Docker 系列：swarm mode

2018-07-05

概要

关于 swarm mode：

是什么？
怎么用？
- 核心概念
- 搭建 Swarm 集群
- 部署服务 Service
- 服务升级（滚动升级）
什么原理？

1. 是什么

关于 Swarm mode 是什么，关注 2 个方面：

Swarm 简介：大方向上，说明 Swarm 解决什么问题
Swarm 新特性：细节上，能够解决什么问题

1.1. Swarm 简介

swarm 的作用：Docker Engine 内置（原始）的集群管理和编排工具。

关于 swarm 的历史演进：

Docker Swarm：在 Docker 1.12 版本之前，是独立的组件，独立于 Docker Engine 之外，需要独立安装；
swarm mode：在 Docker 1.12+(涵盖1.12)，内置到了 Docker Engine 之中，无需独立安装；

官方建议：

如果要使用 swarm，直接升级到 Docker 1.12 之后的新版本，使用 swarm mode 即可。

更多细节，参考：

1.2. Swarm 的新特性

Swarm mode 内置 kv 存储功能，提供了众多的新特性：

去中心化：具有容错能力
- 同一个镜像，启动节点，运行时可以设置不同角色：manager、worker
- 声明式的服务模型，可以直接定义一个应用，包含哪些服务
- 监听 worker 的状态，如果容器挂掉，会自动重启
服务发现：内置了服务发现
负载均衡：服务可以对接外部的 LB，swarm 也支持指定 service 在 node 上的分布
路由网格：overlay 网络，虚拟网络，就近服务注册和服务发现，以及服务路由
动态伸缩：服务层面的容器伸缩
滚动更新：服务部署的粒度，细化到容器
安全传输：使用 TLS 协议进行安全的通信

这些特性，使得 Docker 原生的 Swarm 集群，具备与 Mesos、Kubernetes 竞争的实力。

疑问： swarm mode 场景下，存在哪些对象？相互之间的关系是什么？

2. 怎么用

关于 Swarm mode 的使用，关注几个问题：

核心概念：Swarm mode 场景下，存在哪些对象？相互之间的关系
搭建 Swarm 集群：多个 Docker 节点，组成一个集群
部署服务 Service：在 Swarm 集群上，部署服务、管理服务
服务升级（滚动升级）：在 Swarm 集群中，滚动升级、以及回滚操作

2.1. 核心概念

详细信息：how-swarm-mode-works

swarm mode 涉及几个核心概念：

Docker 节点：角色，物理维度
Service 服务：服务 和 任务，逻辑维度

Docker 节点：Docker node

本质：Docker 服务器，Docker daemon
2 种角色：manager node 管理节点和 worker node 工作节点
- 管理节点 manager：
  - 管理 swarm 集群
  - 可以存在多个 manager 节点，但依赖 raft 协议，只能有一个 leader
  - docker swarm 命令，只能在 manager 上执行
- 工作节点 worker：
  - 执行任务
  - mannager 节点，默认，也可以作为 worker 节点
  - docker machine 创建 Docker 节点，join 到 swarm 集群中，并设置自己角色
同一个 Docker node，可以选择 3 种角色：
- manager
- worker
- 同时是 manager 和 worker

服务和任务（Service & Task）：

Service，一个服务，可能涵盖多个容器
Task 是指 worker 节点上，创建一个容器的任务
Service 创建多个容器，每个容器对应一个 Task
Service 分类：
- replicated service：容器数量固定，跟 worker node 数量无关；
- global service：每个 worker node ，运行一个容器，容器数量跟 worker node 绑定；

2.2. 搭建 Swarm 集群

目标：搭建一个 swarm 集群，本质，Docker 服务器集群。

细节参考：

下面的场景中，将进行如下操作：

创建节点：创建一个 Docker 集群：1 个 manager、2 个 worker；
Manager 角色初始化：manager 节点，进行 swarm 初始化
添加 Worker 节点：worker 节点，加入 swarm 集群

具体操作：

# 1. 创建一个 Docker 节点，命名为 manager
docker-machine create -d virtualbox manager

# 2. 登录 manager 节点，完成 swarm 模式初始化
docker-machine ssh manager
# 在 manager 节点上，完成下述 swarm 初始化
docker swarm init --advertise-addr 192.168.99.100

...
Swarm initialized: current node (j9iopsxdcrwm0ayughex405zh) is now a manager.

