DockerSwarm 集群环境搭建

向右看齐 2022-01-20 04:29 294阅读 0赞

> 文章首发于公众号《程序员果果》
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## 一、简介 ##

### 1. 什么是docker swarm? ###

Swarm 在 Docker 1.12 版本之前属于一个独立的项目，在 Docker 1.12 版本发布之后，该项目合并到了 Docker 中，成为 Docker 的一个子命令。目前，Swarm 是 Docker 社区提供的唯一一个原生支持 Docker 集群管理的工具。它可以把多个 Docker 主机组成的系统转换为单一的虚拟 Docker 主机，使得容器可以组成跨主机的子网网络。

Docker Swarm 是一个为 IT 运维团队提供集群和调度能力的编排工具。用户可以把集群中所有 Docker Engine 整合进一个「虚拟 Engine」的资源池，通过执行命令与单一的主 Swarm 进行沟通，而不必分别和每个 Docker Engine 沟通。在灵活的调度策略下，IT 团队可以更好地管理可用的主机资源，保证应用容器的高效运行。

Swarm的基本架构如下图所示:

### 2. Docker Swarm 优点 ###

**任何规模都有高性能表现** 对于企业级的 Docker Engine 集群和容器调度而言，可拓展性是关键。任何规模的公司——不论是拥有五个还是上千个服务器——都能在其环境下有效使用 Swarm。 经过测试，Swarm 可拓展性的极限是在 1000 个节点上运行 50000 个部署容器，每个容器的启动时间为亚秒级，同时性能无减损。

**灵活的容器调度**

Swarm 帮助 IT 运维团队在有限条件下将性能表现和资源利用最优化。Swarm 的内置调度器（scheduler）支持多种过滤器，包括：节点标签，亲和性和多种容器部策略如 binpack、spread、random 等等。

**服务的持续可用性**

Docker Swarm 由 Swarm Manager 提供高可用性，通过创建多个 Swarm master 节点和制定主 master 节点宕机时的备选策略。如果一个 master 节点宕机，那么一个 slave 节点就会被升格为 master 节点，直到原来的 master 节点恢复正常。 此外，如果某个节点无法加入集群，Swarm 会继续尝试加入，并提供错误警报和日志。在节点出错时，Swarm 现在可以尝试把容器重新调度到正常的节点上去。

**和 Docker API 及整合支持的兼容性**

Swarm 对 Docker API 完全支持，这意味着它能为使用不同 Docker 工具（如 Docker CLI，Compose，Trusted Registry，Hub 和 UCP）的用户提供无缝衔接的使用体验。

**Docker Swarm 为 Docker 化应用的核心功能（诸如多主机网络和存储卷管理）提供原生支持**

开发的 Compose 文件能（通过 docker-compose up ）轻易地部署到测试服务器或 Swarm 集群上。Docker Swarm 还可以从 Docker Trusted Registry 或 Hub 里 pull 并 run 镜像。

## 二、相关概念 ##

### 1. 节点 ###

有两种类型的节点： **managers** 和 **workers**.

#### 管理节点（managers） ####

管理节点用于 Swarm 集群的管理，docker swarm 命令基本只能在管理节点执行（节点退出集群命令 docker swarm leave 可以在工作节点执行）。一个 Swarm 集群可以有多个管理节点，但只有一个管理节点可以成为 leader，leader 通过 raft 协议实现。

为了利用swarm模式的容错功能，Docker建议您根据组织的高可用性要求实现奇数个节点。当您拥有多个管理器时，您可以从管理器节点的故障中恢复而无需停机。

*  N个管理节点的集群容忍最多损失 (N-1)/2 个管理节点。
 *  Docker建议一个集群最多7个管理器节点。

**重要说明：添加更多管理节点并不意味着可扩展性更高或性能更高。一般而言，情况正好相反。**

#### 工作节点（workers） ####

工作节点是任务执行节点，管理节点将服务 (service) 下发至工作节点执行。管理节点默认也作为工作节点。你也可以通过配置让服务只运行在管理节点。下图展示了集群中管理节点与工作节点的关系。

### 2. 服务和任务 ###

任务 （Task）是 Swarm 中的最小的调度单位，目前来说就是一个单一的容器。 服务 （Services） 是指一组任务的集合，服务定义了任务的属性。服务有两种模式：

