Swarm容器集群管理（超详细）

一、Swarm介绍

Swarm是Docker公司自研发的容器集群管理系统， Swarm在早期是作为一个独立服务存在， 在Docker Engine v1.12中集成了Swarm的集群管理和编排功能。可以通过初始化Swarm或加入现有Swarm来启用Docker引擎的Swarm模式。

Docker Engine CLI和API包括了管理Swarm节点命令，比如添加、删除节点，以及在Swarm中部署和编排服务。也增加了服务栈（Stack）、服务（Service）、任务（Task）概念。

二、Swarm的亮点

参考链接（https://docs.docker.com/engine/swarm/）
1. Docker Engine集成集群管理
使用Docker Engine CLI 创建一个Docker Engine的Swarm模式，在集群中部署应用程序服务。
2. 去中心化设计
Swarm角色分为Manager和Worker节点， Manager节点故障不影响应用使用。
3. 扩容缩容
可以声明每个服务运行的容器数量，通过添加或删除容器数自动调整期望的状态。
4. 期望状态协调
Swarm Manager节点不断监视集群状态，并调整当前状态与期望状态之间的差异。
5. 多主机网络
可以为服务指定overlay网络。当初始化或更新应用程序时， Swarm manager会自动为overlay网络上的容器分配IP地址。
6. 服务发现
Swarm manager节点为集群中的每个服务分配唯一的DNS记录和负载均衡VIP。可以通过Swarm内置的DNS服务器查询集群中每个运行的容器。
7. 负载均衡
实现服务副本负载均衡，提供入口访问。
8. 安全传输
Swarm中的每个节点使用TLS相互验证和加密， 确保安全的其他节点通信。
9. 滚动更新
升级时，逐步将应用服务更新到节点，如果出现问题，可以将任务回滚到先前版本。

三、swarm关键概念

参考链接：https://docs.docker.com/engine/swarm/key-concepts/

1、什么是swarm？

集群管理和任务编排功能已经集成到了Docker引擎中，通过使用swarmkit。swarmkit是一个独立的，专门用于Docker容器编排的项目，可以直接在Docker上使用。

Swarm集群是由多个运行swarm模式的Docker主机组成，关键的是，Docker默认集成了swarm mode。swarm集群中有manager（管理成员关系和选举）、worker（运行swarm service）。

一个Docker主机可以是manager，也可以是worker角色，当然，也可以既是manager，同时也是worker。

当你创建一个service时，你定义了它的理想状态（副本数、网络、存储资源、对外暴露的端口等）。Docker会维持它的状态，例如，如果一个worker node不可用了，Docker会调度不可用node的task到其他nodes上。

运行在容器中的一个task，是swarm service的一部分，且通过swarm manager进行管理和调度，和独立的容器是截然不同的。

swarm service相比单容器的一个最大优势就是，你能够修改一个服务的配置：包括网络、数据卷，不需要手工重启服务。Docker将会更新配置，把过期配置的task停掉，重新创建一个新配置的容器。

当然，也许你会觉得docker compose也能做swarm类似的事情，某些场景下是可以。但是，swarm相比docker compose，功能更加丰富，比如说自动扩容、缩容，分配至task到不同的nodes等。

2、nodes

一个node是Swarm集群中的一个Docker引擎实例。你也可以认为这就是一个docker节点。你可以运行一个或多个节点在单台物理机或云服务器上，但是生产环境上，典型的部署方式是：Docker节点交叉分布式部署在多台物理机或云主机上。

通过swarm部署一个应用，你向manager节点提交一个service，然后manager节点分发工作（task）给worker node。

manager节点同时也会容器编排和集群管理功能，它会选举出一个leader来指挥编排任务。worker nodes接受和执行从manager分发过来的task。一般地，manager节点同时也是worker节点，但是，你也可以将manager节点配置成只进行管理的功能。

Agent则运行在每个worker节点上，时刻等待着接受任务。worker node会上报manager node，分配给他的任务当前状态，这样manager node才能维持每个worker的工作状态。

3、services和tasks

service就是在manager或woker节点上定义的tasks。service是swarm系统最核心的架构，同时也是和swarm最主要的交互者。当你创建一个service，你指定容器镜像以及在容器内部运行的命令。

