DockerSwarm 集群环境搭建

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

列出虚拟机并获取其IP地址：

docker-machine ls

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  

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 

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.

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

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  

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

3. 工作节点加入 swarm 集群

连接机器myvm-2

docker-machine ssh myvm-2

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.

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

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

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

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

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

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

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

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

查看集群上的服务

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

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

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 

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

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

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

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

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

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

/ # ping nginx
ping: bad address 'nginx'

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

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

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

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

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

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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