*  replicated services （复制服务）按照一定规则在各个工作节点上运行指定个数的任务。
 *  global services （全局服务）每个工作节点上运行一个任务。

两种模式通过 docker service create 的 --mode 参数指定。下图展示了容器、任务、服务的关系。

## 三、Swarm 集群 ##

### 准备工作 ###

*  三个可以通过网络进行通信的Linux主机或虚拟机，并安装了Docker，或者使用docker-machine 创建三台虚拟机。
 *  已安装Docker Engine 1.12或更高版本
 *  在主机之间打开端口(2377、7946、4789)

### 创建一个集群 ###

#### 1. 创建虚拟机(已经有Linux主机或虚拟机的跳过此步) ####

本文通过docker-machine使用VirtualBox驱动程序创建3个VM （已经有Linux主机或虚拟机的跳过此步）：

docker-machine create --driver virtualbox myvm-1
    docker-machine create --driver virtualbox myvm-2
    docker-machine create --driver virtualbox myvm-3
    复制代码

列出虚拟机并获取其IP地址：

docker-machine ls
    复制代码

以下是此命令的示例输出：

$docker-machine ls
    NAME     ACTIVE   DRIVER       STATE     URL                         SWARM   DOCKER           ERRORS
    myvm-1   -        virtualbox   Running   tcp://192.168.99.100:2376           v18.09.1-beta2   
    myvm-2   -        virtualbox   Running   tcp://192.168.99.101:2376           v18.09.1-beta2   
    myvm-3   -        virtualbox   Running   tcp://192.168.99.102:2376           v18.09.1-beta2  
    复制代码

#### 2. 初始化swarm ####

把第一台机器myvm-1充当管理节点，第二台myvm-2 、第三台myvm-3为工作节点。

使用 docker-machine ssh 连接 myvm-1，Linux主机直接ssh连接就行。

docker-machine ssh myvm-1 
    复制代码

初始化swarm

docker swarm init --advertise-addr 192.168.99.100
    Swarm initialized: current node (4a8mo8cekpe0vpk0ze963avw9) is now a manager.
    
    To add a worker to this swarm, run the following command:
    
        docker swarm join --token SWMTKN-1-4lzr2216s61ecbyayyqynjwybmxy5y5th5ru8aal2a0d1t2vn3-ekdgf4swlz8fiq4nnzgnbhr5u 192.168.99.100:2377
    
    To add a manager to this swarm, run 'docker swarm join-token manager' and follow the instructions.
    复制代码

上面输出的这一段就是工作节点加入集群的命令：

docker swarm join --token SWMTKN-1-4lzr2216s61ecbyayyqynjwybmxy5y5th5ru8aal2a0d1t2vn3-ekdgf4swlz8fiq4nnzgnbhr5u 192.168.99.100:2377
    复制代码

如果你的 Docker 主机有多个网卡，拥有多个 IP，必须使用 --advertise-addr 指定 IP。  
执行 docker swarm init 命令的节点自动成为管理节点。

命令 docker info 可以查看 swarm 集群状态:

Server Version: 18.09.1-beta2
    Storage Driver: overlay2
     Backing Filesystem: extfs
     Supports d_type: true
     Native Overlay Diff: true
    Logging Driver: json-file
    Cgroup Driver: cgroupfs
    Plugins:
     Volume: local
     Network: bridge host macvlan null overlay
     Log: awslogs fluentd gcplogs gelf journald json-file local logentries splunk syslog
    Swarm: active
     NodeID: ib1498ex2q18i7gznb2zgicqq
     Is Manager: true
     ClusterID: fbyxxjzrtcxc53op35jnyzl7t
     Managers: 3
     Nodes: 3
     Default Address Pool: 10.0.0.0/8  
    复制代码

命令 docker node ls 可以查看集群节点信息:

$docker node ls
    ID                            HOSTNAME            STATUS              AVAILABILITY        MANAGER STATUS      ENGINE VERSION
    ib1498ex2q18i7gznb2zgicqq *   myvm-1              Ready               Active              Leader              18.09.1-beta2
    复制代码

#### 3. 工作节点加入 swarm 集群 ####

连接机器myvm-2

docker-machine ssh myvm-2
    复制代码

加入 swarm 集群

$docker swarm join \
        --token SWMTKN-1-4lzr2216s61ecbyayyqynjwybmxy5y5th5ru8aal2a0d1t2vn3-ekdgf4swlz8fiq4nnzgnbhr5u \
        192.168.99.100:2377
    
