【docker】Docker Stack 详细使用及注意事项

一、什么是 Docker Stack

Docker Stack 是 Docker Swarm 环境中用于管理一组相关服务的工具。它使得在 Swarm 集群中部署、管理和扩展一组相互关联的服务变得简单。主要用于定义和编排容器化应用的多个服务。以下是 Docker Stack 的一些关键特点：

1. 服务集合：Docker Stack 允许你在一个配置文件中定义应用的多个服务。这个配置文件通常是一个 docker-compose.yml 文件，定义了应用的服务、网络和卷。

2. 简化部署：通过使用 docker stack deploy 命令，你可以一次性部署整个应用的所有服务。

3. 配置管理：Docker Stack 允许你使用单个配置文件来管理多个服务的配置，这使得部署和更新变得更加一致和方便。

4. 服务编排：它提供了高级的服务编排功能，如服务间的网络配置和卷挂载。

5. 适用于生产环境：Docker Stack 被设计用于在生产环境中的 Docker Swarm 集群，提供了额外的可靠性和扩展性。

6. 集群范围内的资源分配：Docker Stack 可以在集群的所有节点上分配和管理服务。

总而言之，Docker Stack 是 Docker Swarm 中的一个高级特性，用于在集群环境中管理复杂的多服务应用。它基于 Docker Compose 文件格式，但扩展了这种格式的功能，以适应集群和大规模部署的需求。

二、Docker Stack 使用示例

1、Docker Stack 结合 Docker Compose 部署单节点服务

以下是一个简单的 Docker Stack 使用示例，展示了如何在 Docker Swarm 环境中部署一个多服务的应用程序。在这个例子中，我们将部署一个包含两个服务的应用：一个 Web 服务（使用 Nginx）和一个数据库服务（使用 Redis）。

步骤 1: 创建 Docker Compose 文件

首先，创建一个名为 docker-compose.yml 的文件，其中定义了你的服务。这个文件应该看起来像这样：

version: '3'
services:
  web:
    image: nginx
    ports:
      - "80:80"
    deploy:
      replicas: 2
      update_config:
        parallelism: 2
        delay: 10s
      restart_policy:
        condition: on-failure
  redis:
    image: redis
    ports:
      - "6379:6379"
    deploy:
      replicas: 1
      restart_policy:
        condition: on-failure

这个配置文件定义了两个服务：web 和 redis。web 服务使用了 Nginx 镜像，而 redis 服务使用了 Redis 镜像。每个服务都配置了端口映射、副本数量和重启策略。

步骤 2: 初始化 Docker Swarm

确保 Docker Swarm 模式被激活。如果尚未初始化 Swarm，可以在 Docker 主机上运行以下命令：

docker swarm init --advertise-addr <MANAGER-IP>

这里 是管理节点的 IP 地址。这个命令会生成一个加入集群的令牌。

步骤 3: 部署 Stack

使用以下命令部署 Stack：

docker stack deploy -c docker-compose.yml mystack

这里 mystack 是你的 Stack 的名字。

注意：部署过程需要一点时间，稍微等一会儿，docker swarm会自动在各个节点启动服务
如果你需要更新服务，只需修改docker-compose.yml文件，然后再次运行docker stack deploy命令。

步骤 4: 验证部署

部署完成后，你可以使用以下命令来查看 Stack 的状态：

docker stack services mystack

使用docker service ls也可以查看

这将显示 Stack 中每个服务的状态，包括它们的副本数量和当前状态。

服务显示如下：

ID             NAME            MODE         REPLICAS   IMAGE          PORTS
mf47e9xz5cuq   mystack_redis   replicated   1/1        redis:latest   *:6379->6379/tcp
rhtrr5fw44k3   mystack_web     replicated   2/2        nginx:latest   *:80->80/tcp

步骤 5: 更新和移除 Stack

• 如果你需要更新服务，只需更改 docker-compose.yml 文件并重新运行 docker stack deploy 命令。
• 要移除 Stack，可以使用以下命令：

docker stack rm mystack

注意事项

• 确保 docker-compose.yml 文件的格式正确。
• 在生产环境中使用之前，建议进行充分的测试。

这个例子提供了一个基本的 Docker Stack 使用场景。实际使用中，你可能需要根据具体需求调整配置。更多详细信息和高级用法，可以参考 Docker 官方文档。

