Kubernetes Lease 及分布式选主

分布式选主

在分布式系统中，应用服务常常会通过多个节点（或实例）的方式来保证高可用。然而在某些场景下，有些数据或者任务无法被并行操作，此时就需要由一个特定的节点来执行这些特殊的任务（或者进行协调及决策），这个特定的节点也就是领导者（Leader），而在多个节点中选择领导者的机制也就是分布式选主（Leader Election）。fYk28资讯网——每日最新资讯28at.com

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如今诸多知名项目也都使用了分布式选主，例如：fYk28资讯网——每日最新资讯28at.com

• Etcd
• Kafka
• Elasticsearch
• Zookeeper

常用算法包括：fYk28资讯网——每日最新资讯28at.com

• Paxos：一种著名的分布式共识算法，原理和实现较为复杂（此算法基本就是共识理论的奠基之作，曾有人说："世界上只有一种共识协议，就是 Paxos，其他所有共识算法都是 Paxos 的退化版本"）。
• Raft：目前最广泛使用的分布式共识算法之一，Etcd 使用的就是 Raft，Elasticsearch 和 Kafka 在后来的版本中也都抛弃了早期的算法并转向了 Raft。
• ZAB（Zookeeper Atomic Broadcast）：Zookeeper 使用的一致性协议，也包括选主机制。

Kubernetes Lease

在 Kubernetes 中，诸如 kube-scheduler 和 kube-controller-manager 等核心组件也需要使用分布式选主，因为其需要确保任一时刻只有一个调度器在做出调度决策，同一时间只有一个控制管理器在处理资源对象。fYk28资讯网——每日最新资讯28at.com

然而，除了核心组件，用户的应用服务很可能也有类似分布式选主的需求，为了满足这种通用需求，kubernetes 提供了 Lease（翻译为“租约”）这样一个特殊的资源对象。fYk28资讯网——每日最新资讯28at.com

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如上图所示，在 k8s 中选主是通过争抢一个分布式锁（Lease）来实现的，抢到锁的实例成为 leader，为了确认自己持续存活，leader 需要不断的续签这个锁（Lease），一旦 leader 挂掉，则锁被释放，其他候选人便可以竞争成为新的 leader。fYk28资讯网——每日最新资讯28at.com

Lease 的结构也很简单：fYk28资讯网——每日最新资讯28at.com

apiVersion: coordination.k8s.io/v1kind: Leasemetadata:  # objectspec:  acquireTime: # 当前租约被获取的时间  holderIdentity: # 当前租约持有者的身份信息  leaseDurationSeconds: # 租约候选者需要等待才能强制获取它的持续时间  leaseTransitions: # 租约换了多少次持有者  renewTime: # 当前租约持有者最后一次更新租约的时间

Lease 本质上与其它资源并无区别，除了 Lease，其实也可以用 configmap 或者 endpoint 作为分布式锁，因为在底层都是 k8s 通过资源对象的 resourceVersion 字段进行 compare-and-swap，也就是通过这个字段实现的乐观锁。当然在实际使用中，建议还是用 Lease。fYk28资讯网——每日最新资讯28at.com

使用示例

使用 Lease 进行分布式选主的示例如下：fYk28资讯网——每日最新资讯28at.com

import (    "context"    "time"    "k8s.io/client-go/kubernetes"    "k8s.io/client-go/rest"    "k8s.io/client-go/tools/leaderelection"    "k8s.io/client-go/tools/leaderelection/resourcelock")func main() {    config, err := rest.InClusterConfig()    if err != nil {        panic(err.Error())    }    clientset, err := kubernetes.NewForConfig(config)    if err != nil {        panic(err.Error())    }    // 配置 Lease 参数    leaseLock := &resourcelock.LeaseLock{        LeaseMeta: metav1.ObjectMeta{            Name:      "my-lease",            Namespace: "default",        },        Client: clientset.CoordinationV1(),        LockConfig: resourcelock.ResourceLockConfig{            Identity: "my-identity",        },    }    // 配置 Leader Election    leaderElectionConfig := leaderelection.LeaderElectionConfig{        Lock:          leaseLock,        LeaseDuration: 15 * time.Second,        RenewDeadline: 10 * time.Second,        RetryPeriod:   2 * time.Second,        Callbacks: leaderelection.LeaderCallbacks{            OnStartedLeading: func(ctx context.Context) {                // 当前实例成为 Leader                // 在这里执行 Leader 专属的逻辑            },            OnStoppedLeading: func() {                // 当前实例失去 Leader 地位                // 可以在这里执行清理工作            },            OnNewLeader: func(identity string) {                // 有新的 Leader 产生            }        },    }    leaderElector, err := leaderelection.NewLeaderElector(leaderElectionConfig)    if err != nil {        panic(err.Error())    }    // 开始 Leader Election    ctx := context.Background()    leaderElector.Run(ctx)}

参考资料：fYk28资讯网——每日最新资讯28at.com

• https://kubernetes.io/docs/concepts/architecture/leases/
• https://kubernetes.io/docs/reference/kubernetes-api/cluster-resources/lease-v1/
• https://pkg.go.dev/k8s.io/client-go@v0.29.0/tools/leaderelection

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