    This node joined a swarm as a worker.
    复制代码

节点myvm-3，执行myvm-2相同的操作加入集群。

**集群的大部分命令需要在管理节点中才能运行**

我们进入管理节点 myvm-1 ，查看集群的节点信息。

docker node ls
    ID                            HOSTNAME            STATUS              AVAILABILITY        MANAGER STATUS      ENGINE VERSION
    ib1498ex2q18i7gznb2zgicqq *   myvm-1              Ready               Active              Leader              18.09.1-beta2
    vels0fe3eh5s5cxj1s573v9wx     myvm-2              Ready               Active                                  18.09.1-beta2
    obxnnqelh4p16wajrwvyn6j8v     myvm-3              Ready               Active                                  18.09.1-beta2
    复制代码

为了高可用，我们升级工作节点为管理节点。

docker node promote myvm-2
    docker node promote myvm-3
    复制代码

这时我们再看集群的节点信息

$ docker node ls
    ID                            HOSTNAME            STATUS              AVAILABILITY        MANAGER STATUS      ENGINE VERSION
    ib1498ex2q18i7gznb2zgicqq *   myvm-1              Ready               Active              Leader              18.09.1-beta2
    vels0fe3eh5s5cxj1s573v9wx     myvm-2              Ready               Active              Reachable           18.09.1-beta2
    obxnnqelh4p16wajrwvyn6j8v     myvm-3              Ready               Active              Reachable           18.09.1-beta2
    复制代码

myvm-2、myvm-3的 集群状态变为 Reachable（选举者），因为集群中节点Leader只能有一个，这个类似zookeeper，只不过zookeepers用的算法是paxos，Swarm用的算法是raft。

#### 4. 退出 Swarm 集群 ####

如果 Manager 想要退出 Swarm 集群， 在 Manager Node 上执行如下命令：

docker swarm leave
    复制代码

如果集群中还存在其它的 Worker Node，还希望 Manager 退出集群，则加上一个强制选项，命令行如下所示：

docker swarm leave --force
    复制代码

工作节点进行退出集群，需要在工作节点上执行命令：

docker swarm leave
    复制代码

退出后的节点，依然可以使用 上面的 docker swarm join --token 重新加入集群。

### 集群上部署应用 ###

命令

$ docker service create --replicas 1 --name 别名  镜像ID
    复制代码

replicas 指定运行服务的数量。

#### 实例1 ####

创建一个alpine服务（alpine是一个小型liunx系统）

#运行一个alpine镜像，并执行ping命令
    docker service create --replicas 1 --name test1 alpine ping docker.com
    复制代码

查看集群上的服务

$docker service ls
    ID                  NAME                MODE                REPLICAS            IMAGE               PORTS
    rnu10rprrwzv        test1               replicated          1/1                 alpine:latest
    复制代码

#### 实例2 ####

以下命令将nginx容器中的端口80发布到群集中任何节点的端口8080

docker service create \
      --name my-web \
      --publish published=8080,target=80 \
      --replicas 2 \
      nginx
    复制代码

查看集群上的服务

$ docker service ls
    ID                  NAME                MODE                REPLICAS            IMAGE               PORTS
    q6wfiizzosmd        nginx               replicated          3/3                 nginx:latest        *:8080->80/tcp
    rnu10rprrwzv        test1               replicated          1/1                 alpine:latest 
    复制代码

service 通过 ingress load balancing 来发布服务，且 swarm 集群中所有 node 都参与到 ingress 路由网格（ingress routing mesh） 中，访问任意一个 node+PublishedPort 即可访问到服务。

当访问任何节点上的端口8080时，Docker将您的请求路由到活动容器。在群节点本身，端口8080可能并不实际绑定，但路由网格知道如何路由流量，并防止任何端口冲突的发生。

路由网格在发布的端口上监听分配给节点的任何IP地址。对于外部可路由的IP地址，该端口可从主机外部获得。对于所有其他IP地址，只能从主机内部访问。

所以访问 192.169.99.100:8080、192.169.99.101:8080、192.169.99.102:8080 ，都可以访问到nginx，这样就实现了负载均衡。因为我们指定--replicas 3 启动了3个运行nginx的容器 ，所以三个节点myvm-1、myvm-2、myvm-3 上都运行了一个 nginx 的容器，可以通过改其中一个节点上的nginx的欢迎页 ，然后再访问，来检查是否实现了负载均衡。