2、Docker Stack 部署多节点示例

在 Docker Swarm 集群中需要有多个节点才能展示其集群管理和服务调度的功能。
在多节点环境中，需要先设置一个 Docker Swarm 集群。

以下是在多节点 Docker Swarm 集群中部署服务的步骤：

设置 Docker Swarm 集群

1. 选择一个管理节点（Manager Node）：在你选择的管理节点上运行以下命令来初始化 Swarm 集群：

   docker swarm init
   

   这个命令会生成一个加入集群的令牌。

2. 将其他节点加入到集群：在其他 Docker 节点上，使用初始化时生成的令牌来加入 Swarm 集群。在每个要加入的节点上运行以下命令：

   docker swarm join --token [TOKEN] [MANAGER_IP]:2377
   

   这里 [TOKEN] 是初始化时生成的令牌，[MANAGER_IP] 是管理节点的 IP 地址。

部署服务到 Swarm 集群

一旦集群设置完成，你就可以按照之前的步骤（创建 docker-compose.yml 文件和使用 docker stack deploy 命令）来部署你的服务。

确保 Swarm 集群正确配置并且所有节点都是活跃的是服务部署成功的关键。如果只有单个节点，Docker Stack 仍然可以工作，但是它的集群功能就不会体现出来。

这种方式可以更好地展示 Docker Stack 在多节点环境中的能力，尤其是在进行负载均衡和容错等高级功能时。更多关于 Docker Swarm 和 Docker Stack 的细节，可以参考 Docker 的官方文档。

三、服务发现机制

Docker Swarm 的服务发现机制是一种自动识别和定位集群中服务的方法。服务发现对于任何分布式系统，尤其是大型的、基于容器的环境非常重要。在Docker Swarm中，服务发现使得容器可以相互寻找并进行通信，即使它们可能在集群的不同节点上运行。

1、如何工作

在Docker Swarm中，服务发现通常通过以下几种方式实现：

1. 内部DNS服务：

   • Swarm集群有一个内部的DNS服务，当你在Swarm中创建服务时，Swarm会为这个服务的每个实例（即容器）创建一个DNS条目。
   • 这意味着服务之间可以通过服务名进行通信，而不必关心实际容器的IP地址。

2. 服务发现的关键组件：

   • 服务名称：在Swarm集群中创建服务时，你会为其指定一个名称，这个名称用于内部DNS解析。
   • 负载均衡：Swarm使用内置的负载均衡器来分发请求到不同的容器实例。

举例说明

假设你有一个由多个微服务组成的应用，其中有一个名为web的前端服务和一个名为db的数据库服务。

1. 创建服务：

   • 你在Swarm中部署这两个服务，分别命名为web和db。

2. 服务间通信：

   • web服务的容器需要访问db服务。在web服务的容器中，你可以简单地使用db这个名称来引用数据库服务，而不需要知道它的具体IP。
   • 当web服务尝试连接到db时，Swarm的内部DNS服务会解析db到正确的IP地址。

3. 动态扩展：

   • 如果db服务需要扩展，你可以在Swarm中简单地增加更多的db容器实例。
   • web服务无需任何改变，因为它只是通过服务名db与数据库服务通信，Swarm会自动处理负载均衡和服务发现。

这种机制简化了服务配置和扩展，因为服务可以动态发现并与集群中的其他服务通信，而无需手动配置每个容器的网络设置。

2、示例：Docker Swarm 服务发现

让我们通过一个具体的例子来深入理解 Docker Swarm 的服务发现机制。假设我们有一个简单的应用程序，它包括两个服务：一个 Web 应用（前端）和一个数据库（后端）。我们将使用 Docker Swarm 来部署这些服务，并展示如何利用服务发现来实现它们之间的通信。

1）环境准备

1. 安装 Docker：首先确保在所有节点上安装了 Docker。
2. 初始化 Swarm：在主节点上运行 docker swarm init 来初始化 Swarm 集群。
3. 添加工作节点：在其他节点上使用 docker swarm join 命令来加入 Swarm 集群。

2）步骤

步骤 1: 创建网络

在 Swarm 集群中创建一个叠加网络（overlay network）以便不同节点上的容器可以相互通信。

docker network create --driver=overlay my_overlay_network

步骤 2: 部署数据库服务

创建一个名为 db 的数据库服务。这里我们假设使用 PostgreSQL。

docker service create --name db --network my_overlay_network postgres:latest

步骤 3: 部署 Web 应用服务

创建一个名为 web 的 Web 应用服务，并确保它连接到同一个网络。

docker service create --name web --network my_overlay_network my_web_app_image

在这个例子中，my_web_app_image 是你的 Web 应用的 Docker 镜像。

步骤 4: 服务发现

现在，web 服务需要连接到 db 服务。在 Web 应用的配置中，你可以直接使用服务名 db 作为数据库的主机名。例如，如果你的 Web 应用使用环境变量来配置数据库连接，可以这样设置：