在副本集模式下，swarm manager将会基于你需要扩容的需求，把task分发到各个节点。对于全局service，swarm会在每个可用节点上运行一个task。

task携带Docker引擎和一组命令让其运行在容器中。它是swarm的原子调度单元。manager节点在扩容的时候回交叉分配task到各个节点上，一旦一个task分配到一个node，它就不能移动到其他node。

4、负载均衡

swarm manager使用 ingress负载均衡来暴露你需要让外部访问的服务。swarm manager能够自动的分配一个外部端口到service，当然，你也能够配置一个外部端口，你可以指定任意没有使用的port，如果你不指定端口，那么swarm manager会给service指定30000-32767之间任意一个端口。

swarn模式有一个内部的DNS组件，它能够自动分发每个服务在swarm里面。swarm manager使用内部负载均衡机制来接受集群中节点的请求，基于DNS名字解析来实现。

四、Swarm架构图

Swarm manager：

1、API:接受命令，创建一个service（API输入）

2、orchestrator：service对象创建的task进行编排工作（编排）

3、allocater：为各个task分配IP地址（分配IP）

4、dispatcher：将task分发到nodes（分发任务）

5、scheduler：安排一个worker运行task（运行任务）

worker node

1、连接到分发器接受指定的task

2、将task指派到对应的worker节点

例子：

swarm manager创建一个3个nginx副本集的service，他会将task分配到对应的node。

五、swarm集群部署

安装需求

1、主机安装了docker，Docker Engine 1.12+

2、关闭selinux、关闭防火墙（或者按照下面需要打开的端口开放防火墙）

3、协议端口开放

• TCP port 2377 集群管理通讯
• TCP and UDP port 7946 节点之间通讯
• UDP port 4789 overlay网络流量

机器分布

角色	IP	Docker版本
manager	10.11.97.71	18.09.7
worker01	10.11.97.181	18.09.7
worker02	10.11.97.187	18.09.7

部署swarm

manager节点：

docker swarm init --advertise-addr 10.11.97.71

　　

日志查看：

[root@localhost ~]# docker swarm init --advertise-addr 10.11.97.71
Swarm initialized: current node (nnkbd7e2emx24ymnzyvxv7h2b) is now a manager.

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

    docker swarm join --token SWMTKN-1-4y22cau9ejhrppdlf2g5y7dn6ibltq67ccvoiw2xf3yoj5i5ii-69yg43tece4d5sbwl1a1ftmu9 10.11.97.71:2377

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

[root@localhost ~]#

　　

worker01节点加入集群：

[root@worker01 compose_nginx_tomcat]# docker swarm join --token SWMTKN-1-4y22cau9ejhrppdlf2g5y7dn6ibltq67ccvoiw2xf3yoj5i5ii-69yg43tece4d5sbwl1a1ftmu9 10.11.97.71:2377
This node joined a swarm as a worker.
[root@localhost compose_nginx_tomcat]#

　　

worker02节点加入集群：

[root@worker02 ~]# docker swarm join --token SWMTKN-1-4y22cau9ejhrppdlf2g5y7dn6ibltq67ccvoiw2xf3yoj5i5ii-69yg43tece4d5sbwl1a1ftmu9 10.11.97.71:2377
This node joined a swarm as a worker.
[root@localhost ~]#

　　

查看node状态：

部署一个服务

docker service create --replicas 1 --name helloworld alpine ping docker.com

--replicas 副本集数

--name  服务名称

查看服务

当前服务运行在manager上。

 

　　

六、swarm集群服务管理

1、创建服务

docker service create --replicas 1 --name web01 nginx

2、显示服务详细信息

docker service inspect --pretty web01# 易于阅读显示

docker service inspect web01# json格式返回

3、扩容和缩容

docker service scale web01=3

4、查看服务任务

docker service ls（查看所有service）

docker service ps web01（查看web01）

每个node上分布了1个容器。

docker service ps -f 'desired-state=running' web01（查看运行状态的service）

5、滚动更新服务

docker service create \
--replicas 3 \
--name redis \
--update-delay 10s \
redis:3.0.6

docker service update --image redis:3.0.7 redis

6、创建服务时设定更新策略

docker service create \
--name my_web
--replicas 10 \
--update-delay 10s \
--update-parallelism 2 \
--update-failure-action continue \
nginx:1.12

7、创建服务时设定回滚策略

docker service create \
--name my_web \
--replicas 10 \
--rollback-parallelism 2 \
--rollback-monitor 20s \
--rollback-max-failure-ratio .2 \
nginx:1.12

