一、簡介

1. 什麼是docker swarm?

Swarm 在 Docker 1.12 版本之前屬於一個獨立的專案，在 Docker 1.12 版本釋出之後，該專案合併到了 Docker 中，成為 Docker 的一個子命令。目前，Swarm 是 Docker 社群提供的唯一一個原生支援 Docker 叢集管理的工具。它可以把多個 Docker 主機組成的系統轉換為單一的虛擬 Docker 主機，使得容器可以組成跨主機的子網網路。

Docker Swarm 是一個為 IT 運維團隊提供叢集和排程能力的編排工具。使用者可以把叢集中所有 Docker Engine 整合進一個「虛擬 Engine」的資源池，通過執行命令與單一的主 Swarm 進行溝通，而不必分別和每個 Docker Engine 溝通。在靈活的排程策略下，IT 團隊可以更好地管理可用的主機資源，保證應用容器的高效執行。

Swarm的基本架構如下圖所示:

2. Docker Swarm 優點

任何規模都有高效能表現
對於企業級的 Docker Engine 叢集和容器排程而言，可拓展性是關鍵。任何規模的公司——不論是擁有五個還是上千個伺服器——都能在其環境下有效使用 Swarm。
經過測試，Swarm 可拓展性的極限是在 1000 個節點上執行 50000 個部署容器，每個容器的啟動時間為亞秒級，同時效能無減損。

靈活的容器排程

Swarm 幫助 IT 運維團隊在有限條件下將效能表現和資源利用最優化。Swarm 的內建排程器（scheduler）支援多種過濾器，包括：節點標籤，親和性和多種容器部策略如 binpack、spread、random 等等。

服務的持續可用性

Docker Swarm 由 Swarm Manager 提供高可用性，通過建立多個 Swarm master 節點和制定主 master 節點宕機時的備選策略。如果一個 master 節點宕機，那麼一個 slave 節點就會被升格為 master 節點，直到原來的 master 節點恢復正常。
此外，如果某個節點無法加入叢集，Swarm 會繼續嘗試加入，並提供錯誤警報和日誌。在節點出錯時，Swarm 現在可以嘗試把容器重新排程到正常的節點上去。

和 Docker API 及整合支援的相容性

Swarm 對 Docker API 完全支援，這意味著它能為使用不同 Docker 工具（如 Docker CLI，Compose，Trusted Registry，Hub 和 UCP）的使用者提供無縫銜接的使用體驗。

Docker Swarm 為 Docker 化應用的核心功能（諸如多主機網路和儲存卷管理）提供原生支援

開發的 Compose 檔案能（通過 docker-compose up ）輕易地部署到測試伺服器或 Swarm 叢集上。Docker Swarm 還可以從 Docker Trusted Registry 或 Hub 裡 pull 並 run 映象。

二、相關概念

1. 節點

有兩種型別的節點： managers 和 workers.

管理節點（managers）

管理節點用於 Swarm 叢集的管理，docker swarm 命令基本只能在管理節點執行（節點退出叢集命令 docker swarm leave 可以在工作節點執行）。一個 Swarm 叢集可以有多個管理節點，但只有一個管理節點可以成為 leader，leader 通過 raft 協議實現。

為了利用swarm模式的容錯功能，Docker建議您根據組織的高可用性要求實現奇數個節點。當您擁有多個管理器時，您可以從管理器節點的故障中恢復而無需停機。

• N個管理節點的叢集容忍最多損失 (N-1)/2 個管理節點。
• Docker建議一個叢集最多7個管理器節點。

重要說明：新增更多管理節點並不意味著可擴充套件性更高或效能更高。一般而言，情況正好相反。

工作節點（workers）

工作節點是任務執行節點，管理節點將服務 (service) 下發至工作節點執行。管理節點預設也作為工作節點。你也可以通過配置讓服務只執行在管理節點。下圖展示了叢集中管理節點與工作節點的關係。

2. 服務和任務

任務 （Task）是 Swarm 中的最小的排程單位，目前來說就是一個單一的容器。
服務 （Services） 是指一組任務的集合，服務定義了任務的屬性。服務有兩種模式：

