【ETCD】【实操篇（十九）】ETCD基准测试实战

1. 设定性能基准要求

首先，明确集群性能的目标，例如：

• 期望的吞吐量（QPS，查询每秒）和延迟（Latency）。
• 集群能处理的请求数和负载容量。
• 集群对读写操作的响应时间要求。

2. 使用基准测试工具

etcd 提供了基准测试工具，可以用来测试集群在不同负载下的表现。常用的测试项包括：

• 写入性能（QPS和延迟）
• 读取性能（线性化读取与可序列化读取的QPS和延迟）

基准测试命令

使用 etcd 附带的基准测试工具对集群进行测试。根据你设定的目标，测试不同负载下的性能。

例如：

• 测试写入性能：

  benchmark --endpoints=192.168.188.108:2384 --target-leader --conns=100 --clients=1000    put --key-size=8 --sequential-keys --total=10000 --val-size=256
  

  从主节点写，每秒约7173次。
  
  向所有节点写，每秒13940
  

1. benchmark
这是执行 etcd 性能基准测试的命令。它是 etcd 自带的一个工具，用于测试 etcd 集群的性能，主要评估集群的吞吐量（QPS）和延迟。

2. --endpoints=192.168.188.108:2384
指定了 etcd 集群的端点地址和端口。此参数告诉 benchmark 工具连接到哪个 etcd 实例进行性能测试。

192.168.188.108 是 etcd 节点的 IP 地址。
2384 是 etcd 的客户端访问端口。默认情况下，etcd 使用 2379 端口，但在此命令中使用了 2384。
3. --target-leader
此参数指定性能测试将发送到 etcd 集群中的领导节点。Raft 共识算法要求所有的写操作都必须由领导节点进行，因此该参数指定将所有请求发送给当前的领导节点。

如果不使用该参数，可能会将请求分发到集群中的任何节点，而不只是领导节点。
4. --conns=100
指定了与 etcd 节点的连接数。在性能测试中，模拟多个客户端连接到 etcd 集群进行操作。

这里设置了 100 个并发连接，每个连接都可以进行独立的请求，模拟了高并发的情况。
5. --clients=1000
指定了 benchmark 工具将模拟的客户端数量。每个客户端会向 etcd 集群发送请求。

在这里，设置了 1000 个客户端，意味着将有 1000 个并发的客户端向集群发送请求，这通常用于模拟高负载环境。
6. put
表示基准测试的操作类型是 put，即写入操作。该命令会在 etcd 集群中执行写入操作，向集群写入键值对。

7. --key-size=8
指定了写入请求中每个键的大小（以字节为单位）。在这个例子中，每个键的大小是 8 字节。

8. --sequential-keys
表示键是顺序生成的，而不是随机生成的。使用顺序键可以帮助测试写入操作的性能，因为顺序写入在某些存储系统中比随机写入效率更高。

例如，如果写入顺序是递增的，这可能比随机生成的键更加高效。
9. --total=10000
指定了要执行的总操作数。在此命令中，表示要执行 10,000 次 put 操作（即写入 10,000 个键值对）。

这个参数影响基准测试的持续时间和压力，操作数越多，测试的负载也越大。
10. --val-size=256
指定了每个写入请求中值的大小（以字节为单位）。在此命令中，值的大小是 256 字节。值的大小会直接影响写入操作的网络负载和磁盘 I/O，较大的值会增加操作的负载。

• 测试读取性能：

  benchmark --endpoints=192.168.188.108:2384,192.168.188.108:2379,192.168.188.108:2383 --conns=100 --clients=1000  range k --consistency=l --total=10000
  

  测试线性读,每秒约57000次，
  
  测试序列化读，每秒约 74074次。
  

测试过程中记录并分析：

• 写入 QPS：每秒钟处理多少个写入操作。
• 读取 QPS：每秒钟处理多少个读取操作。
• 延迟：每个请求的平均响应时间（通常是毫秒级）。
  官网的基准测试

3. 测试不同的负载和场景

不同的负载类型对性能的影响可能不同。你可以模拟以下几种典型负载：

• 单客户端负载：测试一个客户端对集群的压力。
• 并发客户端负载：测试多个客户端并发访问集群的情况。
• 小批量请求和大批量请求：通过提交较小和较大的请求，评估集群的吞吐量和延迟。
• 读取负载：模拟大量的读取请求，特别是使用线性化和可序列化读取的情况。

4. 监控集群性能

使用监控工具（例如 Prometheus 和 Grafana）实时监控 etcd 集群的性能指标，关键指标包括：

• QPS：每秒查询数，衡量集群的吞吐量。
• 延迟：请求的响应时间，通常关注 99 分位延迟（即大部分请求的延迟）。
• 资源使用率：例如 CPU 使用率、内存使用率、磁盘 IO、网络带宽等。

例如，使用 etcd 的内建监控接口查看实时性能数据：

curl http://<etcd-node>:2379/metrics

5. 评估硬件和网络的影响

性能不仅仅与 etcd 配置相关，还与硬件和网络环境密切相关：

• 硬件配置：确保 etcd 节点的硬件资源足够，特别是 CPU、内存和磁盘性能（尤其是 SSD 性能）。
• 网络延迟：集群节点之间的网络延迟对性能影响很大。使用如 ping 等工具测试节点间的 RTT（往返时间），确保网络延迟较低。

6. 对比性能基准

将你的测试结果与 etcd 官方文档中的基准性能进行对比。通常，etcd 在大多数环境下应能满足以下性能标准：

• 在轻负载情况下，3 节点集群可以在毫秒级别响应请求。
• 在高负载下，集群仍能保持良好的吞吐量和低延迟（如每秒处理数万请求）。

7. 负载均衡和容错能力测试

• 容错测试：模拟节点故障，检查 etcd 在节点失败时的恢复能力和性能。
• 负载均衡：测试集群的负载均衡能力，特别是在多个客户端同时请求时，确保请求能够均匀分布到各个节点。

8. 优化与调优

如果性能不满足要求，可以通过以下方式进行调优：

• 增添节点：增加更多节点来分担负载，改善吞吐量和容错能力。
• 调整配置：例如调整 --max-request-bytes、--heartbeat-interval、--election-timeout 等参数来优化性能。
• 硬件优化：更换更高性能的硬件（如更快的 SSD、增加内存、提高网络带宽等）。

9. 测试在高负载下的表现

确保集群能够在高负载下稳定运行。例如，模拟大规模的数据写入（如百万级别的键值对）和高并发请求，观察集群在极限条件下的性能表现。

总结

确认新创建的 etcd 集群性能是否满足要求的关键步骤包括：

1. 设定明确的性能目标。
2. 使用基准测试工具进行性能测试。
3. 监控集群的实时性能数据。
4. 测试不同负载和场景下的性能。
5. 评估硬件和网络环境的影响。
6. 根据测试结果进行调整和优化。

通过这些步骤，你可以确保 etcd 集群在实际生产环境中能够满足高可用、高吞吐量和低延迟的需求。