8、服务更新

docker service update --image nginx:1.13 my_web

9、手动回滚

docker service update --rollback my_web

10、角色切换

升级前：

升级：

停掉manager

systemctl stop docker

将worker02升级

docker node promote worker02

升级后：

七、swarm集群数据管理

1、volume方式管理数据

volume模式：在宿主机上创建一个volume,默认目录为（/var/lib/docker/volume/your_custom_volume/_data），然后把容器的某个目录映射到宿主机的volume上，即使容器挂了，数据还会依然保留在宿主机的volume上。

docker service create --replicas 1--mount type=volume,src=nginx^Cata,dst=/usr/share/nginx/html --name www_web01 nginx:1.12

　　

查看服务

docker service inspect www_web01

服务ID

服务版本

服务创建时间

服务更新时间

服务详细配置

　　服务名称

　　服务标签

　　服务的容器配置

　　　　镜像名称

　　　　挂载点

　　　　资源限制

　　　　重启策略

　　　　更新配置

　　　　回滚配置

　　　　挂载点配置

　　

[
    {
        "ID": "7ge7vfprynybyvz9otwomzumv",
        "Version": {
            "Index": 313
        },
        "CreatedAt": "2019-07-20T04:16:41.677166218Z",
        "UpdatedAt": "2019-07-20T04:16:41.677166218Z",
        "Spec": {
            "Name": "www_web01",
            "Labels": {},
            "TaskTemplate": {
                "ContainerSpec": {
                    "Image": "nginx:1.12@sha256:72daaf46f11cc753c4eab981cbf869919bd1fee3d2170a2adeac12400f494728",
                    "Init": false,
                    "Mounts": [
                        {
                            "Type": "volume",
                            "Source": "nginx_data",
                            "Target": "/usr/share/nginx/html"
                        }
                    ],
                    "StopGracePeriod": 10000000000,
                    "DNSConfig": {},
                    "Isolation": "default"
                },
                "Resources": {
                    "Limits": {},
                    "Reservations": {}
                },
                "RestartPolicy": {
                    "Condition": "any",
                    "Delay": 5000000000,
                    "MaxAttempts": 0
                },
                "Placement": {
                    "Platforms": [
                        {
                            "Architecture": "amd64",
                            "OS": "linux"
                        },
                        {
                            "OS": "linux"
                        },
                        {
                            "Architecture": "arm64",
                            "OS": "linux"
                        },
                        {
                            "Architecture": "386",
                            "OS": "linux"
                        },
                        {
                            "Architecture": "ppc64le",
                            "OS": "linux"
                        },
                        {
                            "Architecture": "s390x",
                            "OS": "linux"
                        }
                    ]
                },
                "ForceUpdate": 0,
                "Runtime": "container"
            },
            "Mode": {
                "Replicated": {
                    "Replicas": 1
                }
            },
            "UpdateConfig": {
                "Parallelism": 1,
                "FailureAction": "pause",
                "Monitor": 5000000000,
                "MaxFailureRatio": 0,
                "Order": "stop-first"
            },
            "RollbackConfig": {
                "Parallelism": 1,
                "FailureAction": "pause",
                "Monitor": 5000000000,
                "MaxFailureRatio": 0,
                "Order": "stop-first"
            },
            "EndpointSpec": {
                "Mode": "vip"
            }
        },
        "Endpoint": {
            "Spec": {}
        }
    }
]

　　

查看数据卷

因为我硬盘的数据盘在/data，所以我这里已经把docker的Root Dir设置成/data/docker/，可以看到容器里面的nginx数据目录已经挂在到宿主机的nginx_data了。

2、bind mount方式管理数据

bind mount模式：将宿主机某个目录映射到docker容器，很适合于网站，同时把宿主机的这个目录作为git版本目录，每次update代码的时候，容器就会更新。

创建数据目录

在mananger、worker01、worker02上创建web网站目录：

mkdir -p /data/wwwroot

创建服务

docker service create --replicas 1--mount type=bind,src=/data/wwwroot,dst=/usr/share/nginx/html --name www_web02 nginx:1.12