可以通过scale 来指定运行容器的数量。

docker service scale nginx=2
    复制代码

我通过docker service ls 可以看出 nginx 的副本变成了2个

$docker service ls
    ID                  NAME                MODE                REPLICAS            IMAGE               PORTS
    q6wfiizzosmd        nginx               replicated          2/2                 nginx:latest        *:8080->80/tcp
    复制代码

### overlay 网络 ###

#### 1. 概述 ####

初始化swarm或将Docker主机加入现有swarm时，会在该Docker主机上创建两个新网络：

*  **ingress**：称为覆盖网络ingress，处理与群集服务相关的控制和数据流量。创建群组服务并且不将其连接到用户定义的覆盖网络时，ingress 是默认连接的网络。
 *  **docker\_gwbridge**：称为桥接网络docker\_gwbridge，它将各个Docker守护程序连接到参与该群集的其他守护进程。

在管理节点上查看网络

$ docker network ls
    NETWORK ID          NAME                DRIVER              SCOPE
    cb0ccb89a988        bridge              bridge              local
    0174fb113496        docker_gwbridge     bridge              local
    541b62778c0e        host                host                local
    8n7xppn5z4j2        ingress             overlay             swarm
    369d459f340d        none                null                local
    复制代码

overlay网络驱动程序会创建多个Docker守护主机之间的分布式网络。该网络位于（覆盖）特定于主机的网络之上，允许连接到它的容器（包括群集服务容器）安全地进行通信。Docker透明地处理每个数据包与正确的Docker守护程序主机和正确的目标容器的路由。

#### 2. 自定义 overlay 网络 ####

创建用于swarm服务的overlay网络，使用如下命令：

docker network create -d overlay my-overlay
    复制代码

我们再次查看网络，发现可以看到自定义 overlay了。

$docker network ls
    NETWORK ID          NAME                DRIVER              SCOPE
    cb0ccb89a988        bridge              bridge              local
    0174fb113496        docker_gwbridge     bridge              local
    541b62778c0e        host                host                local
    8n7xppn5z4j2        ingress             overlay             swarm
    a23htz7n0pvp        my-overlay          overlay             swarm
    369d459f340d        none                null                local
    复制代码

集群中部署了两个服务 nginx、alpine，现在我们进入alpine，去访问nginx。

docker exec -it test1.1.oonwl8c5g4u3p17x8anifeubi bash
    复制代码

/ # ping nginx
    ping: bad address 'nginx'
    复制代码

wget 192.168.99.100:8080
    Connecting to 192.168.99.100:8080 (192.168.99.100:8080)
    index.html           100% |*************************************************************************************************************|   612   0:00:00 ETA
    
    复制代码

我们发现集群中的各个服务不能用名称访问的，只能用集群服务发现的路由网络访问，那么集群中的服务怎么能通过名称进行访问呢，这就需要用到上面自定义的 overlay 网络。

删除我们启动的服务，重新创建指定使用自定义网络的服务。

docker service rm nginx test1
    复制代码

docker service create --name nginx -p 8080:80 --network my-overlay --replicas 3 nginx
    docker service create --name test1 --network my-overlay alpine ping www.baidu.com
    复制代码

进入test1容器中，重新测试下：

/ # ping nginx
    PING nginx (10.0.0.2): 56 data bytes
    64 bytes from 10.0.0.2: seq=0 ttl=64 time=0.120 ms
    64 bytes from 10.0.0.2: seq=1 ttl=64 time=0.094 ms
    64 bytes from 10.0.0.2: seq=2 ttl=64 time=0.108 ms
    复制代码

/ # wget nginx
    Connecting to nginx (10.0.0.2:80)
    index.html           100% |*************************************************************************************************************|   612   0:00:00 ETA
    复制代码

发现可以通过名称进行集群中的容器间的访问了。

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[mp.weixin.qq.com_s_RSNL-V4jL]: https://link.juejin.im?target=https%3A%2F%2Fmp.weixin.qq.com%2Fs%2FRSNL-V4jLE8YVMSWZlJ_Vw