DATABASE_HOST=db

步骤 5: Swarm 的内部 DNS

当 web 服务中的容器尝试连接到 db 时，Swarm 的内部 DNS 服务会自动解析 db 为数据库服务的当前 IP 地址。即使 db 服务的容器迁移到了集群中的另一个节点，web 服务仍然可以通过名为 db 的 DNS 记录找到它。

步骤 6: 扩展和负载均衡

如果你需要扩展数据库服务以处理更多的负载，可以简单地增加 db 服务的副本数：

docker service scale db=3

Swarm 会自动在集群中分配并启动额外的 db 容器。由于内置的负载均衡，web 服务会在所有 db 容器实例之间分配请求，而无需任何额外配置。

3）总结

通过这个例子，我们看到了 Docker Swarm 的服务发现机制如何使得服务之间的通信变得简单和自动化。服务只需使用服务名来相互引用，Swarm 会处理所有的网络细节，包括 DNS 解析和负载均衡。这大大简化了分布式应用的管理和扩展。

3、示例：Docker Stack 服务发现

使用 docker stack 配合 docker-compose.yml 文件可以更加方便地管理和部署多服务应用。以下是一个示例，展示了如何使用 Docker Stack 和 Docker Compose 来部署一个包含 Web 应用和数据库服务的简单应用，同时展示服务发现的工作方式。

1）环境准备

1. 安装 Docker：确保所有节点上安装了 Docker。
2. 初始化 Swarm：在主节点上运行 docker swarm init 来初始化 Swarm 集群。
3. 添加工作节点：在其他节点上使用 docker swarm join 命令来加入 Swarm 集群。

2）创建 docker-compose.yml 文件

创建一个 docker-compose.yml 文件，其中定义了 Web 应用和数据库服务。这个文件也定义了所需的网络。

version: '3.7'

services:
  web:
    image: my_web_app_image
    ports:
      - "80:80"
    networks:
      - my_overlay_network
    deploy:
      replicas: 2
      restart_policy:
        condition: on-failure
    environment:
      - DATABASE_HOST=db

  db:
    image: postgres:latest
    networks:
      - my_overlay_network
    deploy:
      replicas: 1
      restart_policy:
        condition: on-failure
    environment:
      - POSTGRES_DB=mydatabase
      - POSTGRES_USER=user
      - POSTGRES_PASSWORD=password

networks:
  my_overlay_network:
    driver: overlay

在这个文件中：

• Web 服务 (web)：使用自定义的 Web 应用镜像，映射端口 80，并设置环境变量 DATABASE_HOST 指向数据库服务。
• 数据库服务 (db)：使用 PostgreSQL 镜像，并定义了一些基本的环境变量。
• 网络 (my_overlay_network)：定义了一个叠加网络，允许服务间的通信。

3）部署服务

在 Swarm 集群的管理节点上，运行以下命令来部署这些服务：

docker stack deploy -c docker-compose.yml myapp

这个命令会根据 docker-compose.yml 文件的定义，在 Swarm 集群中部署 Web 和数据库服务。

4）服务发现

在这个配置中，Web 服务可以通过简单地使用 db 作为主机名来连接数据库。Swarm 集群内的内部 DNS 解析将自动将 db 解析为正确的数据库服务地址。这意味着即使数据库服务移动到集群中的不同节点，Web 应用也能够无缝地找到并连接到数据库服务。

5）扩展服务

如果需要扩展 Web 服务以处理更多的流量，你可以简单地更新 docker-compose.yml 文件中的 replicas 设置，然后再次运行 docker stack deploy 命令。Swarm 会自动更新服务配置并实现扩展。

6）总结

通过结合 Docker Stack 和 Docker Compose，我们可以轻松管理复杂的多服务应用，并利用 Docker Swarm 的服务发现功能，使得服务间的通信变得简单和高效。这种方式特别适合于生产环境中的应用部署和管理。

4、用于服务发现的网络类型 Overlay

在 Docker Swarm 环境中，使用 overlay 网络是至关重要的，尤其是在跨多个主机部署容器时。这是因为 overlay 网络提供了几个关键功能，使得在分布式和多主机环境中的容器通信成为可能。

1. 跨主机通信

• 连接多个主机：Overlay 网络允许不同主机上的容器彼此通信，就好像它们在同一个主机上一样。在没有 overlay 网络的情况下，容器只能与同一主机上的其他容器通信。

