【docker】Docker Swarm 核心概念及详细使用

一、什么是Docker Swarm

Docker Swarm 是 Docker 的原生集群管理工具。它的主要作用是将多个 Docker 主机集成到一个虚拟的 Docker 主机中，为 Docker 容器提供集群和调度功能。通过 Docker Swarm，您可以轻松地管理多个 Docker 主机，并能在这些主机上调度容器的部署。下面是 Docker Swarm 的一些核心功能和特点：

1. 集群管理：Docker Swarm 允许您将多个 Docker 主机作为一个单一的虚拟主机来管理。这意味着您可以在多个不同的服务器上运行 Docker 容器，而这些服务器被统一管理。

2. 容错和高可用性：Swarm 提供高可用性服务，即使集群中的一部分节点失败，服务仍然可以继续运行。

3. 负载均衡：Swarm 自动分配容器到集群中的不同节点，从而实现负载均衡。它还可以根据需要自动扩展或缩减服务实例的数量。

4. 声明式服务模型：Swarm 使用 Docker Compose 文件格式，使您可以以声明式方式定义应用的多个服务。

5. 服务发现：Swarm 集群中的每个服务都可以通过服务名自动进行服务发现，这简化了不同服务之间的通信。

6. 安全性：Swarm 集群内的通信是加密的，提供了安全的节点间通信机制。

7. 易用性：作为 Docker 的一部分，Swarm 的使用和 Docker 非常类似，对于熟悉 Docker 的用户来说非常容易上手。

总体来说，Docker Swarm 是一种轻量级且易于使用的容器编排工具，适合那些希望利用 Docker 的强大功能，同时需要简单集群管理和服务编排功能的场景。虽然它不像 Kubernetes 那样功能强大和复杂，但对于中小型项目或者对 Kubernetes 的复杂性有所顾虑的用户来说，它是一个很好的选择。

二、如何使用 Docker Swarm

使用 Docker Swarm 的基本步骤可以分为几个部分：设置 Swarm 集群、部署服务、管理集群和服务。以下是这些步骤的概述：

1. 安装 Docker

首先，确保在所有将要作为 Swarm 集群一部分的机器上安装了 Docker。可以从 Docker 官网下载最新版的 Docker。

参考：安装docker环境并启动容器

2. 初始化 Swarm 集群

选择一个节点作为 Swarm 集群的管理节点（Manager Node）。在这个节点上运行以下命令来初始化 Swarm 集群：

docker swarm init --advertise-addr <MANAGER-IP>

这里 <MANAGER-IP> 是管理节点的 IP 地址。这个命令会生成一个加入集群的令牌。

3. 将其他节点加入到集群

在其他的 Docker 节点上，使用初始化时生成的令牌来加入 Swarm 集群。在每个要加入的节点上运行以下命令：

docker swarm join --token <TOKEN> <MANAGER-IP>:2377

这里 <TOKEN> 是初始化时生成的令牌，<MANAGER-IP> 是管理节点的 IP 地址。

4. 部署服务

在管理节点上，你可以部署服务到 Swarm 集群。使用 docker service create 命令来创建一个新服务。例如：

docker service create --replicas 3 -p 8080:80 --name my_web_service nginx

这个命令创建了一个名为 my_web_service 的服务，使用了 nginx 镜像，并且部署了三个副本。服务的 80 端口映射到了 Swarm 集群的 8080 端口。

5. 管理和扩展服务

可以使用 docker service 命令来管理 Swarm 中的服务。例如，使用 docker service ls 查看所有服务，或者使用 docker service scale 来扩展或缩减服务的副本数量。

6. 监控 Swarm 集群

可以使用 docker node ls 来查看集群中的所有节点，或者使用 docker service ps <SERVICE-NAME> 来查看特定服务的状态和分布。

