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docker 实践九：docker swarm

IP云
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12/02
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介绍了 docker 三剑客中的 docker-machine 和 docker-compose 之后，就剩下一个 docker swarm 了。那本篇的主角就是它了。

注：环境为 CentOS7，docker 19.03。

docker-compose 为用户提供单节点中多容器的创建，docker-machine 让用户管理不同的 docker 环境。而 docker swarm 则帮助用户实现 docker 的集群管理。从单机走向集群。

Swarm 的简介

Swarm 的前身是Beam项目和libswarm项目，2014年12月推出 Swarm。之后又在2016年2月整合到 docker engine 1.12 中。使用命令 docker swarm 可以直接使用 swarm（之前是单独的命令 swarm），并支持超过 1K 个的节点。

Swarm 采用“主从”结构，通过Raft协议来在多个管理节点（Manager）中实现共识。⼯作节点（Worker） 上运⾏agent接受管理节点的统⼀管理和任务分配。 ⽤户提交服务请求只需要发给管理节点即可， 管理节点会按照调度策略在集群中分配节点来运⾏服务相关的任务。

在Swarm V2中， 集群中会⾃动通过Raft协议分布式选举出Manager节点， ⽆须额外的发现服务⽀持， 避免了单点瓶颈。 同时， V2中内置了基于DNS的负载均衡和对外部负载均衡机制的集成⽀持。

Swarm 基本概念

swarm 集群

Swarm集群（Cluster） 为⼀组被统⼀管理起来的Docker主机。 集群是Swarm所管理的对象。 这些主机通过Docker引擎的Swarm模式相互沟通，其中部分主机可能作为管理节点（manager） 响应外部的管理请求， 其他主机作为⼯作节点（worker） 来实际运⾏Docker容器。 当然， 同⼀个主机也可以即作为管理节点， 同时作为⼯作节点。

当⽤户使⽤Swarm集群时， ⾸先定义⼀个服务（指定状态、 复制个数、 ⽹络、 存储、 暴露端口等） ， 然后通过管理节点发出启动服务的指令， 管理节点随后会按照指定的服务规则进⾏调度， 在集群中启动起来整个服务， 并确保它正常运⾏。

节点

节点（Node） 是Swarm集群的最⼩资源单位。 每个节点实际上都是⼀台Docker主机。通过命令 docker node [COMMAND] 可以管理节点。

Swarm集群中节点分为两种：

  • 管理节点（manager node） ： 负责响应外部对集群的操作请求， 并维持集群中资源， 分发任务给⼯作节点。 同时， 多个管理节点之间通过Raft协议构成共识。 ⼀般推荐每个集群设置5个或7个管理节点；
  • ⼯作节点（worker node） ： 负责执⾏管理节点安排的具体任务。 默认情况下， 管理节点⾃⾝也同时是⼯作节点。 每个⼯作节点上运⾏代理（agent） 来汇报任务完成情况。⽤户可以通过 docker node promote 命令来提升⼀个⼯作节点为管理节点； 或者通过 docker node demote 命令来将⼀个管理节点降级为⼯作节点。

服务

服务（Service） 是Docker⽀持复杂多容器协作场景的利器。 docker service [COMMAND] ，该命令可以用来操作服务。

⼀个服务可以由若⼲个任务组成， 每个任务为某个具体的应⽤。 服务还包括对应的存储、 ⽹络、 端口映射、 副本个数、 访问配置、 升级配置等附加参数。

⼀般来说， 服务需要⾯向特定的场景， 例如⼀个典型的Web服务可能包括前端应⽤、 后端应⽤， 以及数据库等。 这些应⽤都属于该服务的管理范畴。

Swarm集群中服务类型也分为两种（可以通过-mode指定） ：

  • 复制服务（replicated services） 模式： 默认模式， 每个任务在集群中会存在若⼲副本， 这些副本会被管理节点按照调度策略分发到集群中的⼯作节点上。 此模式下可以使⽤ --replicas 参数设置副本数量；
  • 全局服务（global services） 模式： 调度器将在每个可⽤节点都执⾏⼀个相同的任务。 该模式适合运⾏节点的检查， 如监控应⽤等。

