一，Docker Swarm的简介

Dcoker Swarm是由Docker官方推出的容器集群管理工具(Docker Compose为服务编排工具)，基于Go语言实现，使用它可以将多个Docker主机封装为单大型虚拟Docker主机，实现Docker的分布式集群部署，快速打造一套容器云平台

Docker Swarm是生产环境中运行Docker分布式应用程序最简单的方法，作为容器集群管理器，Swarm最大的优势就是100%支持标准的Docker API，其他基于标准API的工具如Compose。docker-py，各种管理软件，甚至Docker本身都可以很容易的与Swarm进行集成，大大方便了用户将原先基于单节点的系统移植到Swarm。同时Swarm内置了对Docker网络插件的支持，用户可以很容易的部署跨主机的容器集群服务

Docker Swarm和Docker Compose本质上是一样的，都是Docker官方的容器编排工具，但不同的是Docker Compose是再单个服务器或主机上创建多个容器的工具，而Docker Swarm则可以再多个不同服务器或主机上创建容器集群服务，对于微服务的部署，Docker Swarm是非常适合的

注：假如容器集群非常多，对容器要求非常高，高并发高性能，容器的实时管理监控，Docker Swarm是无法满足的，它只适合普通的分布式集群，如果对上述要求非常苛刻就需要上K8S

二，Docker Swarm的核心概念

Docker1.12引入了Swarm模式，一个Swarm由多个Docker主机组成，它们以Swarm集群模式运行，Swarm集群由Manager节点和Worker节点组成，有些主机可以同时扮演两种角色

Swarm创建服务时，需要指定要使用的镜像，在运行的容器中执行命令，定义其副本的数量，可以的网络和数据卷，将服务映射到外部端口

与独立容器相比，集群容器的注意优势是，你可以修改服务的配置，包括它所连接的网络和数据卷等，而不需要手动重启服务，

一，Manager节点和Worker节点

Swarm集群由Manager节点和Worker节点组成，一个节点就是Swarm集群中的一个实例，也就是一个主机，可以运行一个或多个节点在单台物理服务器上，但是生产环境中，典型的部署方式是：Docker节点交叉分布式部署在多台服务器，节点名称默认为机器的hostname

• Manager：负责整个集群的管理工作包括集群配置，服务管理，容器编排等所有跟集群有关的工作，它会选举出一个leader来指挥编排任务
• Worker：工作节点接收和执行从Manager分配的任务Tasks运行在相应的服务service上

二，集群的容错机制

一，Manager容错

如果在单个Manager集群中Manager出现故障，则服务也将继续运行，但需要创建一个新的集群才能恢复

为了利用集群模式的容错性功能，Docker根据集群的高可用性需求实现奇数个节点，当有多个manager节点时，可以从一个manager节点的故障中恢复，而不要停机

• 三个manager的集群可以保证其中一个manager节点的最大数据损失
• 五个manager的集群可以保证其中两个manager节点的最大损失
• manager集群容忍最大manager损失比例为(N-1/2)
• Docker swarm集群最大提供7个manager节点

注：超过一半的manager故障，集群就完全瘫痪

二，Worker容错

worker节点本质是docker容器的实例，它唯一的目的就是执行容器，它不参与调度决策也不服务于swarm集群HTTP API

worker节点的任务都由manager分配，当单个worker节点宕机时，manager会将任务分配给其他worker节点，并不影响服务，当它故障恢复了，就能重新接收分配

三，Docker Swarm的服务,任务,容器

一，服务的工作原理

service服务在Docker中是一个较为抽象的概念，要在Docker引擎处于集群模式时部署应用程序镜像，必须创建service服务，通常服务是在较大型应用的上下文中为微服务提供镜像，服务实例可以包括HTTP服务，数据库，或者希望在分布式环境中运行的任何其他类型的可执行程序

创建service服务时，需要指定使用的容器镜像以及运行在容器内执行那些命令(和传统的docker指令一样)

