Docker 小记 — Compose & Swarm

前言

任何相对完整的应用服务都不可能是由单一的程序来完成支持，计划使用 Docker 来部署的服务更是如此。大型服务需要进行拆分，形成微服务集群方能增强其稳定性和可维护性。本篇随笔将对 Docker Compose 和 Docker Swarm 的原理和配置做整理归纳，并分享其使用经验。

1. YAML 简介

Docker Compose 的配置文件采用 YAML 格式，因此有必要在正文之前简要说明下。YAML 是一门专门用来写配置文件的语言，设计目标就是方便读写，其实质上是一种通用的数据串行化格式，基本语法规则如下：

• 大小写敏感。
• # 表示注释。
• 使用缩进表示层级关系。
• 缩进时不允许使用 Tab 键，只允许使用空格。
• 缩进的空格数目不重要，只要相同层级的元素左侧对齐即可。

YAML 支持的数据结构有三种:

• 对象：animal:cat。
• 数组：一组中划线开头的行，例如:

# ex1
  - cat
  - dog
  - bird
  
# ex2
  -
    - cat
    - dog
    - bird
    
# ex3
  animal: [cat, dog, bird]

• 值类型和字符串。

2. Docker Compose

2.1 安装与简介

Docker 可以极为方便地部署单个服务，但这时候我们需要一个工具来整合 Docker 的功能，使之能够更便捷地去管理整个微服务集群的部署和迁移，Docker Compose 正是应此而生。他是由 Python 编写的程序，能够根据指令结合配置文件转换成对应的 Docker API 的操作，并直接体现到 Docker Daemon 中，这就代替我们完成了重复输入复杂指令的过程，主要功能可分为以下两点:

• Service：代表的是运行同种应用程序的一个或多个相同容器的抽象定义，也是我们在Docker Compose 中配置的主要对象。在每个 Docker Compose 的配置文件中，我们可以定义多个服务，并定义服务的配置，以及服务于服务之间的以来关系。
• Project：代表的是由多个服务所组成的一个相对完整的业务单元。

安装命令:

curl -L https://github.com/docker/compose/releases/download/1.19.0/docker-compose-`uname -s`-`uname -m` -o /usr/local/bin/docker-compose && chmod +x /usr/local/bin/docker-compose

2.2 配置参数

Docker Compose 的核心就是其配置文件，采用 YAML 格式，默认为 docker-compose.yml ，参数详解可查阅“官方文档”，以下只做一个常规摘要。

services

所有服务的根节点。

image

指定服务的镜像名，若本地不存在，则 Compose 会去仓库拉取这个镜像:

services:
  web:
    image: nginx

ports

端口映射，例：

ports:
  - "80:80"
  - "81:81"

volumes

挂载主机目录，其中 ro 表示只读，例：

volumes:
  - "/etc/nginx/www:/www"
  - "/var/run/docker.sock:/tmp/docker.sock:ro"

大多数情况下集群中部署的应该都是无状态服务，服务可复制且不固定在某一台宿主机，所以挂载的数据卷最好应当与宿主机脱离关系，例：

  web:
  services:
    image: nginx
    volumes:
      - type: volume
        source: logs
        target: /mnt
        volume:
          nocopy: true
          
volumes:
  logs:
    driver_opts:
      type: nfs
      o: addr=***.cn-hangzhou.nas.aliyuncs.com,rw
      device: ":/"

当然，这种情况下最好是优先创建数据卷，后在配置文件中引用，例：

docker volume create --driver local \
    --opt type=nfs \
    --opt o=addr=***.cn-hangzhou.nas.aliyuncs.com,rw \
    --opt device=:/ \
    logs

volumes:
  logs:
    external: true

若必须挂载集群中一台宿主机的目录作为数据卷，则要安装一个 docker 插件:

docker plugin install vieux/sshfs

# 若配置了密钥对则可省略 password 参数
docker volume create \
  -d vieux/sshfs \
  --name sshvolume \
  -o "[email protected]:/remote" \
  -o "password=$(cat file_containing_password_for_remote_host)\ 
sshvolume

networks

配置服务间的网路互通与隔离，例：

services:
  web:
    image: nginx
    networks:
      - proxy
      - youclk
networks:
  youclk:
    external: true
  proxy:
    external: true

secrets

配置服务密码访问，例：

services:
  redis:
    image: redis:latest
    deploy:
      replicas: 1
    secrets:
      - my_secret
      - my_other_secret
secrets:
  my_secret:
    file: "./my_secret.txt"
  my_other_secret:
    external: true

docker secret create [OPTIONS] SECRET [file|-]
echo "admin:password" | docker secret create my_secret -
docker secret create my_secret ./secret.json

healthcheck

健康检查，这个非常有必要，等服务准备好以后再上线，避免更新过程中出现短暂的无法访问。

healthcheck:
  test: ["CMD", "curl", "-f", "http://localhost/alive"]
  interval: 5s
  timeout: 3s