• replicated services （複製服務）按照一定規則在各個工作節點上執行指定個數的任務。
• global services （全域性服務）每個工作節點上執行一個任務。

兩種模式通過 docker service create 的 --mode 引數指定。下圖展示了容器、任務、服務的關係。

三、Swarm 叢集

準備工作

• 三個可以通過網路進行通訊的Linux主機或虛擬機器，並安裝了Docker，或者使用docker-machine 建立三臺虛擬機器。
• 已安裝Docker Engine 1.12或更高版本
• 在主機之間開啟埠(2377、7946、4789)

建立一個叢集

1. 建立虛擬機器(已經有Linux主機或虛擬機器的跳過此步)

本文通過docker-machine使用VirtualBox驅動程式建立3個VM （已經有Linux主機或虛擬機器的跳過此步）：

docker-machine create --driver virtualbox myvm-1
docker-machine create --driver virtualbox myvm-2
docker-machine create --driver virtualbox myvm-3

列出虛擬機器並獲取其IP地址：

docker-machine ls

以下是此命令的示例輸出：

$docker-machine ls
NAME     ACTIVE   DRIVER       STATE     URL                         SWARM   DOCKER           ERRORS
myvm-1   -        virtualbox   Running   tcp://192.168.99.100:2376           v18.09.1-beta2   
myvm-2   -        virtualbox   Running   tcp://192.168.99.101:2376           v18.09.1-beta2   
myvm-3   -        virtualbox   Running   tcp://192.168.99.102:2376           v18.09.1-beta2  

2. 初始化swarm

把第一臺機器myvm-1充當管理節點，第二臺myvm-2 、第三臺myvm-3為工作節點。

使用 docker-machine ssh 連線 myvm-1，Linux主機直接ssh連線就行。

docker-machine ssh myvm-1 

初始化swarm

docker swarm init --advertise-addr 192.168.99.100
Swarm initialized: current node (4a8mo8cekpe0vpk0ze963avw9) is now a manager.

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

    docker swarm join --token SWMTKN-1-4lzr2216s61ecbyayyqynjwybmxy5y5th5ru8aal2a0d1t2vn3-ekdgf4swlz8fiq4nnzgnbhr5u 192.168.99.100:2377

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

上面輸出的這一段就是工作節點加入叢集的命令：

docker swarm join --token SWMTKN-1-4lzr2216s61ecbyayyqynjwybmxy5y5th5ru8aal2a0d1t2vn3-ekdgf4swlz8fiq4nnzgnbhr5u 192.168.99.100:2377

如果你的 Docker 主機有多個網絡卡，擁有多個 IP，必須使用 --advertise-addr 指定 IP。
執行 docker swarm init 命令的節點自動成為管理節點。

命令 docker info 可以檢視 swarm 叢集狀態:

Server Version: 18.09.1-beta2
Storage Driver: overlay2
 Backing Filesystem: extfs
 Supports d_type: true
 Native Overlay Diff: true
Logging Driver: json-file
Cgroup Driver: cgroupfs
Plugins:
 Volume: local
 Network: bridge host macvlan null overlay
 Log: awslogs fluentd gcplogs gelf journald json-file local logentries splunk syslog
Swarm: active
 NodeID: ib1498ex2q18i7gznb2zgicqq
 Is Manager: true
 ClusterID: fbyxxjzrtcxc53op35jnyzl7t
 Managers: 3
 Nodes: 3
 Default Address Pool: 10.0.0.0/8  

命令 docker node ls 可以檢視叢集節點資訊:

$docker node ls
ID                            HOSTNAME            STATUS              AVAILABILITY        MANAGER STATUS      ENGINE VERSION
ib1498ex2q18i7gznb2zgicqq *   myvm-1              Ready               Active              Leader              18.09.1-beta2

3. 工作節點加入 swarm 叢集

連線機器myvm-2

docker-machine ssh myvm-2

加入 swarm 叢集

$docker swarm join \
    --token SWMTKN-1-4lzr2216s61ecbyayyqynjwybmxy5y5th5ru8aal2a0d1t2vn3-ekdgf4swlz8fiq4nnzgnbhr5u \
    192.168.99.100:2377

This node joined a swarm as a worker.