Swarm创建服务可以定义其他服务选项：

• 服务名称
• 使用那个镜像创建容器
• 要运行多少个副本
• 服务容器连接到那个网络
• 容器端口要映射那些外部端口
• ……

二，服务,任务,容器

当将服务部署到集群中时，manager接收服务指令，然后再将服务划分为一项任务或复制成多个任务，再分配给Worker节点独立执行

任务的概念：包括一个Docker容器和再容器中运行的命令，任务是一个集群的最小单元，任务与容器是一对一的关系，manager节点根据服务规模中设置的副本数量将任务分配到worker节点

注：一旦任务被分配到一个节点，便无法移动到另一个节点，它只能分配的worker节点上运行或者失败

三，副本服务和全局服务

Docker Swarm不止提供了优秀的高可用，同时也提供了节点的弹性扩容和缩容的功能，可以通过以下两种类型的Service部署实现：

• 副本服务(Replicated Service)：当服务需要动态扩容缩容时，只需通过scale参数或者--replicas n参数指定运行相同任务的数量，即可复制出新的副本，将一系列复制任务分发至各个节点
• 全局服务(Global Services)：通过--mode global参数将服务分发至全部节点上，每一个节点运行一个相同的任务，不需要预先指定任务的数量，每增加一个节点到Swarm中，协调器就会建一个任务，然后调度器把任务分配到新节点

下图显示了黄色三服务副本和灰色全球服务：

四，Overlay网络(覆盖网络)

一，Overlay网络的概述

在Docker中有四种主要网络：Host网络，Container网络，Bridge网络(默认)，None网络

在Docker Swarm集群模式下默认使用的是Overlay网络(覆盖网络)

Overlay网络其实并不是一门新技术，它是构建在另一个网络上的计算机网络，它本质是一种网络虚拟技术的形式，近年来随着云计算虚拟化技术的演进促进了网络虚拟化技术的应用，Overlay网络就是在物理主机网络虚拟出的网络，它依赖于物理主机网络，并不能独立出现

注：Overlay底层依赖的网络是Underlay网络

Overlay网络出现的目的：解决容器跨节点数据传输和路由问题

Underlay网络是专门用来承载用户IP流量的基础架构层，它与Overlay网络之间的关系有点类似于物理机和虚拟机，Underlay网络和物理机一样都是存在的实体，它们分别对应着真实存在的网络设备和计算设备，而Overlay网络和虚拟机都是依托在下层实体基础

在Docker1.12版本以后Swarm模式原生已支持Overlay网络，只要在这个Overlay网络内的容器，不管在不在同一个宿主机都能相互通信，即跨主机通信，但不同Overlay网络内的容器之间是相互隔离的，无法通信

二，Overlay网络的操作

网络的操作和docker原生操作是一样的

1，创建Overlay网络：

docker network create -d overlay 网络名称

2，删除Overlay网络：

docker network rm 网络名称

3， 创建一个覆盖网络，可用于集群服务或独立容器与其他在 Docker daemons 上运行的其他独立容器进行通信，则添加标志：--attachable

docker network create -d overlay --attachable my-attachable-overlay

……

二，Docker Swarm集群的操作

#为swarm的Overlay网络分配一个192.168.9.1的IP
docker swarm init --advertise-addr 192.168.9.1

docker swarm init --default-addr-pool 10.10.0.0/16

#例：2733是一个docker Swarm集群节点使用固定端口，加入时都用此端口
docker swarm join --token SWMTKN-1-2lefzq18zohy9yr1vskutf1sfb2a590xz9d0mjj2m15zu9eprw-2938j5f50t35ycut0vbj2sx0s 192.168.31.43:2377