其实大多数情况下健康检查的规则都会写在 Dockerfile 中:

FROM nginx
RUN apt-get update && apt-get install -y curl && rm -rf /var/lib/apt/lists/*
HEALTHCHECK --interval=5s --timeout=3s CMD curl -f http://localhost/alive || exit 1

depends_on

依赖的服务，优先启动，例：

depends_on:
  - redis

environment & env_file

设置环境变量和指定环境变量的文件，例：

environment:
  - VIRTUAL_HOST=test.youclk.com
env_file:
  - ./common.env

deploy

部署相关的配置都在这个节点下，例：

deploy:
  mode: replicated
  replicas: 2
  restart_policy:
    condition: on-failure
    max_attempts: 3
  update_config:
    delay: 5s
    order: start-first # 默认为 stop-first，推荐设置先启动新服务再终止旧的
  resources:
    limits:
      cpus: "0.50"
      memory: 1g

deploy:
  mode: global # 不推荐全局模式（仅个人意见）。
  placement:
    constraints: [node.role == manager]

若非特殊服务，以上各节点的配置能够满足大部分部署场景了。

3. Swarm

Docker 默认包含了 Swarm，因此可以直接使用，初始化命令：docker swarm init，此时将会默认当前节点为 Leader，以下命令为查看 token：docker swarm join-token （worker|manager），其他节点可以用 manager 或者 worker 的身份加入到当前集群，例：

docker swarm join --token SWMTKN-1-3pu6hszjas19xyp7ghgosyx9k8atbfcr8p2is99znpy26u2lkl-1awxwuwd3z9j1z3puu7rcgdbx 172.17.0.2:2377

执行 docker swarm leave 脱离集群。

以下各节点常规操作命令，比较简单，就不解释了:

• docker node demote [NODE]
• docker node inspect [NODE]
• docker node ls
• docker node promote [NODE]
• docker node ps [NODE]
• docker node rm [NODE]
• docker node update [OPTIONS] NODE

4. 应用案例

集群最擅长的就是解决多服务问题，只要在同一 network 之下，服务之间默认可以直接通过 service_name 互通有无。但为了避免混乱，各服务与外部的通信最好统一交给一个反向代理服务转发。因对 nginx 比较熟悉，所以我最初选择的代理是“jwilder/nginx-proxy”：

server
{
    listen 80;
    server_name localhost;
    location /alive {
        return 200;
    }
}

server {
    listen  81;
    return  301 https://$host$request_uri;
}

FROM jwilder/nginx-proxy
ADD ./src /etc/nginx/conf.d
ADD https://gitee.com/youclk/entry/raw/master/debian/sources-vpc.list /etc/apt/sources.list
RUN apt-get update && apt-get install -y curl && rm -rf /var/lib/apt/lists/*
HEALTHCHECK --interval=5s --timeout=3s CMD curl -f http://localhost/alive || exit 1

version: "3.5"

services:

  proxy:
    image: $REGISTRY/proxy
    ports:
      - "80:80"
      - "81:81"
    volumes:
      - "/var/run/docker.sock:/tmp/docker.sock:ro"
    deploy:
      placement:
        constraints: [node.role == manager]
      restart_policy:
        condition: on-failure
        max_attempts: 3
      update_config:
        delay: 5s
        order: start-first 
      resources:
        limits:
          cpus: "0.50"
          memory: 1g

负载均衡使用的是阿里云的 SLB，监听 80 -> 81， 443 -> 80，这样一个服务就实现了节点检查、代理和 https 重定向为一身。拖 nginx 的福，反正用起来就是爽，点击“Nginx 原理解析和配置摘要”进一步了解。

正所谓乐极生悲，某一次我在扩展 Swarm 集群的时候提升了部分 work 节点为 manager， 并且扩展了代理的数量，这让很多服务频繁出现 503，找来找去我发现问题出在 nginx-proxy 代理上。当服务在各节点分布不均的时候，非 leader 节点上的那个代理无法找到服务，废了老大的劲儿也没找到合理的解决方案。

