前言

《了解和使用Docker》中有提到容器编排工具 docker compose ，不过只限于单机。如果现在需要搭建一个集群环境，提供了10台服务器用来部署应用以及其依赖的组件，比如5个 Tomcat 应用容器、3个Redis、5个 Mysql、3个 Nginx ，你会如何部署？

重复执行部署操作？如果需要扩缩容，手动处理吗？如果上百个应用，容器如何管理？集群中容器之前如何通信？数据如何管理？

很显然，我们需要一个工具帮助我们更快、更高效的做这些事。本文对 Docker Swarm 进行介绍，详细说明在集群环境中如何统一部署、统一管理、统一调度容器。

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@[TOC]

Docker Swarm介绍

Docker Swarm是 Docker 官方提供的一款集群管理工具，和 Kubernetes 比较类似，但是更加轻，具有的功能也较 Kubernetes 更少一些。其本质是把若干台 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，如下图。

在这里插入图片描述

其中节点分为两类:

管理节点(manager node) 负责管理集群中的节点并向工作节点分配任务
工作节点(worker node) 接收管理节点分配的任务，运行任务

Docker Swarm 集群部署

部署 Docker Swarm 集群不论管理节点还是工作节点都需要先安装 Docker，然后某个管理节点执行集群初始化操作后，其他节点才可以加入集群。

Docker 安装

这里基于 CentOS 操作系统进行 Docker 安装

# 设置 Docker YUM 源并下载
wget -O /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo
# 安装 docker-ce
yum -y install docker-ce
# 启动docker服务并设置为开机自启动
systemctl enable docker
systemctl start docker
systemctl restart docker

Docker Swarm集群初始化

# 获取docker swarm命令使用帮助
docker swarm --help

Usage:  docker swarm COMMAND

Manage Swarm

Commands:
  ca          Display and rotate the root CA
  init        Initialize a swarm                    初始化
  join        Join a swarm as a node and/or manager 加入集群
  join-token  Manage join tokens                    集群加入时token管理
  leave       Leave the swarm                       离开集群
  unlock      Unlock swarm
  unlock-key  Manage the unlock key
  update      Update the swarm                      更新集群

在管理节点进行初始化

# --advertise-addr 当主机有多块网卡时使用其选择其中一块用于广播,用于其它节点连接管理节点使用--listen-addr    监听地址，用于承载集群流量使用
docker swarm init --advertise-addr 192.168.10.10 --listen-addr 192.168.10.10:2377

初始化命令执行后会输出其他节点加入集群的命令

Swarm initialized: current node (j42cwubrr70pwxdpmesn1cuo6) is now a manager.

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

    docker swarm join --token SWMTKN-1-297iry1n2jeh30oopsjecvsco1uuvl15t2jz6jxabdpf0xkry4-6pddlyiq5f1i35w8d7q4bl1co 192.168.10.10:2377

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

Docker 节点加入集群

添加工作节点到集群

直接复制初始化后命令加入集群

docker swarm join --token SWMTKN-1-297iry1n2jeh30oopsjecvsco1uuvl15t2jz6jxabdpf0xkry4-6pddlyiq5f1i35w8d7q4bl1co 192.168.10.10:2377

查看已加入的集群

docker node ls

ID              HOSTNAME   STATUS    AVAILABILITY   MANAGER STATUS   ENGINE VERSION
j42cwubrr70 *   xxx1        Ready     Active         Leader           20.10.12
4yb34kuma6i     xxx2        Ready     Active                          20.10.12

可以看到管理节点是有主从角色的，所以如果备份的管理节点要加入集群，需要 Leader 节点生成管理节点到集群的命令

docker swarm join-token manager

如果使用的token已过期，可以在管理节点再次生成新的token

# 生成工作节点加入集群的token
docker swarm join-token worker
# 生成管理节点加入集群的token
docker swarm join-token manager

Docker Swarm 集群应用

Docker Swarm 集群环境部署好后就对容器镜像进行部署操作了。在 Docker Swarm 中，对外暴露的是服务（service)，而不是容器。为了保持高可用架构，它允许同时启动多个容器共同支撑一个服务，如果一个容器挂了，它会自动使用另一个容器。

Docker Swarm 基本命令

# 发布服务
docker service create

# 查看已发布服务
docker service ls

# 服务更新
docker service update

# 服务扩/缩容
docker service scale

# 服务删除
docker service rm

# 创建服务网络
docker network create

# 查看服务网络
docker service ls

发布服务

在发布服务时可以指定副本个数进行部署，也就是上述所说的高可用，创建一个服务名为 sn1 ，副本个数为3，命令如下

docker service create --name sn1 --replicas 3  192.168.10.10/library/imagetest1:v1

此命令执行成功后会在 Docker Swarm 集群中的3个节点上部署镜像为 imagetest1 的容器。包含多个容器时，每次访问将以轮询的方式访问到每个容器，后面服务网络中有说明。

服务扩缩

如果现在需要对服务 sn1 进行扩缩容可以执行以下命令

docker service scale sn1=2

此命令执行成功后会将服务 sn1 的容器数量由3个缩减到2个。

服务版本更新

如果现在需要对服务中的镜像进行更新，比如升级、回退等操作，执行以下命令即可

docker service update sn1 --image 192.168.10.10/library/imagetest1:v2

同时还支持滚动间隔更新，也就是在指定的间隔时间后更新指定的数量，比如 30s 更新一个，这样在出现问题后可以及时停止。

# --update-parallelism 指定并行更新数量
# --update-delay 指定更新间隔时间

docker service update sn1 --image 192.168.10.10/library/imagetest1:v2 --update-parallelism 1 --update-delay 30s