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

    docker swarm join --token SWMTKN-1-4jp7adsqdwyjw1kkijnstkvj1t3xkcmmmzr6oqgmahz0tmqkv7-12mk3k2zv97hju7gafpqlia7f 192.168.99.100:2377

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

# 3. 创建 2 个 worker 节点
docker-machine create -d virtualbox worker1
docker-machine create -d virtualbox worker2

# 4. 分别 ssh 登录两个 worker 节点，并执行 swarm join 命令
docker-machine ssh worker1
docker-machine ssh worker2

...
docker swarm join --token SWMTKN-1-4jp7adsqdwyjw1kkijnstkvj1t3xkcmmmzr6oqgmahz0tmqkv7-12mk3k2zv97hju7gafpqlia7f 192.168.99.100:2377
...

# 5. 查看 Docker 集群状态（ssh 登录到 manager 节点，执行下述命令）
$ docker node ls

ID                            HOSTNAME            STATUS              AVAILABILITY        MANAGER STATUS      ENGINE VERSION
j9iopsxdcrwm0ayughex405zh *   manager             Ready               Active              Leader              18.06.0-ce
ecx168drw3tc0ct4hzb9kf90j     worker1             Ready               Active                                  18.06.0-ce
sco7gy7tzx9ciu9gb5pk8zu0r     worker2             Ready               Active                                  18.06.0-ce

2.3. 部署服务 Service

详细信息，参考 Getting started with swarm mode。

两种场景下部署服务：

单个镜像
docker-compose 配置一组服务

在 manager 节点上，使用 docker service 进行服务的编排和管理。

2.3.1. 单个镜像

使用 docker service 命令，具体：

docker service create：创建镜像，一次只能创建一个服务.
docker service ls：查看所有 service 列表
docker service ps [service]：查看具体 service 详情
docker service logs [service]：查看具体 service 运行的 log
docker service scale [service]=[num]：服务伸缩
docker service rm [service]：删除服务

# 1. 登录 manager 节点
docker-machine ssh manager

# 2. 创建 service
docker service create --replicas 3 -p 80:80 --name nginx nginx:1.13.7-alpine
docker service create --replicas 3 -p 80:80 --name nginx nginx:1.13.7-alpine
wzdkv1925fxqt5iz5f7dthf6w
overall progress: 3 out of 3 tasks
1/3: running   [==================================================>]
2/3: running   [==================================================>]
3/3: running   [==================================================>]
verify: Service converged

# 3. 查询 service 列表
docker service ls
ID                  NAME                MODE                REPLICAS            IMAGE                 PORTS
wzdkv1925fxq        nginx               replicated          3/3                 nginx:1.13.7-alpine   *:80->80/tcp

# 4. 查询单个 service 详情
docker service ps nginx
ID                  NAME                IMAGE                 NODE                DESIRED STATE       CURRENT STATE            ERROR               PORTS
yhp4qvcpn5dk        nginx.1             nginx:1.13.7-alpine   manager             Running             Running 11 minutes ago
babdsuk5w9an        nginx.2             nginx:1.13.7-alpine   worker1             Running             Running 11 minutes ago
x6siyj94d3id        nginx.3             nginx:1.13.7-alpine   worker2             Running             Running 11 minutes ago

# 5. 服务伸缩
docker service scale nginx=4
nginx scaled to 4
overall progress: 4 out of 4 tasks
1/4: running   [==================================================>]
2/4: running   [==================================================>]
3/4: running   [==================================================>]
4/4: running   [==================================================>]
verify: Service converged

# 6. 删除服务
docker service rm nginx

补充：上述 nginx 服务，默认进行了 80 端口的映射，只要找到 Docker 节点的 ip，即可进行访问

docker-machine ls 查询所有 Docker 节点以及 IP
通过浏览器进行访问每个节点的 nginx 服务

具体命令：

# 查看所有的 Docker 节点
docker-machine ls
NAME      ACTIVE   DRIVER       STATE     URL                         SWARM   DOCKER        ERRORS
manager   -        virtualbox   Running   tcp://192.168.99.100:2376           v18.06.0-ce
worker1   -        virtualbox   Running   tcp://192.168.99.101:2376           v18.06.0-ce
worker2   -        virtualbox   Running   tcp://192.168.99.102:2376           v18.06.0-ce

2.3.2. docker compose 文件：配置一组服务

使用 docker compose 可以一次配置，启动多个容器，在 swarm 模式下，也可以使用 docker-compose.yml 来配置、启动服务.

Note: docker service create 一次只能创建一个服务，借助 docker compose 可以创建多个服务.