2. 隔离和安全

• 隔离网络流量：Overlay 网络为每个服务提供了独立的网络环境，这意味着服务之间的通信是隔离的，从而增加了安全性。
• 加密通信：在某些配置中，overlay 网络还可以对跨主机的容器通信进行加密，提供额外的安全层。

3. 负载均衡和服务发现

• 内置服务发现：Overlay 网络支持 Docker Swarm 的内置服务发现功能，使得服务可以通过服务名称相互发现和通信，而不需要知道对方的具体 IP 地址。
• 支持负载均衡：Overlay 网络也支持 Docker Swarm 的负载均衡功能，可以自动在同一服务的不同容器实例之间分配流量。

4. 可伸缩性和灵活性

• 动态伸缩：Overlay 网络支持在不同的主机上动态启动和停止容器，而无需手动重新配置网络。
• 适合大规模部署：由于其跨主机通信和负载均衡能力，overlay 网络非常适合于大规模、分布式的容器部署。

5. 网络抽象

• 简化网络配置：Overlay 网络提供了一个抽象层，隐藏了底层的网络复杂性，使得用户可以简单地通过服务名称来进行通信，而不必担心底层的网络细节。

总结

在 Docker Swarm 环境中，overlay 网络是实现跨主机容器通信、服务发现、负载均衡以及网络隔离和安全的关键组件。它为在分布式环境中运行的容器提供了必要的网络特性和功能，是构建和管理大规模容器化应用的重要基础。

虽然其他网络类型在特定场景下有其应用价值，但在 Docker Swarm 环境中，当涉及到跨主机的容器通信和集群管理时，overlay 网络因其支持服务发现、负载均衡、跨主机通信以及网络隔离等特性，通常是最佳选择。Bridge、host、none 和 macvlan 网络各有其特点和适用场景，但它们不支持 Swarm 集群中跨主机容器间的直接通信，这限制了它们在分布式应用和服务中的应用。

四、docker-compose.yml 中 deploy 配置

在 docker-compose.yml 文件中，deploy 部分包含了与 Docker Swarm 模式相关的一系列配置选项。这些配置专门用于调整和控制在 Swarm 集群上部署服务时的行为。

以下是一些主要的配置项及其详细说明：

参考 https://docs.docker.com/compose/compose-file/deploy/

1. replicas

• 说明：定义服务的副本数量。
• 用途：用于指定 Swarm 集群应该运行多少个该服务的实例。
• 默认：1

2. update_config

• 说明：控制服务更新时的行为。
• 子选项：
  • parallelism：一次更新的容器数量。
  • delay：更新批次之间的延迟时间。
  • failure_action：更新失败时的操作（如暂停、回滚）。默认 pause
  • monitor：在认定更新失败之前等待的时间。
  • max_failure_ratio：允许更新失败的容器比例。
  • order：更新顺序（例如，先停止再启动或先启动再停止）。默认stop-first

3. rollback_config

• 说明：定义服务回滚到之前版本时的行为（与 update_config 类似）。
• 子选项：与 update_config 相似，包括 parallelism、delay 等。

4. restart_policy

• 说明：定义服务容器的重启策略。
• 子选项：
  • condition：重启的条件（例如，任何时候、失败时或不重启）。
  • delay：重启之间的延迟时间。
  • max_attempts：在放弃之前尝试重启的最大次数。
  • window：考虑重启尝试的时间窗口。

5. resources

• 说明：设置服务容器的资源限制和保留。
• 子选项：
  • limits：资源使用的上限（如 CPU、内存）。
  • reservations：保留给服务的最低资源。

6. placement

• 说明：定义服务容器的放置策略。
• 子选项：
  • constraints：约束条件，用于指定哪些节点可以运行服务的容器（例如，基于节点的角色或标签）。

7. labels

• 说明：为服务定义元数据标签。
• 用途：用于添加描述性信息，可以用于服务的分类和管理。

8. mode

• 说明：指定服务的部署模式。
• 选项：
  • replicated：运行指定数量的副本（默认）。
  • global：在每个集群节点上运行一个服务实例。

9. endpoint_mode

• 说明：定义服务暴露方式。
• 选项：
  • vip（Virtual IP）：服务通过一个虚拟IP进行访问，Swarm 会自动进行负载均衡。
  • dnsrr（DNS Round Robin）：通过 DNS 轮询方式访问服务。