[root@manager ~]# docker node ls
ID                            HOSTNAME            STATUS              AVAILABILITY        MANAGER STATUS      ENGINE VERSION
3jcmnzjh0e99ipgshk1ykqwsd *   manager             Ready               Active              Leader              18.06.0-ce
dasque2xprzdw6wdx7afoqw04     worker1             Ready               Drain                                   18.06.1-ce
cfdqw5ns4adcvumzgiv66xpyj     worker2             Ready               Active                                  18.06.1-ce

注：节点标识可以为主机名也可以是节点的ID

二，查看单节点的详细信息

可以在manager节点上查看单个节点的信息，默认输出为json格式

命令：docker node inspect 节点标识  

• --pretty：加入此选项，信息将平铺格式输出

三，设置节点的可用性状态

Swarm可用性状态(availability)：

• active：正常状态
• drain：暂停状态，不接收分配任务也不执行本地已有任务
• pause：不接受分配任务，但执行本地已有任务

命令：docker node update --availability 可用性状态 节点标识

四，节点的升级和降级

节点升级：从worker节点升级为manager节点

命令：docker node promote  节点标识

节点降级：从manager节点降级为worker节点

命令：docker node demote  节点标识

五，节点退出集群和节点删除

退出集群：在当前推出主机上运行 docker swarm leave就可退出集群(-f强制)

当前节点离开群时，swarm停止在群模式下运行，集群编排器不再将任务安排到改节点

删除节点：需先推出集群才进行删除要么就-f强制删除

命令：docker node rm 节点标识

三，集群服务的管理

一，创建服务

命令：docker service create 服务镜像

参数选项：

• --name：指定服务容器的名称
• -p(--publish)：暴露端口
• -v：创建数据卷共享
• --network：为服务添加网络
• --replicas：服务副本数
• --update-delay：容器与容器之间更新的时间间隔
• --update-parallelism：更新时并行的更新数量
• --update-failure-action：任务容器更新失败时的模式(默认为pause，"pause 停止 | continue继续")
• --rollback-monitor：容器和容器之间回滚的时间间隔

二，查看服务

1，查看所有服务：docker service ls

ID                  NAME                MODE                REPLICAS            IMAGE               PORTS
cwql_nginx           replicated          1/1                 nginx:latest        *:80->80/tcp

说明：

• ID：服务(容器)ID唯一标识
• NAME：服务(容器)的名称
• MODE：服务的模式，服务有两种模式：replicated为副本模式，global为全局模式
• REPLICAS：副本数量
• IMAGE：创建容器服务的镜像名
• PORTS：端口的映射

2，查看服务详细信息：docker service inspect --pretty 服务标识

ID:             dfsxfmda4dqwasdqwda       #服务ID
Name:           wql_nginx #服务名称
Service Mode:   Replicated #服务的模式
Replicas:      1 #副本数
Placement:
UpdateConfig:
Parallelism:   1
On failure:    pause
Monitoring Period: 5s
Max failure ratio: 0
Update order:      stop-first
RollbackConfig:
Parallelism:   1
On failure:    pause
Monitoring Period: 5s
Max failure ratio: 0
Rollback order:    stop-first
ContainerSpec:
Image:         nginx:latest@sha256:b73f527d86e3461fd652f62cf47e7b375196063bbbd503e853af5be16597cb2e
Init:          false
Resources:
Networks: nginx_net #使用的网络
Endpoint Mode:  vip
Ports:
PublishedPort = 80 #端口映射
  Protocol = tcp
  TargetPort = 80
  PublishMode = ingress

3，查询服务的状态信息

1. 查看使用服务的状态信息：docker service ps -a
2. 查询当个服务的状态信息：docker service ps 服务标识

ID                  NAME                IMAGE               NODE                DESIRED STATE       CURRENT STATE               ERROR               PORTS
yzonph0zu7km        my_nginx.1          nginx:latest        manager43           Running             Running about an hour ago                      
mlprstt9ds5x        my_nginx.2          nginx:latest        node139             Running             Running 52 seconds ago                         
y09lk90tdzdp        my_nginx.3          nginx:latest        node139             Running             Running 52 seconds ago                         
clolfl3zlvj0        my_nginx.4          nginx:latest        node188             Running             Running 2 minutes ago

