Docker 集群之（swarm）

什么是 Docker 集群？

Swarm 将一个或多个 Docker 【节点】组织起来，使得用户能够以集群方式管理它们；

• 这些节点可以是物理服务器、虚拟机、树莓派（Raspberry Pi）或云实例；
• 节点会被配置为管理节点（Manager）或工作节点（Worker）。

1. 管理节点负责集群控制面（Control Plane），进行诸如监控集群状态、分发任务至工作节点等操作。
2. 工作节点接收来自管理节点的任务并执行。

【集群搭建的注意事项】

• 安全性：要求所有节点通过可靠的网络相连；搭建 Swarm 集群时将不可避免地使用 TLS（安全传输层协议），因为它被 Swarm 紧密集成。在安全意识日盛的今天，这样的工具值得大力推广。Swarm 使用 TLS 进行通信加密、节点认证和角色授权。自动密钥轮换（Automatic Key Rotation）更是锦上添花！其在后台默默进行，用户甚至感知不到这一功能的存在。

 

为什么要使用 Docker 集群？

docker 在单机（单节点）环节下面，部署两个容器分别是 nginx 和 netcore ，假如 docker 主机宕机，意味着其上面的容器服务也随之不可用，再从客户端角度看，客户端的访问数量是不确定性的，随时都可能增多，而相对于单节点的 docker 主机，提供服务的负载能力也有上限，不能满足高并发场景，最终导致容器服务不可用，总结为以下两点：

1. 单节点 docker 主机不能提供服务的高可用性；
2. 单节点 docker 主机不能满足高并发服务访问；

针对以上面临的问题，因此需要对单节点 docker 主机进行集群，集群展示如下：

 

docker 集群解决的问题（提供服务的高可用）：

1. 提高并发量；
2. 解决单点故障问题；

【swarm 如何管理 docker 集群】

 以上环节中，docker swarm 通过角色（manager-worker）配置实现 docker 主机集群，同样管理节点（manager）也可以多个节点集群。

• manager :

1. 集群配置；
2. 容器服务管理；
3. 负载均衡；
4. 集群其他配置；

• worker:

1. 提供容器服务

类似 redis 中的主（mastere）从（slaver）配置；

 

Docker Swarm 集群工具

• Swarm 是 Dcoker 官方提供的一款集群管理工具，其主要作用是把若干台 Docker 主机抽象为一个整体，并且通过一个入口统一管理这些 Docker 主机上的各种 Docker 资源；
• Swarm 和 Kubernetes 比较类似，但是更加轻，具有的功能也较 kubernetes 更少一些；
• Docker Swarm 包含两方面：1.企业级的 Docker 安全集群 & 2.微服务应用编排引擎；
• Swarm 的配置和状态信息保存在一套位于所有管理节点上的分布式 etcd 数据库中。该数据库运行于内存中，并保持数据的最新状态。关于该数据库最棒的是，它几乎不需要任何配置，作为 Swarm 的一部分被安装，无须管理；
• Swarm 默认内置有加密的分布式集群存储（encrypted distributed cluster store）、加密网络（Encrypted Network）、公用TLS（Mutual TLS）、安全集群接入令牌 Secure Cluster Join Token）以及一套简化数字证书管理的 PKI（Public Key Infrastructure）。我们可以自如地添加或删除节点；
• Swarm 提供了一套丰富的 API 使得部署和管理复杂的微服务应用变得更加方便。通过将应用定义在声明式配置文件中，就可以使用原生的 Docker 命令完成部署。甚至还可以执行滚动升级、回滚以及扩缩容操作；

关于应用编排，Swarm 中的最小调度单元是服务；它是随 Swarm 引入的，在 API 中是一个新的对象元素，它基于容器封装了一些高级特性，是一个更高层次的概念。当容器被封装在一个服务中时，我们称之为一个任务或一个副本，服务中增加了诸如扩缩容、滚动升级以及简单回滚等特性。

 

如何搭建 Docker 集群？

通过service，task，stack去配置容器；

• service =》docker 不同主机（工作节点）容器的集合；
• task =》供 service 启动集群环境容器；
• stack =》多个 service 的集合；

docker 集群准备：

1. 两台云主机或VM，分别安装docker；
2. docker-swarm；

备注：在哪里操作哪个就是管理节点，所有操作只需在管理节点处理，工作节点无需担心；

上面我们对docker集群的原理做了简单的介绍，接下来我们实践操作，【docker-swarm】集群的搭建过程；

【Swarm集群搭建过程】

• 初始化一个集群工作节点 =》docker swarm init --advertise-addr [localhost] 默认为管理节点，
• 如果该节点已经存在，删除节点 =》docker swarm leave -f 

• 另外一台docker主机加入集群节点（work工作节点）

• 查看节点详细列表信息 =》docker --info

【集群环境中如何配置services（容器）集合】

• 镜像仓库准备所需的部署的镜像，比如：nginx 和 netcore

• 创建service =》docker service create --replicas 1 --name netcoreservice 参数 --replicas 指定集群数量，--name 为service取名；