基本步骤：

准备 docker-compose.yml 文件
使用 docker stack deploy 命令部署

在 manager 节点，创建下述 docker-compose.yml 文件：

version: "3"

services:
  wordpress:
    image: wordpress
    ports:
      - 80:80
    networks:
      - overlay
    environment:
      WORDPRESS_DB_HOST: db:3306
      WORDPRESS_DB_USER: wordpress
      WORDPRESS_DB_PASSWORD: wordpress
    deploy:
      mode: replicated
      replicas: 3

  db:
    image: mysql
    networks:
       - overlay
    volumes:
      - db-data:/var/lib/mysql
    environment:
      MYSQL_ROOT_PASSWORD: somewordpress
      MYSQL_DATABASE: wordpress
      MYSQL_USER: wordpress
      MYSQL_PASSWORD: wordpress
    deploy:
      placement:
        constraints: [node.role == manager]

  visualizer:
    image: dockersamples/visualizer:stable
    ports:
      - "8080:8080"
    stop_grace_period: 1m30s
    volumes:
      - "/var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock"
    deploy:
      placement:
        constraints: [node.role == manager]

volumes:
  db-data:
networks:
  overlay:

在 Swarm 集群管理节点新建该文件，其中的 visualizer 服务提供一个可视化页面，我们可以从浏览器中很直观的查看集群中各个服务的运行节点。

在 manager 节点上，执行 docker stack 命令：

# 1. 基于 docker compose 创建 stack
docker stack deploy -c docker-compose.yml wordpress_stack

Creating network wordpress_stack_overlay
Creating network wordpress_stack_default
Creating service wordpress_stack_wordpress
Creating service wordpress_stack_db
Creating service wordpress_stack_visualizer

# 2. 查看 stack
docker stack ls

# 3. 移除 stack
docker stack rm [stack]

任何一个 Docker 服务器节点上，浏览器访问 8080 端口，即可查看到 服务-节点 的分布情况.

2.4. 服务升级（滚动升级）

在 swarm mode 下，如何进行滚动升级？

滚动升级如何操作？
如何回滚？

使用 docker service update 进行滚动升级，基于之前创建的 nginx 服务：

# 1. 创建 nginx 服务
docker service create --replicas 3 -p 80:80 --name nginx nginx:1.13.7-alpine

# 2. 滚动升级 nginx 服务到 1.13.12
docker service update --image nginx:1.13.12-alpine nginx

# 3. 查看滚动升级结果
docker service ps nginx

ID                  NAME                IMAGE                  NODE                DESIRED STATE       CURRENT STATE                 ERROR               PORTS
kct3ksqxljpu        nginx.1             nginx:1.13.12-alpine   worker1             Running             Running 19 seconds ago
vcbkaz7q8kya         \_ nginx.1         nginx:1.13.7-alpine    worker1             Shutdown            Shutdown 36 seconds ago
qlyxhdee0i6c        nginx.2             nginx:1.13.12-alpine   worker2             Running             Running 56 seconds ago
dshb5x0lo61s         \_ nginx.2         nginx:1.13.7-alpine    worker2             Shutdown            Shutdown about a minute ago
s5es0n52tzqx        nginx.3             nginx:1.13.12-alpine   manager             Running             Running 40 seconds ago
t9mczkuy8dd6         \_ nginx.3         nginx:1.13.7-alpine    manager             Shutdown            Shutdown 53 seconds ago

# 3. 回滚
docker service rollback nginx

# 4. 查看回滚记录
docker service ps nginx

ID                  NAME                IMAGE                  NODE                DESIRED STATE       CURRENT STATE                 ERROR               PORTS
uru5lwrvmjn5        nginx.1             nginx:1.13.7-alpine    worker1             Running             Running 44 seconds ago
kct3ksqxljpu         \_ nginx.1         nginx:1.13.12-alpine   worker1             Shutdown            Shutdown 45 seconds ago
vcbkaz7q8kya         \_ nginx.1         nginx:1.13.7-alpine    worker1             Shutdown            Shutdown about a minute ago
kxzfpu30mwpl        nginx.2             nginx:1.13.7-alpine    worker2             Running             Running 48 seconds ago
qlyxhdee0i6c         \_ nginx.2         nginx:1.13.12-alpine   worker2             Shutdown            Shutdown 49 seconds ago
dshb5x0lo61s         \_ nginx.2         nginx:1.13.7-alpine    worker2             Shutdown            Shutdown 2 minutes ago
4yewijsw2ryy        nginx.3             nginx:1.13.7-alpine    manager             Running             Running 40 seconds ago
s5es0n52tzqx         \_ nginx.3         nginx:1.13.12-alpine   manager             Shutdown            Shutdown 41 seconds ago
t9mczkuy8dd6         \_ nginx.3         nginx:1.13.7-alpine    manager             Shutdown            Shutdown 2 minutes ago

3. 什么原理

Swarm 集群的架构：

物理架构：
- 多个 Docker 服务器节点，join 构成
- 2 种角色，manager、worker
逻辑架构：
- 分为 Service 和 Task，控制服务的部署

Swarm 集群的管理：

Manager：接收管理命令 docker service or docker stack
Worker：执行具体的 Task，管理 Container 的生命周期

4. 参考资料

原文地址：https://ningg.top/docker-series-06-docker-swarm-mode/

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