Docker学习十：Docker Swarm

一、Swarm介绍

Swarm 是 Docker 官方推出的容器集群管理工具，最大的优势之一就是原生支持 Docker API，原来的 Docker 用户可以很方便地将服务迁移到 Swarm 中来。

Swarm 还内置了对 Docker 网络插件的支持，因此用户可以很方便地部署需要跨主机通信的容器集群。

除此之外，Swarm还有以下优点：

• 分布式： Swarm 使用Raft（一种分布式一致性协议）协议来做集群间数据一致性保障，使用多个容器节点组成管理集群，从而避免单点故障。
• 安全： Swarm 使用 TLS 双向认证来确保节点之间通信的安全，它可以利用双向 TLS 进行节点之间的身份认证，角色授权和加密传输，并且可以自动执行证书的颁发和更换。
• 简单： Swarm 的操作非常简单，并且除 Docker 外基本无其他外部依赖，而且从 Docker 1.12 版本后， Swarm 直接被内置到了 Docker 中，可以说真正做到了开箱即用。

1. Swarm 的架构

Swarm 的架构整体分为管理节点（Manager Nodes）和工作节点（Worker Nodes）：

• 管理节点： 管理节点负责接受用户的请求，用户的请求中包含用户定义的容器运行状态描述，然后 Swarm 负责调度和管理容器，并且努力达到用户所期望的状态。
• 工作节点： 工作节点运行执行器（Executor），负责执行具体的容器管理任务（Task），例如容器的启动、停止、删除等操作。

2. 核心概念

a. Swarm 集群

一组被 Swarm 统一管理和调度的节点，被 Swarm纳管的节点可以是物理机或者虚拟机。其中一部分节点作为管理节点，负责集群状态的管理和协调，另一部分作为工作节点，负责执行具体的任务来管理容器，实现用户服务的启停等功能。

b. 节点

Swarm 集群中的每一台物理机或者虚拟机称为节点。节点按照工作职责分为管理节点和工作节点，管理节点由于需要使用 Raft 协议来协商节点状态，生产环境中通常建议将管理节点的数量设置为奇数个，一般为 3 个、5 个或 7 个。

c. 服务

服务是为了支持容器编排所提出的概念，它是一系列复杂容器环境互相协作的统称。一个服务的声明通常包含容器的启动方式、启动的副本数、环境变量、存储、配置、网络等一系列配置，用户通过声明一个服务，将它交给 Swarm，Swarm 负责将用户声明的服务实现。

服务分为全局服务（global services）和副本服务（replicated services）:

• 全局服务：每个工作节点上都会运行一个任务，类似于 Kubernetes 中的 Daemonset。
• 副本服务：按照指定的副本数在整个集群中调度运行。

d. 任务

集群中的最小调度单位，它包含一个真正运行中的 Docker 容器。当管理节点根据服务中声明的副本数将任务调度到节点时，任务则开始在该节点启动和运行，当节点出现异常时，任务会运行失败。此时调度器会把失败的任务重新调度到其他正常的节点上正常运行，以确保运行中的容器副本数满足用户所期望的副本数。

e. 服务外部访问

由于容器的 IP 只能在集群内部访问到，而且容器又是用后马上销毁，这样容器的 IP 也会动态变化，因此容器集群内部的服务想要被集群外部的用户访问到，服务必须要映射到主机上的固定端口。

Swarm 使用入口负载均衡（ingress load balancing）的模式将服务暴露在主机上，该模式下，每一个服务会被分配一个公开端口（PublishedPort），你可以指定使用某个未被占用的公开端口，也可以让 Swarm 自动分配一个。

Swarm 集群的公开端口可以从集群内的任意节点上访问到，当请求达到集群中的一个节点时，如果该节点没有要请求的服务，则会将请求转发到实际运行该服务的节点上，从而响应用户的请求。

二、搭建Swarm 集群

前提条件：

• Docker 版本大于 1.12，推荐使用最新稳定版 Docker；
• 主机需要开放一些端口（TCP：2377 UDP:4789 TCP 和 UDP:7946）。
• 生产环境中推荐使用至少三个 manager 作为管理节点

1. 初始化集群

为了简化，这里仅是有一个manager管理节点

# 初始化 Swarm集群
docker swarm init --advertise-addr 
Swarm initialized: current node (1ehtnlcf3emncktgjzpoux5ga) is now a manager.