7. 更新和回滚服务

使用 docker service update 命令来更新服务。例如，更改镜像版本或更新配置。如果需要，也可以回滚到之前的服务配置。

注意事项

• 确保所有节点的时间同步和网络互通。
• 管理节点负责集群管理任务，因此不应该承担太多的服务负载。
• 定期备份 Swarm 配置，特别是加密密钥和令牌。
• 考虑使用 Docker Compose 文件来管理复杂的服务栈。
• 每台节点的时间必须是同步的

这是一个基本的指南，根据具体的使用场景和需求，Swarm 的使用可能会更复杂。在生产环境中使用之前，建议深入了解 Swarm 的特性和最佳实践。

三、Docker Swarm 和 Docker Compose 有什么区别

Docker Swarm 和 Docker Compose 都是 Docker 生态系统的重要组成部分，但它们服务于不同的目的和场景：

Docker Compose

1. 目的：Docker Compose 主要用于定义和运行多容器 Docker 应用程序。

2. 使用场景：它通常用于开发环境，测试环境，或者小规模的生产部署。

3. 功能：

   • 允许使用一个 YAML 文件来定义多个容器及其配置。
   • 可以一次性启动、停止和重建服务。
   • 管理容器的网络和存储配置。

4. 局限性：

   • 主要用于单个主机或节点。
   • 不提供集群级的功能，如负载均衡和跨主机的网络。

Docker Swarm

1. 目的：Docker Swarm 提供了 Docker 容器的原生集群管理功能。

2. 使用场景：适用于需要高可用性、负载均衡和容器编排的大规模生产环境。

3. 功能：

   • 将多个 Docker 主机整合成一个大的虚拟主机。
   • 提供服务发现和内置的负载均衡。
   • 管理集群状态，确保所需数量的容器副本始终运行。
   • 容器部署、扩缩容和滚动更新。

4. 局限性：

   • 相对于 Docker Compose，配置和管理更复杂。
   • 对于小型或开发环境而言可能过于复杂。

关键区别

• 规模和复杂性：Docker Compose 适用于单个主机，主要用于开发和测试；Docker Swarm 用于大规模生产部署，管理多个主机。
• 使用场景：Docker Compose 适合简单的局部应用部署；Docker Swarm 适合复杂的、需要高可用性和伸缩性的应用部署。
• 集群和编排：Docker Swarm 提供了集群管理和服务编排功能，而 Docker Compose 没有。

结合使用

实际上，Docker Compose 和 Docker Swarm 可以结合使用。您可以使用 Docker Compose 文件格式来定义在 Swarm 集群上运行的服务。这样，您就可以利用 Compose 的简易性和 Swarm 的集群管理能力。

四、Docker Swarm 和 Docker Compose 结合使用

将 Docker Compose 和 Docker Swarm 结合使用是一个强大的方法，可以方便地定义、部署和管理多容器应用于 Swarm 集群。以下是将它们结合使用的步骤：

1. 准备 Docker Compose 文件

首先，你需要创建一个 docker-compose.yml 文件，它定义了你的应用的服务、网络和卷。这个文件与你通常在使用 Docker Compose 时编写的文件相同。例如：

version: '3'
services:
  web:
    image: nginx
    ports:
      - "80:80"
    deploy:
      replicas: 3
      update_config:
        parallelism: 2
        delay: 10s
  redis:
    image: redis

这里定义了一个简单的应用，包含一个 Nginx 服务和一个 Redis 服务。

2. 初始化 Docker Swarm 集群

如果你还没有初始化 Swarm 集群，你需要在至少一个节点上运行 docker swarm init。这个命令将该节点转换为 Swarm 管理节点。

docker swarm init

3. 部署堆栈到 Swarm

在 Swarm 集群中，你可以使用 docker stack deploy 命令来部署你的应用（或“堆栈”）。使用 -c 参数指定你的 docker-compose.yml 文件。