任务

任务是Swarm集群中最⼩的调度单位， 即⼀个指定的应⽤容器。 例如仅仅运⾏前端业务的前端容器。 任务从⽣命周期上将可能处于创建（NEW） 、 等待（PENDING） 、 分配（ASSIGNED） 、 接受（ACCEPTED） 、 准备（PREPARING） 、 开始（STARTING） 、 运⾏（RUNNING） 、 完成（COMPLETE） 、 失败（FAILED） 、 关闭（SHUTDOWN） 、 拒绝（REJECTED） 、 孤⽴（ORPHANED） 等不同状态。

Swarm集群中的管理节点会按照调度要求将任务分配到⼯作节点上。例如指定副本为2时， 可能会被分配到两个不同的⼯作节点上。 ⼀旦当某个任务被分配到⼀个⼯作节点， 将⽆法被转移到另外的⼯作节点， 即Swarm中的任务不⽀持迁移。

swarm 外部访问

Swarm集群中的服务要被集群外部访问， 必须要能允许任务的响应端⼜映射出来。 Swarm中⽀持⼊⼜负载均衡（ingress load balancing） 的映射模式。 该模式下， 每个服务都会被分配⼀个公开端⼜（PublishedPort） ，该端⼜在集群中任意节点上都可以访问到， 并被保留给该服务。

当有请求发送到任意节点的公开端口时， 该节点若并没有实际执⾏服务相关的容器， 则会通过路由机制将请求转发给实际执⾏了服务容器的⼯作节点。

使用 docker swarm

环境上使用的 docker 版本为 19.03，已经集成了 swarm，所以直接使用 docker swarm

准备三台机器，配置如下：

  • manager：CentOS7 192.168.10.10 docker19.03
  • work1：CentOS7 192.168.10.11 docker19.03
  • work2：CentOS7 192.168.10.12 docker19.03

创建 docker swarm 集群

docker 集群的操作命令如下：

  • swarm init： 在管理节点上创建⼀个集群；
  • node list： 列出集群中的节点信息；
  • swarm join： 加⼊⼀个新的节点到已有集群中；
  • swarm update： 更新⼀个Swarm集群；
  • swarm leave： 离开⼀个Swarm集群。

1.创建 swarm 集群 

# docker swarm init

Swarm initialized: current node (64ziftvcc42jes9rjjln3gj3o) is now a manager.

To add a worker to this swarm, run the following command:

    docker swarm join --token SWMTKN-1-05ti4zj7p0jnhxl26m3tlk48aazl3ts3jkhari0c4oyaoxk1rb-bb3dkm45d9m0ikaoxuhgwtgve 192.168.10.10:2377

To add a manager to this swarm, run 'docker swarm join-token manager' and follow the instructions.

2.在两台 work 节点上执行如下命令 

# docker swarm join --token SWMTKN-1-05ti4zj7p0jnhxl26m3tlk48aazl3ts3jkhari0c4oyaoxk1rb-bb3dkm45d9m0ikaoxuhgwtgve 192.168.10.10:2377

这样，就完成了 docker swarm 集群的创建了，还是很简单的 

# docker node ls

ID                            HOSTNAME            STATUS              AVAILABILITY        MANAGER STATUS      ENGINE VERSION

64ziftvcc42jes9rjjln3gj3o *   centos1             Ready               Active              Leader              19.03.1

60xwt9dr0znx5qnjhvjqj9c7w     centos2             Ready               Active                                  19.03.1

h7zaxx1bxzw33mp8ze6lumj4f     centos3             Ready               Active                                  19.03.1

注意：如果 CentOS7 上防火墙没有配置的话，集群中的节点状态可以会为 down，请先关闭或开放端口2377

使用 docker swarm 集群

创建集群使用命令 docker swarm [COMMAND] ，管理集群使用 docker node [COMMAND] ，利用集群管理服务则是命令 docker service [COMMAND] 。

1.创建一个服务 

# docker service create --replicas 2 --name ping debian:jessie ping docker.com

skyaj8ukmi8t42c05qba3k6rm

overall progress: 2 out of 2 tasks

1/2: running   [==================================================>]