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

    docker swarm join --token SWMTKN-1-1kal5b1iozbfmnnhx3kjfd3y6yqcjjjpcftrlg69pm2g8hw5vx-8j4l0t2is9ok9jwwc3tovtxbp 192.168.31.100:2377

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

# advertise-addr 一般用于主机有多块网卡的情况，如果你的主机只有一块网卡，可以忽略此参数
# 打印信息中，提示了如何把一台主机加入集群成为工作节点

2. 加入工作节点

# 复制初始化集群时，提示的加入工作节点命令，分别在工作节点上执行
$ docker swarm join --token SWMTKN-1-1kal5b1iozbfmnnhx3kjfd3y6yqcjjjpcftrlg69pm2g8hw5vx-8j4l0t2is9ok9jwwc3tovtxbp 192.168.31.100:2377
This node joined a swarm as a worker.

# 如果是生产环境，可以使用docker swarm join-token manager命令来查看如何加入管理节点
$ docker swarm join-to ken manager
To add a manager to this swarm, run the following command:

    docker swarm join --token SWMTKN-1-1kal5b1iozbfmnnhx3kjfd3y6yqcjjjpcftrlg69pm2g8hw5vx-8fq89jxo2axwggryvom5a337t 192.168.31.100:2377

# 复制 Swarm 输出的结果即可加入管理节点到集群中

3. 节点查看

# 查看当前节点的状态
$ ]# docker node ls
ID                            HOSTNAME            STATUS              AVAILABILITY        MANAGER STATUS      ENGINE VERSION
1ehtnlcf3emncktgjzpoux5ga *   swarm-manager       Ready               Active              Leader              19.03.12
pn7gdm847sfzydqhcv3vma97y *   swarm-node1         Ready               Active                                        19.03.12
4dtc9pw5quyjs5yf25ccgr8uh *   swarm-node2         Ready               Active                                        19.03.12
est7ww3gngna4u7td22g9m2k5 *   swarm-node3         Ready               Active                                        19.03.12
# 当前集群包含 1 个管理节点，3 个工作节点

三、使用 Swarm

1. 通过 docker service 命令创建服务

# 创建服务
$ docker service create --replicas 1 --name hello-world nginx
24f9ng83m9sq4ml3e92k4g5by
overall progress: 1 out of 1 tasks
1/1: running   [==================================================>]
verify: Service converged

# 查看已经启动的服务
$ docker service ls
ID                  NAME                  MODE                REPLICAS            IMAGE               PORTS
24f9ng83m9sq        hello-world           replicated          1/1                 nginx:latest

# 删除服务
$ docker service rm hello-world
hello-world

更多的docker service命令的相关操作，可以参考这里。

2. 通过 docker stack 命令创建服务

修改前述章节提到的docker-compose 的模板文件，添加了deploy 指令，并且指定使用副本服务（replicated）的方式启动两个 WordPress 实例

version: '3'

services:
   mysql:
     image: mysql:5.7
     volumes:
       - mysql_data:/var/lib/mysql
     restart: always
     environment:
       MYSQL_ROOT_PASSWORD: root
       MYSQL_DATABASE: mywordpress
       MYSQL_USER: mywordpress
       MYSQL_PASSWORD: mywordpress

   wordpress:
     depends_on:
       - mysql
     image: wordpress:php7.4
     deploy:
       mode: replicated
       replicas: 2
     ports:
       - "8080:80"
     restart: always
     environment:
       WORDPRESS_DB_HOST: mysql:3306
       WORDPRESS_DB_USER: mywordpress
       WORDPRESS_DB_PASSWORD: mywordpress
       WORDPRESS_DB_NAME: mywordpress
volumes:
    mysql_data: {}

在 /tmp 目下新建 docker-compose.yml 文件，并且写入以上的内容。使用以下命令启动服务：

$ docker stack deploy -c docker-compose.yml wordpress
Ignoring unsupported options: restart

Creating network wordpress_default
Creating service wordpress_mysql
Creating service wordpress_wordpress

以上命令执行后，将会启动两个服务：

• MySQL服务，默认启动一个副本
• WordPress服务，根据compose模板的定义启动了两个副本

# 查看启动的服务：
$ docker service ls
ID                  NAME                  MODE                REPLICAS            IMAGE               PORTS
v8i0pzb4e3tc        wordpress_mysql       replicated          1/1                 mysql:5.7
96m8xfyeqzr5        wordpress_wordpress   replicated          2/2                 wordpress:php7.4    *:8080->80/tcp