• 查看【rmcoreservice】在哪个 docker 主机节点运行 =》docker service ps rmcoreservice

• 查看容器列表信息 =》docker container ls -a

• 删除rmcoreservice服务 =》docker service rm rmcoreservice

 备注：所有service的操作，全在管理节点操作，管理节点删除service 集群的工作节点也随之删除，证明：在worker工作节点查看 service 列表=》docker serice ls 工作节点无权操作，显示如下：

• 从镜像 rmcore 创建服务，指定两个工作节点，并暴露服务端口（映射） =》docker service create --replicas 2 --name rmcoreservice --publish 6066:80 rmcore

【集群中 stack 创建两个 service】

 【deploy可选参数配置详解】

endpoint_mode：访问集群服务的方式。
	endpoint_mode: vip 
	# Docker 集群服务一个对外的虚拟 ip。所有的请求都会通过这个虚拟 ip 到达集群服务内部的机器。
	endpoint_mode: dnsrr
	# DNS 轮询（DNSRR）。所有的请求会自动轮询获取到集群 ip 列表中的一个 ip 地址。
labels：在服务上设置标签。可以用容器上的 labels（跟 deploy 同级的配置） 覆盖 deploy 下的 labels。

mode：指定服务提供的模式。
	replicated：复制服务，复制指定服务到集群的机器上。
    global：全局服务，服务将部署至集群的每个节点。	
replicas：mode 为 replicated 时，需要使用此参数配置具体运行的节点数量。

resources：配置服务器资源使用的限制，例如上例子，配置 redis 集群运行需要的 cpu 的百分比 和 内存的占用。避免占用资源过高出现异常。

restart_policy：配置如何在退出容器时重新启动容器。

condition：可选 none，on-failure 或者 any（默认值：any）。
	delay：设置多久之后重启（默认值：0）。
	max_attempts：尝试重新启动容器的次数，超出次数，则不再尝试（默认值：一直重试）。
	window：设置容器重启超时时间（默认值：0）。
	rollback_config：配置在更新失败的情况下应如何回滚服务。

parallelism：一次要回滚的容器数。如果设置为0，则所有容器将同时回滚。
	delay：每个容器组回滚之间等待的时间（默认为0s）。
	failure_action：如果回滚失败，该怎么办。其中一个 continue 或者 pause（默认pause）。
	monitor：每个容器更新后，持续观察是否失败了的时间 (ns|us|ms|s|m|h)（默认为0s）。
	max_failure_ratio：在回滚期间可以容忍的故障率（默认为0）。
	order：回滚期间的操作顺序。其中一个 stop-first（串行回滚），或者 start-first（并行回滚）（默认 stop-first ）。
	update_config：配置应如何更新服务，对于配置滚动更新很有用。

parallelism：一次更新的容器数。
	delay：在更新一组容器之间等待的时间。
	failure_action：如果更新失败，该怎么办。其中一个 continue，rollback 或者pause （默认：pause）。
	monitor：每个容器更新后，持续观察是否失败了的时间 (ns|us|ms|s|m|h)（默认为0s）。
	max_failure_ratio：在更新过程中可以容忍的故障率。
	order：回滚期间的操作顺序。其中一个 stop-first（串行回滚），或者 start-first（并行回滚）（默认stop-first）

• 管理节点创建 stack 目录 =》mkdir stack
• 查看当前目录列表，切换到 compose

• 如果管理节点不存在 docker-compose.yml 文件就创建一个 =》 vi docker-compose.yml 创建文件并且进入编辑

• 管理节点的 stack 目录中创建的 docker-compose.yml 文件配置编辑信息如下：

• Stack 命令 =》docker stack --help

• 通过 docker-compose.yml 中的 deploy 配置信息，使用 stack 管理命令启动 =》docker stack deploy -c docker-compose.yml rmstack 创建的stack标识为rmstack
• 查看 stack 创建的列表目录信息 =》docker stack ls

• 查看 stack 中创建的 service =》docker service ls 创建的服务 rmstack_nginx, rmstack_rmcore

• 再次查看容器列表目录 =》docker container ls

以上过程就完成 stack 的集群配置；

• 删除 stack 配置 =》docker stack rm rmstack

 备注：管理节点创建和删除集群操作，工作节点也随之删除。

【docker-swarm命令集合】

• 查看 swarm 工具管理命令  =》docker swarm --help

指令	说明
ca	显示CA证书
init	初始化swarm 集群，并创建管理节点
join	将其他docker节点加入集群，创建工作节点，被管理节点管理
join-token	将其他docker节点加入集群，创建工作节点，被管理节点管理[这个是管理节点令牌]
leave	离开集群
unlock	打开集群
unlock-key	管理解锁键key
update	更新群集群

 

【swarm缺陷】

1. 无法监控某一个docker节点（主机）=》解决方案 k8s
2. 安装docker主机耗时；每安一次OS环境都需要对应的配置一次docker主机，比如：10台linux系统，需要安装10个docker主机 =》docker-machine（关键），参考：https://www.cnblogs.com/sparkdev/p/7066789.html
3. 集群容器如何做数据持久化？ =》volums 数据卷（关键）
4. 当service的work节点容器宕机，无法监控和感知；

 针对以上【swarm缺陷】的解决方案 =》【k8s/Kubermetes】