2/2: running   [==================================================>]

verify: Service converged

2.查看一个服务 

# docker service ls

ID                  NAME                MODE                REPLICAS            IMAGE               PORTS

skyaj8ukmi8t        ping                replicated          2/2                 debian:jessie

# docker service ps ping

ID                  NAME                IMAGE               NODE                DESIRED STATE       CURRENT STATE                ERROR               PORTS

x02dsx5to2xq        ping.1              debian:jessie       centos1             Running             Running about a minute ago

3od5f9rzjjzt        ping.2              debian:jessie       centos2             Running             Running about a minute ago

# docker service inspect --pretty ping

ID:             skyaj8ukmi8t42c05qba3k6rm

Name:           ping

Service Mode:   Replicated

 Replicas:      2

Placement:

UpdateConfig:

 Parallelism:   1

 On failure:    pause

 Monitoring Period: 5s

 Max failure ratio: 0

 Update order:      stop-first

RollbackConfig:

 Parallelism:   1

 On failure:    pause

 Monitoring Period: 5s

 Max failure ratio: 0

 Rollback order:    stop-first

ContainerSpec:

 Image:         debian:jessie@sha256:c72197393c39c05e19c8ef3388af53a6daa2baa0bed6111b09e40a298d9f7eca

 Args:          ping docker.com

 Init:          false

Resources:

Endpoint Mode:  vi

3.扩展服务 

# docker service scale ping=1

ping scaled to 1

overall progress: 1 out of 1 tasks

1/1: running   [==================================================>]

verify: Service converged

# docker service scale ping=3

ping scaled to 3

overall progress: 3 out of 3 tasks

1/3: running   [==================================================>]

2/3: running   [==================================================>]

3/3: running   [==================================================>]

verify: Service converged

4.使用外部端口 

# docker service create --replicas 2 --name nginx -p 8080:80 nginx

或者 

# docker service create --replicas 2 --name nginx --publish published=8080,target=80 nginx

注：docker swarm 内部已经实现负载均衡，访问 swarm 集群任意节点的地址都有效，即使该节点没有运行该服务。

5.service 子命令

swarm 节点管理

管理 swarm 集群节点的命令是 docker node ，支持以下选项

  • demote：从管理节点切换为工作节点
  • inspect：查看节点
  • ls：输出所有节点
  • promote：从工作节点切换为管理节点
  • ps：输出节点上的任务信息
  • rm：从集群中删除节点
  • update：更新节点信息

swarm 部署多任务

之前我们已经使用过 docker-compose，它能在一次部署多个容器，现在 docker engine 中集成了同样的能，而且能在 swarm 集群环境下部署多个任务。

命令 docker stack [command] 命令支持以下选项：

  • deploy：部署一个 stack
  • ls：输出所有的 stack
  • ps：输出 stack 中的任务
  • rm：删除一个stack
  • services：输出stack中所有服务

1.创建 docker-compose.yml

docker stack 直接支持 docker-compose 格式的配置文件 

version: "3"

services:

  nginx:

    image: nginx:latest

    ports:

      - 8088:80

    deploy:

      mode: replicated

      replicas: 4

2.部署 stack 
# docker stack deploy -c docker-compose.yml web

Creating service web_nginx

# docker stack ls

NAME                SERVICES            ORCHESTRATOR

web                 1                   Swarm

# docker stack ps web

ID                  NAME                IMAGE               NODE                DESIRED STATE       CURRENT STATE           ERROR               PORTS

q34tk96cssvp        web_nginx.1         nginx:latest        centos1             Running             Running 6 seconds ago

k6p4iol3vs0v        web_nginx.2         nginx:latest        centos2             Running             Running 7 seconds ago

hen5phupzow4        web_nginx.3         nginx:latest        centos2             Running             Running 7 seconds ago

ugr8sgg6lpv9        web_nginx.4         nginx:latest        centos3             Running             Running 6 seconds ago

# docker stack services web

ID                  NAME                MODE                REPLICAS            IMAGE               PORTS

hf5dbvn0a8ww        web_nginx           replicated          4/4                 nginx:latest        *:8088->80/tcp

3.删除 stack 
# docker stack rm web

Removing service web_nginx

Removing network web_default

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