docker stack deploy -c docker-compose.yml myapp

这里 myapp 是你的堆栈名称，它在 Swarm 集群中必须是唯一的。

4. 管理和扩展服务

一旦应用部署到 Swarm，你可以使用 Docker 命令来管理它。例如，查看服务状态：

docker service ls

或者扩展服务的副本数量：

docker service scale myapp_web=5

这会将 web 服务的副本数量调整为 5。

5. 更新和维护

如果你需要更新服务，只需修改 docker-compose.yml 文件，然后再次运行 docker stack deploy 命令。

docker stack deploy -c docker-compose.yml myapp

Docker 会执行一个滚动更新，逐步替换旧服务的实例。

注意事项

• 确保 docker-compose.yml 文件中的版本至少是 3，因为这是 Swarm 模式支持的版本。
• 在 docker-compose.yml 文件中的 deploy 部分，可以定义与 Swarm 相关的配置，如副本数量、更新策略等。
• 某些 Docker Compose 文件中的选项可能在 Swarm 模式下不适用，需要进行适当调整。

通过这种方式，你可以充分利用 Docker Compose 的易用性和 Docker Swarm 的集群管理和编排能力。

五、Docker Swarm 如何在不同的节点上分配服务副本

在默认情况下，Docker Swarm 使用其内置的调度算法来在集群的不同节点上自动分配服务副本。这个过程遵循几个基本原则：

1. 负载均衡

Swarm 调度器会尝试将服务副本均匀地分布在所有可用的节点上。这意味着如果你有多个副本和多个节点，Swarm 会尽量保证每个节点上运行相同数量的副本，从而实现负载均衡。

2. 资源可用性

在分配服务副本时，Swarm 会考虑每个节点的资源使用情况，包括 CPU 和内存。如果一个节点的资源使用接近极限，Swarm 会尽量避免在该节点上部署新的服务副本。

3. 节点健康状态

只有处于健康状态的节点才会被考虑用于部署服务副本。如果一个节点因为网络问题、硬件故障或其他原因处于非活跃状态，Swarm 不会在该节点上部署新的副本。

4. 服务约束

虽然默认情况下 Swarm 尝试均衡分布，但如果在服务定义中指定了特定的约束（如节点标签约束），这些约束将优先于默认行为。

你可以在定义服务时使用约束（Constraints）来控制服务副本在节点上的分布。例如：

基于节点标签的约束：可以给节点添加标签（例如，role=frontend），然后在服务定义中使用这些标签来指定哪些节点可以运行该服务的副本。

version: '3.8'
services:
  my_service:
    image: my_image
    deploy:
      replicas: 5
      placement:
        constraints:
          - node.labels.role == frontend

5. 服务亲和性

如果服务定义中包含亲和性规则（如容器亲和性或反亲和性），Swarm 也会考虑这些规则来决定服务副本的分布。

亲和性标签（Affinity Labels）是另一种确保服务副本在不同节点上分布的方法。例如，你可以设置标签来避免在同一节点上运行相同服务的多个副本：

反亲和性：设置服务副本不要在同一个节点上运行。

version: '3.8'
services:
  my_service:
    image: my_image
    deploy:
      replicas: 5
      placement:
        constraints: 
          - node.labels.my_service != running

6. 滚动更新

在进行滚动更新时，Swarm 会逐步更新服务的副本，一次更新一部分，从而在更新过程中尽可能保持服务的可用性。

总结

在默认情况下，Docker Swarm 的目标是在保证集群内服务副本均匀分布的同时，考虑资源分配、节点健康和用户定义的约束。这种方法旨在确保高效的资源利用和服务的高可用性。然而，具体的分配策略可能会受到服务定义、集群状态和节点规格等多种因素的影响。

参考

以下是关于 Docker Swarm 的一些官方参考资料链接：

1. Swarm mode overview: 提供关于 Docker Swarm 模式的概述和基本信息。
   Swarm mode overview - Docker Docs

2. Deploy to Swarm: 介绍了如何在 Docker Swarm 环境中部署应用程序。
   Deploy to Swarm - Docker Docs

3. Deploy services to a swarm: 讲述了在 Docker Swarm 环境中部署和管理服务的具体方法。
   Deploy services to a swarm - Docker Docs