查看服务

运行在worker02

测试宿主机的数据盘和容器是映射关系：

进入容器查看内容：

可以看到我们在宿主机上创建的index.html已经挂在到容器上了！

3、NFS方式管理数据

前面两种方式都是单机docker上数据共享方式，要是在集群中，这个就不适用了，我们必须使用共享存储或网络存储了。这里我们使用NFS来测试。

安装NFS服务

我们使用第三台（worker02作为NFS服务提供者）

yum install nfs-utils -y

并且在nfs目录放入网站数据内容：

[root@worker02 container_data]# echo 'hello nfs' >index.html

其他两个节点（worker01和manager均需要安装nfs客户端）

创建服务

docker service create \
--mount 'type=volume,src=nfs-vol,dst=/usr/share/nginx/html, \
volume-driver=local,volume-opt=type=nfs,\
volume-opt=device=:/data/container_data,"volume-opt=o=addr=10.11.97.187,vers=4,soft,timeo=180,bg,tcp,rw"' \
--name www_web03_nfs nginx:1.12

swarm支持挂在NFS卷。

可以查看到nfs已经挂在到manager节点了，且nfs里面的内容也在。

进入容器查看：

八、swarm集群发布

架构图

服务发现： Swarm模式内置DNS组件，自动为每个服务分配DNS记录，然后服务的DNS名称在集群内的服务直接分发请求。
负载均衡：在Swarm集群中创建服务时， Ingress网络会自动为其分配一个虚拟IP(VIP），在DNS解析时返回VIP，流入该VIP的流量将自动发送（IPVS）该服务的所以健康任
务（容器）。

在每个节点上创建服务，使用ingress暴露publish port：

docker service create --replicas=3 --name web01 -p 88:80 nginx:1.12

可以看到每个node上各分部了一个容器：

这时你直接访问：http://10.11.97.71:88就可以访问网站了。

注意：

如果你关掉某个节点上web01的服务，swarm会再次启动一个服务，以达到原来task的个数。

在真实环境中，我们可以在swarm集群中的每个节点启动指定个数的tasks，然后在前端使用负载均衡设备，比如HA或Nginx都行，直接通过负载均衡的方式做到高可用。

查看service

docker service inspect web01

[
    {
        "ID": "ii7ggbrqfsl417oqs9xgr877q",  #ID
        "Version": {          #版本
            "Index": 753
        },
        "CreatedAt": "2019-07-20T15:12:36.035445496Z",  #创建时间
        "UpdatedAt": "2019-07-20T15:12:36.037336323Z", #更新时间
        "Spec": {   #详细配置
            "Name": "web01",  #服务名称
            "Labels": {},
            "TaskTemplate": {
                "ContainerSpec": {  #容器配置
                    "Image": "nginx:1.12@sha256:72daaf46f11cc753c4eab981cbf869919bd1fee3d2170a2adeac12400f494728",
                    "Init": false,
                    "StopGracePeriod": 10000000000,
                    "DNSConfig": {},
                    "Isolation": "default"
                },
                "Resources": { #资源限制
                    "Limits": {},
                    "Reservations": {}
                },
                "RestartPolicy": {  #重启策略
                    "Condition": "any",
                    "Delay": 5000000000,
                    "MaxAttempts": 0
                },
                "Placement": {   #平台相关
                    "Platforms": [
                        {
                            "Architecture": "amd64",
                            "OS": "linux"
                        },
                        {
                            "OS": "linux"
                        },
                        {
                            "Architecture": "arm64",
                            "OS": "linux"
                        },
                        {
                            "Architecture": "386",
                            "OS": "linux"
                        },
                        {
                            "Architecture": "ppc64le",
                            "OS": "linux"
                        },
                        {
                            "Architecture": "s390x",
                            "OS": "linux"
                        }
                    ]
                },
                "ForceUpdate": 0,
                "Runtime": "container"
            },
            "Mode": {  #模式
                "Replicated": {
                    "Replicas": 3
                }
            },
            "UpdateConfig": { #更新配置
                "Parallelism": 1,
                "FailureAction": "pause",
                "Monitor": 5000000000,
                "MaxFailureRatio": 0,
                "Order": "stop-first"
            },
            "RollbackConfig": {  #回滚配置
                "Parallelism": 1,
                "FailureAction": "pause",
                "Monitor": 5000000000,
                "MaxFailureRatio": 0,
                "Order": "stop-first"
            },
            "EndpointSpec": { #终端配置
                "Mode": "vip",
                "Ports": [
                    {
                        "Protocol": "tcp",
                        "TargetPort": 80,
                        "PublishedPort": 88,
                        "PublishMode": "ingress"
                    }
                ]
            }
        },
        "Endpoint": {  #终端，VIP模式，对外暴露88端口，ingress模式
            "Spec": {
                "Mode": "vip",
                "Ports": [
                    {
                        "Protocol": "tcp",
                        "TargetPort": 80,
                        "PublishedPort": 88,
                        "PublishMode": "ingress"
                    }
                ]
            },
            "Ports": [
                {
                    "Protocol": "tcp",
                    "TargetPort": 80,
                    "PublishedPort": 88,
                    "PublishMode": "ingress"
                }
            ],
            "VirtualIPs": [   #虚拟出了一个网段
                {
                    "NetworkID": "gd7sc5a8ke68zxzf9s7kz5mey",
                    "Addr": "10.255.0.7/16"
                }
            ]
        }
    }
]