服务互联与服务发现

集群中的这些服务如何进行通信？比如 tomcat 服务和 Mysql 服务通信，暴露端口吗？这个是非常不安全的；还有服务重新部署后 IP 发生变化，连接它的服务也需要修改吗？这些问题在 Docker Swarm 中可以使用overlay 网络实现，在发布服务时选用同一个网络，服务的使用者都不需要知道服务运行在哪里，IP是多少，有多少个副本，就能让服务之间通信。

在 Docker Swarm 中有三个重要的网络概念：

Overlay networks 管理 Swarm 中 Docker 守护进程间的通信。可以将服务附加到一个或多个已存在的 overlay 网络上，使得服务与服务之间能够通信。
ingress network 是一个特殊的 overlay 网络，用于服务的负载均衡。当任何节点在发布的端口上接收到请求时，它将该请求交给一个名为 IPVS 的模块。IPVS 跟踪参与该服务的所有容器 IP 地址，选择其中的一个，并通过 ingress 网络将请求路由到它。大多数情况下，用户不需要自定义配置，初始化或加入 Swarm 集群时会自动创建 ingress网络。
docker_gwbridge是一种桥接网络，将 overlay 网络（包括 ingress 网络）连接到一个单独的 Docker 守护进程的物理网络。默认情况下，服务中的每个容器都连接到本地 Docker 守护进程主机的 docker_gwbridge 网络。

# 创建Overlay网络
docker network create -d overlay mynet

# 发布服务时加入mynet网络
docker service create --name sntest1 --network mynet -p 8080:8080 --replicas 2 192.168.10.10/library/imagetest1:v2

# 发布服务时加入mynet网络
docker service create --name sntest2 --network mynet -p 8081:8081 --replicas 2 192.168.10.10/library/imagetest1:v2

通过以上命令，服务 sntest1 和 sntest2 之间就可以通过服务名互相连接了。

服务数据持久化

Docker Swarm 发布服务时挂载本地目录到容器中直接通过参数设置即可，如下

docker service create --name sntest1 --mount "type=bind,source=/data/localtest,target=/usr/share/" --replicas 2 192.168.10.10/library/imagetest1:v2

如果容器之间的数据需要共享，这种方式就不适用了，通过网络存储卷可以实现跨宿主机的数据共享（需要集群节点都创建该网络存储卷）。

以 NFS 提供远程存储为例，在存储节点上安装 NFS 服务并设置共享目录

# 安装nfs-utils
yum -y install nfs-utils
# 设置nfs共享目录目录及权限
echo "/opt/dockervolume       *(rw,sync,no_root_squash)" > /etc/exports
systemctl enable nfs-server
systemctl start nfs-server

# 查看nfs共享目录
showmount -e

然后在 Docker Swarm 各个节点部署 NFS 服务，创建存储卷

# 安装nfs-utils
yum -y install nfs-utils
# 查看nfs服务节点的共享目录
showmount -e 192.168.10.10
# 创建存储卷
docker volume create  --driver local --opt type=nfs --opt o=addr=192.168.10.10,rw --opt device=:/opt/dockervolume testnetvolume

在发布服务时挂载 testnetvolume 即可达到容器之间的数据共享

docker service create --name sntest1 --mount "type=volume,source=testnetvolume,target=/usr/share/" --replicas 2 192.168.10.10/library/imagetest1:v2

Docker Stack

发布服务每次只能发布一个，Docker Stack 属于集群版的 docker-compose，一组有关联的服务的组合，可以一起编排，一起发布, 一起管理。与单机版的 docker-compose 不同的是 Docker Stack 会忽略了“构建”指令，只能使用预先已经构建好的镜像；另外 docker-compose 属于一个项目，需要单独安装， Docker Stack功能包含在Docker引擎中，属于 Docker Swarm 一部分。

Docker Stack 基本命令

# 部署更新现有堆栈
docker stack deploy

# 查看现有堆栈
docker stack ls

# 查看堆栈中的任务
docker stack ps

# 删除一个或多个堆栈
docker stack rm

# 列出堆栈中的服务
docker stack services

使用 Docker Stack 发布

编写一个包括自定义的服务、 visualizer服务、portainer服务的YAML文件并发布，stack.yaml示例如下：

# stack 不支持基于第2版写的docker-compose.yml ，version版本至少为3
version: "3"
services:
  nginx:
    image: 192.168.10.10/library/imagetest1:v2
    ports:
      - 80:80
    deploy:
      mode: replicated
      replicas: 3

  visualizer:
      # docker swarm 集群可视化
    image: dockersamples/visualizer
    ports:
      - "9001:8080"
    volumes:
      - "/var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock"
    deploy:
      replicas: 1
      # 该服务限制发布到管理节点
      placement:
        constraints: [node.role == manager]

  portainer:
      # 可视化管理 docker swarm 集群
    image: portainer/portainer
    ports:
      - "9000:9000"
    volumes:
      - "/var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock"
    deploy:
      replicas: 1
      placement:
        constraints: [node.role == manager]

# 部署堆栈
docker stack deploy -c stack.yaml stacktest

容器集群管理工具 Docker Swarm

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