表格整理如下

配置项	说明	默认值	使用示例
replicas	设置服务副本的数量	1	replicas: 3
update_config	控制服务更新时的行为	-	update_config: { parallelism: 2, delay: 10s }
- - parallelism	一次更新的容器数量	-	parallelism: 2
- - delay	更新批次之间的延迟时间	-	delay: 10s
- - failure_action	更新失败时的操作	pause	failure_action: rollback
- - monitor	在认定更新失败前等待的时间	-	monitor: 30s
- - max_failure_ratio	允许更新失败的容器比例	-	max_failure_ratio: 0.3
- - order	更新顺序	stop-first	order: start-first
rollback_config	定义服务回滚到之前版本时的行为	-	rollback_config: { parallelism: 1 }
restart_policy	定义服务容器的重启策略	-	restart_policy: { condition: on-failure }
- - condition	重启的条件	any	condition: on-failure
- - max_attempts	在放弃前尝试重启的最大次数	-	max_attempts: 5
- - window	考虑重启尝试的时间窗口	-	window: 120s
resources	设置服务容器的资源限制和保留	-	resources: { limits: { cpus: '0.50', memory: 50M } }
- - limits	资源使用的上限	-	limits: { cpus: '0.50', memory: 50M }
- - reservations	保留给服务的最低资源	-	reservations: { cpus: '0.25', memory: 20M }
placement	定义服务容器的放置策略	-	placement: { constraints: [node.role == manager] }
- - constraints	节点放置约束	-	constraints: [node.role == manager]
labels	为服务定义元数据标签	-	labels: [key=value]
mode	指定服务的部署模式	replicated	mode: global
endpoint_mode	定义服务暴露方式	vip	endpoint_mode: dnsrr

总结

deploy 部分的配置项专为 Docker Swarm 模式设计，提供了一系列强大的工具来管理服务的部署和运行。通过这些配置项，可以精细地控制服务的扩展、更新、资源分配和位置放置，使得在 Swarm 集群中运行的服务更加灵活和高效。

五、使用 Docker Stack 注意事项

当使用 Docker Stack 结合 Docker Compose 来部署和管理服务时，有几个重要事项需要考虑。这些事项确保你的部署流程顺畅，同时也确保你充分利用了 Docker Stack 和 Compose 的特性。

1. Docker Compose 文件版本

• 使用与 Docker Swarm 兼容的 Docker Compose 文件版本。截至目前（2023年），推荐使用版本 3.7 或更高版本，Docker Swarm 模式支持的最低 Docker Compose 文件版本是 3.0。

2. 服务定义

• 服务配置：确保正确定义服务，包括镜像、端口映射、环境变量等。
• 副本数量：通过 deploy.replicas 设置服务的副本数量，以实现负载均衡和高可用性。
• 资源限制：可以设置资源限制（如 CPU 和内存限制）来确保服务不会消耗过多资源。

3. 网络配置

• 使用 Overlay 网络：确保定义 overlay 网络以实现跨主机容器通信。
• 服务间通信：服务应该连接到同一个 overlay 网络，以便它们可以相互通信。

4. 部署策略

• 更新策略：通过 deploy.update_config 定义服务更新时的行为（例如，滚动更新）。
• 重启策略：配置 deploy.restart_policy 来控制服务容器在失败时的重启行为。

5. 数据卷和持久化

• 数据持久化：如果服务需要持久化数据，应该正确配置数据卷。
• 数据卷位置：确保数据卷对所有主机都可访问，或使用集群内的存储解决方案。

6. 环境差异

• 适应不同环境：可能需要为不同环境（如开发、测试和生产）准备不同的 Compose 文件或配置。

7. 安全性和隔离

• 配置安全选项：考虑安全性，比如是否需要加密 overlay 网络，以及如何管理敏感数据（例如，通过 Docker Secrets）。

8. 日志和监控

• 日志配置：配置适当的日志驱动，以便能够集中收集和分析日志。
• 监控和健康检查：配置健康检查和监控系统，以确保服务的健康和性能。

9. 兼容性检查

• Docker Engine 版本：确保所有 Swarm 节点上的 Docker Engine 版本兼容你的 Docker Compose 文件。
• 测试部署：在正式部署之前，在测试环境中测试你的 Compose 文件。

10. 清理和维护

• 服务更新和清理：了解如何更新和清理旧服务及其资源，以避免配置混乱或资源浪费。

参考

以下是关于 Docker Swarm 的一些官方参考资料链接：

1. Swarm mode overview: 提供关于 Docker Swarm 模式的概述和基本信息。
   Swarm mode overview - Docker Docs

2. Deploy to Swarm: 介绍了如何在 Docker Swarm 环境中部署应用程序。
   Deploy to Swarm - Docker Docs

3. Deploy services to a swarm: 讲述了在 Docker Swarm 环境中部署和管理服务的具体方法。
   Deploy services to a swarm - Docker Docs