　　

查看network

[root@manager ~]# docker network ls
NETWORK ID          NAME                DRIVER              SCOPE
13e5011b8fa7        bridge              bridge              local
1330304716df        docker_gwbridge     bridge              local
95f6edd3f2ec        host                host                local
gd7sc5a8ke68        ingress             overlay             swarm
57781759f937        none                null                local

　　

查看ingress网络

[root@manager ~]# docker network inspect gd7
[
    {
        "Name": "ingress",
        "Id": "gd7sc5a8ke68zxzf9s7kz5mey",
        "Created": "2019-07-18T17:17:43.808865817+08:00",
        "Scope": "swarm",
        "Driver": "overlay",
        "EnableIPv6": false,
        "IPAM": {
            "Driver": "default",
            "Options": null,
            "Config": [
                {
                    "Subnet": "10.255.0.0/16",
                    "Gateway": "10.255.0.1"
                }
            ]
        },
        "Internal": false,
        "Attachable": false,
        "Ingress": true,
        "ConfigFrom": {
            "Network": ""
        },
        "ConfigOnly": false,
        "Containers": {
            "b4f5c5977de9248e4834f91f6a0bd54c438ad4c051cc9fef3537a726f2f64b49": {
                "Name": "web01.1.p9mhq9xrb35bwscrv23pgmimy",
                "EndpointID": "28b1e5fc0bef0e2b6ec812870c03962cf534e3f9f65646f507b6462da0a7eb58",
                "MacAddress": "02:42:0a:ff:00:0b",
                "IPv4Address": "10.255.0.11/16",
                "IPv6Address": ""
            },
            "e4d6ace7511ac6ee24c6a3c3170749c8f08cbced6e86c2e4e1524e573db31418": {
                "Name": "web01.3.j1ev4hq7mjwyyy59e0l0g2qjy",
                "EndpointID": "6f9f9d2a61a3bb2424f7354dfd5a8e3e421734529fe626b4e263d2093078b285",
                "MacAddress": "02:42:0a:ff:00:0a",
                "IPv4Address": "10.255.0.10/16",
                "IPv6Address": ""
            },
            "ingress-sbox": {
                "Name": "ingress-endpoint",
                "EndpointID": "2433360215c02637627f3f2cb8bada006b1837fa4aa551d1dffa6f2efe93987b",
                "MacAddress": "02:42:0a:ff:00:02",
                "IPv4Address": "10.255.0.2/16",
                "IPv6Address": ""
            }
        },
        "Options": {
            "com.docker.network.driver.overlay.vxlanid_list": "4096"
        },
        "Labels": {},
        "Peers": [
            {
                "Name": "5751b4f046eb",
                "IP": "10.11.97.71"
            },
            {
                "Name": "e3f5cc62948d",
                "IP": "10.11.97.187"
            },
            {
                "Name": "e9531b469fd9",
                "IP": "10.11.97.181"
            }
        ]
    }
]

　　可以看出ingress，模拟出了一个vxlan，驱动类型为overlay，网段为：10.255.0.0/16，网关为10.255.0.1，vxlan有4096个接口。

九、swarm集群高可用架构实现

HAPorxy实现高可用

Nginx反向代理实现高可用

十、Swarm配置文件管理

1、 生成一个基本的Nginx配置文件
# cat site.conf

server {

　　listen 80;

　　server_name localhost;

location / {
root /usr/share/nginx/html;
index index.html index.htm;
}
}

2、 将site.conf保存到docker配置中

# docker config create site.conf site.conf
# docker config ls

3、 创建一个Nginx并应用这个配置
# docker service create \
--name nginx \
--config source=site.conf,target=/etc/nginx/conf.d/site.conf \
--publish 8080:80 \
nginx