号体系

etcd 维护三个层次的版本号：

• 全局版本号（revision）： 单调递增的整数，每次事务提交时递增。用于标识整个存储的全局时序。
• Key 子版本号（mod_revision）： 该 key 最近一次被修改时的全局 revision。
• Key 创建版本号（create_revision）： 该 key 被创建时的全局 revision。

# 查看 key 的版本信息
etcdctl get /app/config -w json
{
  "header": {
    "revision": 1024,          # 当前全局版本号
    "raft_term": 5
  },
  "kvs": [
    {
      "key": "L2FwcC9jb25maWc=",
      "create_revision": 512,   # 创建时的 revision
      "mod_revision": 1024,     # 最近修改时的 revision
      "version": 3,             # 该 key 被修改的次数
      "value": "e30="
    }
  ]
}

3.2.2 MVCC 与历史版本压缩

etcd 通过 压缩（Compaction） 机制定期清理历史版本，防止存储无限增长。压缩操作会删除指定 revision 之前的所有历史版本，释放磁盘空间。

3.2.3 MVCC 在灾备中的价值

MVCC 允许备份工具通过 指定 revision 进行一致性快照读取，无需加锁。例如，etcdctl snapshot save 在内部使用 MVCC 读取当前 revision 的完整快照，保证备份数据的一致性。

# 基于指定 revision 读取历史数据（PITR 查询）
etcdctl get /app/config --rev=800

3.3 租约（Lease）与 watch 机制

租约和 watch 是 etcd 实现分布式协调与实时感知的核心机制，直接影响缓存命中率与灾备切换速度。

3.3.1 租约（Lease）

租约是一个 带 TTL 的轻量级对象，用于管理 key 的自动过期。租约可以关联多个 key，当租约过期或被撤销时，所有关联的 key 自动删除。

# 创建 10 秒 TTL 的租约
etcdctl lease grant 10
lease 694d7b2f8a1f

# 将 key 绑定到租约
etcdctl put /service/leader --lease=694d7b2f8a1f

# 续约
etcdctl lease keep-alive 694d7b2f8a1f

3.3.2 watch 机制

watch 允许客户端监听 key 或前缀的变更事件（创建、更新、删除）。etcd 保证事件按 revision 顺序 投递，且支持从指定 revision 开始回溯。

• 事件类型： PUT（创建/更新）、DELETE（删除）
• 监听粒度： 单 key、前缀、范围
• 回溯能力： 指定 --rev 参数从历史 revision 开始监听

# 监听 /app/config 的变更，从当前 revision 开始
etcdctl watch /app/config

# 监听 /app/ 前缀下的所有变更，从 revision 1000 开始回溯
etcdctl watch /app/ --prefix --rev=1000

3.3.3 租约与 watch 在缓存命中中的协同

在灾备缓存场景中，租约用于控制缓存数据的有效期，watch 用于实时刷新缓存，两者结合可大幅提升缓存命中率。

// 伪代码：缓存刷新逻辑
func watchAndRefreshCache(client *etcd.Client, key string) {
    // 1. 初始加载当前值
    resp, _ := client.Get(ctx, key)
    cache.Set(key, resp.Kvs[0].Value)
    
    // 2. 从当前 revision 开始 watch
    watchChan := client.Watch(ctx, key, clientv3.WithRev(resp.Header.Revision+1))
    
    // 3. 持续监听变更
    for wresp := range watchChan {
        for _, ev := range wresp.Events {
            switch ev.Type {
            case mvccpb.PUT:
                cache.Set(key, string(ev.Kv.Value))
            case mvccpb.DELETE:
                cache.Delete(key)
            }
        }
    }
}

3.4 数据模型与灾备 RPO 的关系总结

下表梳理了 etcd 数据模型各组件对灾备 RPO 的直接影响：