節點myvm-3，執行myvm-2相同的操作加入叢集。

叢集的大部分命令需要在管理節點中才能執行

我們進入管理節點 myvm-1 ，檢視叢集的節點資訊。

docker node ls
ID                            HOSTNAME            STATUS              AVAILABILITY        MANAGER STATUS      ENGINE VERSION
ib1498ex2q18i7gznb2zgicqq *   myvm-1              Ready               Active              Leader              18.09.1-beta2
vels0fe3eh5s5cxj1s573v9wx     myvm-2              Ready               Active                                  18.09.1-beta2
obxnnqelh4p16wajrwvyn6j8v     myvm-3              Ready               Active                                  18.09.1-beta2

為了高可用，我們升級工作節點為管理節點。

docker node promote myvm-2
docker node promote myvm-3

這時我們再看叢集的節點資訊

$ docker node ls
ID                            HOSTNAME            STATUS              AVAILABILITY        MANAGER STATUS      ENGINE VERSION
ib1498ex2q18i7gznb2zgicqq *   myvm-1              Ready               Active              Leader              18.09.1-beta2
vels0fe3eh5s5cxj1s573v9wx     myvm-2              Ready               Active              Reachable           18.09.1-beta2
obxnnqelh4p16wajrwvyn6j8v     myvm-3              Ready               Active              Reachable           18.09.1-beta2

myvm-2、myvm-3的 叢集狀態變為 Reachable（選舉者），因為叢集中節點Leader只能有一個，這個類似zookeeper，只不過zookeepers用的演算法是paxos，Swarm用的演算法是raft。

4. 退出 Swarm 叢集

如果 Manager 想要退出 Swarm 叢集， 在 Manager Node 上執行如下命令：

docker swarm leave

如果叢集中還存在其它的 Worker Node，還希望 Manager 退出叢集，則加上一個強制選項，命令列如下所示：

docker swarm leave --force

工作節點進行退出叢集，需要在工作節點上執行命令：

docker swarm leave

退出後的節點，依然可以使用 上面的 docker swarm join --token 重新加入叢集。

叢集上部署應用

命令

$ docker service create --replicas 1 --name 別名  映象ID

replicas 指定執行服務的數量。

例項1

建立一個alpine服務（alpine是一個小型liunx系統）

#執行一個alpine映象，並執行ping命令
docker service create --replicas 1 --name test1 alpine ping docker.com

檢視叢集上的服務

$docker service ls
ID                  NAME                MODE                REPLICAS            IMAGE               PORTS
rnu10rprrwzv        test1               replicated          1/1                 alpine:latest

例項2

以下命令將nginx容器中的埠80釋出到群集中任何節點的埠8080

docker service create \
  --name my-web \
  --publish published=8080,target=80 \
  --replicas 2 \
  nginx

檢視叢集上的服務

$ docker service ls
ID                  NAME                MODE                REPLICAS            IMAGE               PORTS
q6wfiizzosmd        nginx               replicated          3/3                 nginx:latest        *:8080->80/tcp
rnu10rprrwzv        test1               replicated          1/1                 alpine:latest 

service 通過 ingress load balancing 來發布服務，且 swarm 叢集中所有 node 都參與到 ingress 路由網格（ingress routing mesh） 中，訪問任意一個 node+PublishedPort 即可訪問到服務。

當訪問任何節點上的埠8080時，Docker將您的請求路由到活動容器。在群節點本身，埠8080可能並不實際繫結，但路由網格知道如何路由流量，並防止任何埠衝突的發生。