最后我决定选择“Docker Flow Proxy”作为新的代理（好家伙，这一看文档吓我一跳，我还是第一次看到私人的开源项目能把参考文档写得这么详细，作者的细腻程度“令人发指”，小弟顶礼膜拜之），以下是我的案例：

version: "3.5"

services:

  proxy:
    image: vfarcic/docker-flow-proxy
    ports:
      - "80:80"
    networks:
      - proxy
    environment:
      - LISTENER_ADDRESS=swarm-listener
      - MODE=swarm
    secrets:
      - dfp_users_admin
    deploy:
      replicas: 2
      labels:
        - com.df.notify=true
        - com.df.port=8080
        - com.df.serviceDomain=localhost
        - com.df.reqPathSearchReplace=/alive,/v1/docker-flow-proxy/ping

  swarm-listener:
    image: vfarcic/docker-flow-swarm-listener
    networks:
      - proxy
    volumes:
      - /var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock
    environment:
      - DF_NOTIFY_CREATE_SERVICE_URL=http://proxy:8080/v1/docker-flow-proxy/reconfigure
      - DF_NOTIFY_REMOVE_SERVICE_URL=http://proxy:8080/v1/docker-flow-proxy/remove
    deploy:
      placement:
        constraints: [node.role == manager]

networks:
  proxy:
    external: true
secrets:
  dfp_users_admin:
    external: true

更换代理的过程也并非一帆风顺，我在 https 重定向这个问题浪费了好多时间，最后也没在代理中解决。作者当然是考虑到了这个问题，经典的解决方案应如下：

services:
  proxy:
    image: vfarcic/docker-flow-proxy
    ports:
      - "80:80"
      - "443:443"
    networks:
      - proxy
    environment:
      - LISTENER_ADDRESS=swarm-listener
      - MODE=swarm
    deploy:
      replicas: 2
      labels:
        - com.df.notify=true
        - com.df.httpsOnly=true
        - com.df.httpsRedirectCode=301

但奈何哥哥“非经典”呀，我的 https 证书和负载均衡都委托给阿里云的 SLB 了，SLB 代理的后端请求只能限定 http。我的想法还是监听所有请求 443 端口的域名并返回 301，但以下方案并没有成功:

labels:
  - com.df.notify=true
  - com.df.httpsRedirectCode=301
  - com.df.serviceDomainAlgo=hdr_dom（host）
    
  - com.df.srcPort.1=80
  - com.df.port.1=8080
  - com.df.serviceDomain.1=localhost
  - com.df.reqPathSearchReplace.1=/alive,/v1/docker-flow-proxy/ping
    
  - com.df.srcPort.2=443
  - com.df.port.2=8080
  - com.df.serviceDomain.2=youclk.com,localhost
  - com.df.httpsOnly.2=true

当然重定向可以在各服务内部实现，但我不认为这是个好的解决方案。最后的最后，我想反正迟早都要上 CND，于是就在 CND 中加了 https 重定向（哎，就是带宽的费用要 double 咯...）:

除了代理，最好再加一个监控服务，我选择了官方案例中的 visualizer ，配合 proxy 示例：

services:
  visualizer:
    image: dockersamples/visualizer
    networks:
      - proxy
    volumes:
      - "/var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock"
    deploy:
      placement:
        constraints: [node.role == manager]
      labels:
        - com.df.notify=true
        - com.df.serviceDomain=visualizer.youclk.com
        - com.df.port=8080
        - com.df.usersSecret=admin

visualizer 算是敏感服务了，一般需要用密码保护，这里通过 com.df.usersSecret 指定了密码文件，密码已写入 secrets dfp_users_admin 中。注意，com.df.usersSecret 的值与 dfp_users_* 必须相同，示例已在上文。部署后显示如下：

docker-flow-proxy 还有一个默认的监控服务，显示如下：

不过数据没有统一收集，因此意义不大，看看就好。除此之外就是真正需要部署的应用了，只要服务器性能足够，随便想来几个来几个。

5. 部署与维护

docker stack

部署命令:docker stack deploy -c docker-compose.yml --with-registry-auth youclk，私有仓库必须加 --with-registry-auth 才能下载镜像。除此之外常用的如下：

# network volume service secret 用法都类似，同出一系嘛...
docker stack ls
docker stack ps youclk
docker stack rm youclk

docker service

我使用 Compose 的场景一般都结合 Swarm，因此很少去记手动创建或者更改配置的命令了，意义也不大。除了查看移除等与上文相似以外，此处还应记两个:

docker service logs --tail 10  youclk_proxy
docker service update --force youclk_proxy

分别是查看日志和服务异常后强制重启。

结语

到此为止写了蛮多了，其余还有一些比较重要内容的后续有空再整理一篇。总结一下，开头我放的那张图其实很形象：Docker 可以看做集装箱把杂乱的货物一个个整理归类， Compose 则是用于编排这些集装箱，最后 Swarm 就是多提供几条船，挂掉一两条还能继续走，提高稳定性。

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