说明：

• ID：服务(容器)ID
• NAME：服务(容器)名称
• IMAGE：镜像
• NODE：运行该服务的机器
• DESIRED STATUS：状态(Running为运行 | Preparing为准备)
• CURRENT STATE：现行状态，隔一段时间进行更新

三，服务的更新和删除

一，动态缩容扩容服务

命令：docker service scala 服务标识=副本数

这条命令在运行的集群中也可以动态的增加或者减少服务

二，更新服务

命令：docker service update 服务名

参数选项：

• --image：通过镜像更新服务版本
• --rollback：回滚服务版本
• --args：容器加入指令
• --network-add：容器添加新的网络
• --network-rm：删除容器网络
• --publish-add：添加端口映射
• --publish-rm：删除端口映射
•  --config-add 配置文件名称，target=/../容器内配置文件名 ：添加新的配置文件到容器
•  --config-rm 配置文件名称 ：删除容器服务内的配置文件

三，删除服务

命令：docker service rm 服务名称

• -f：强制删除

三，docker Swarm小案例

一，环境准备

Swarm和Compose不一样它不需要手动安装，在安装docker时就自带了Swarm

1，准备好三台虚拟机(我是Centos 7.6)

2，分别安装docker(我是docker 20.10.8)

注：版本要在docker1.12以上

3，关闭防火墙

注：因为只是测试所以直接关闭防火墙，生产环境中根据端口放行即可

修改主机名的方式：

• hostname 主机名(立即生效,重启失效)
• hostnamectl set-hostname 主机名(立即生效,重启也生效)
• vi /etc/hosts，添加127.0.0.1 主机名(持久生效)

[root@manager ~]# docker swarm init
Swarm initialized: current node (sm56viuz67sj4ag8qaihug60l) is now a manager.

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

    docker swarm join --token SWMTKN-1-49lqduquny7gpg94clntjywn2i6312z2dan0gtukt6138nh9l2-83vwjl1qidnra9m1tmjnpszro 192.168.68.151:2377

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

#192.168.68.153机器运行
docker swarm join --token SWMTKN-1-49lqduquny7gpg94clntjywn2i6312z2dan0gtukt6138nh9l2-83vwjl1qidnra9m1tmjnpszro 192.168.68.151:2377
#192.168.68.133机器运行
docker swarm join --token SWMTKN-1-49lqduquny7gpg94clntjywn2i6312z2dan0gtukt6138nh9l2-83vwjl1qidnra9m1tmjnpszro 192.168.68.151:2377

[root@manager ~]# docker node ls
ID                            HOSTNAME   STATUS    AVAILABILITY   MANAGER STATUS   ENGINE VERSION
sm56viuz67sj4ag8qaihug60l *   manager    Ready     Active         Leader           20.10.8
n5e8fvd0bk92tdv64tqirionu     worker1    Ready     Active                          20.10.8
onhr5vnvdq9qd5dqtrpvk1yt4     worker2    Ready     Active                          20.10.8

[root@manager ~]# docker network create -d overlay wql
ptlvuvajayaxnjipvb8x1z5k5

#服务副本为3，网络为wql，名称为tomcat
[root@manager ~]# docker service create --name tom_fq --network wql --replicas 3 tomcat
toqrin5ffdsy2ofa9s48ibhs6
overall progress: 3 out of 3 tasks
1/3: running   [==================================================>]
2/3: running   [==================================================>]
3/3: running   [==================================================>]
verify: Service converged

[root@manager ~]# docker service update --publish-add 8080:8080 tom_fq
tom_fq
overall progress: 3 out of 3 tasks
1/3: running   [==================================================>]
2/3: running   [==================================================>]
3/3: running   [==================================================>]
verify: Service converged