路由網格在釋出的埠上監聽分配給節點的任何IP地址。對於外部可路由的IP地址，該埠可從主機外部獲得。對於所有其他IP地址，只能從主機內部訪問。

所以訪問 192.169.99.100:8080、192.169.99.101:8080、192.169.99.102:8080 ，都可以訪問到nginx，這樣就實現了負載均衡。因為我們指定--replicas 3 啟動了3個執行nginx的容器 ，所以三個節點myvm-1、myvm-2、myvm-3 上都運行了一個 nginx 的容器，可以通過改其中一個節點上的nginx的歡迎頁 ，然後再訪問，來檢查是否實現了負載均衡。

可以通過scale 來指定執行容器的數量。

 docker service scale nginx=2

我通過docker service ls 可以看出 nginx 的副本變成了2個

$docker service ls
ID                  NAME                MODE                REPLICAS            IMAGE               PORTS
q6wfiizzosmd        nginx               replicated          2/2                 nginx:latest        *:8080->80/tcp

overlay 網路

1. 概述

初始化swarm或將Docker主機加入現有swarm時，會在該Docker主機上建立兩個新網路：

• ingress：稱為覆蓋網路ingress，處理與群集服務相關的控制和資料流量。建立群組服務並且不將其連線到使用者定義的覆蓋網路時，ingress 是預設連線的網路。
• docker_gwbridge：稱為橋接網路docker_gwbridge，它將各個Docker守護程式連線到參與該群集的其他守護程序。

在管理節點上檢視網路

$ docker network ls
NETWORK ID          NAME                DRIVER              SCOPE
cb0ccb89a988        bridge              bridge              local
0174fb113496        docker_gwbridge     bridge              local
541b62778c0e        host                host                local
8n7xppn5z4j2        ingress             overlay             swarm
369d459f340d        none                null                local

overlay網路驅動程式會建立多個Docker守護主機之間的分散式網路。該網路位於（覆蓋）特定於主機的網路之上，允許連線到它的容器（包括群集服務容器）安全地進行通訊。Docker透明地處理每個資料包與正確的Docker守護程式主機和正確的目標容器的路由。

2. 自定義 overlay 網路

建立用於swarm服務的overlay網路，使用如下命令：

docker network create -d overlay my-overlay

我們再次檢視網路，發現可以看到自定義 overlay了。

$docker network ls
NETWORK ID          NAME                DRIVER              SCOPE
cb0ccb89a988        bridge              bridge              local
0174fb113496        docker_gwbridge     bridge              local
541b62778c0e        host                host                local
8n7xppn5z4j2        ingress             overlay             swarm
a23htz7n0pvp        my-overlay          overlay             swarm
369d459f340d        none                null                local

叢集中部署了兩個服務 nginx、alpine，現在我們進入alpine，去訪問nginx。

 docker exec -it test1.1.oonwl8c5g4u3p17x8anifeubi bash

/ # ping nginx
ping: bad address 'nginx'

wget 192.168.99.100:8080
Connecting to 192.168.99.100:8080 (192.168.99.100:8080)
index.html           100% |*************************************************************************************************************|   612   0:00:00 ETA

我們發現叢集中的各個服務不能用名稱訪問的，只能用叢集服務發現的路由網路訪問，那麼叢集中的服務怎麼能通過名稱進行訪問呢，這就需要用到上面自定義的 overlay 網路。

刪除我們啟動的服務，重新建立指定使用自定義網路的服務。

docker service rm nginx test1

docker service create --name nginx -p 8080:80 --network my-overlay --replicas 3 nginx
docker service create --name test1 --network my-overlay alpine ping www.baidu.com

進入test1容器中，重新測試下：

/ # ping nginx
PING nginx (10.0.0.2): 56 data bytes
64 bytes from 10.0.0.2: seq=0 ttl=64 time=0.120 ms
64 bytes from 10.0.0.2: seq=1 ttl=64 time=0.094 ms
64 bytes from 10.0.0.2: seq=2 ttl=64 time=0.108 ms

/ # wget nginx
Connecting to nginx (10.0.0.2:80)
index.html           100% |*************************************************************************************************************|   612   0:00:00 ETA

發現可以通過名稱進行叢集中的容器間的訪問了。

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