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Docker Swarm ​

Docker Swarm 是 Docker 的原生集群管理工具。本文将详细介绍 Docker Swarm 的概念、架构、配置方法和最佳实践。

Swarm 基础概念 ​

什么是 Docker Swarm？ ​

Docker Swarm 是 Docker 的原生集群管理和编排工具，它允许 IT 管理员和开发人员在多个 Docker 主机上创建和管理容器集群。

Swarm 的主要特性 ​

  1. 集群管理集成：使用 Docker Engine CLI 管理集群
  2. 分散式设计：采用分散式设计，无单点故障
  3. 声明式服务模型：声明所需的服务状态
  4. 服务扩展：支持服务的动态扩展
  5. 状态协调：自动协调服务状态
  6. 多主机网络：支持多主机网络
  7. 服务发现：内置服务发现机制
  8. 负载均衡：内置负载均衡功能
  9. 安全通信：节点间的安全通信
  10. 滚动更新：支持服务的滚动更新

Swarm 架构 ​

节点类型 ​

  1. 管理节点（Manager Nodes）

    • 维护集群状态
    • 调度服务
    • 提供 Swarm API

  2. 工作节点（Worker Nodes）

    • 执行容器
    • 不参与集群管理决策
    • 只执行管理节点分配的任务

服务和任务 ​

  1. 服务（Services）

    • 定义要在管理节点或工作节点上运行的任务
    • 是集群的中心结构

  2. 任务（Tasks）

    • 服务的执行单元
    • 每个任务代表一个容器实例

Swarm 集群管理 ​

初始化 Swarm ​

bash
# 初始化 Swarm 集群
docker swarm init --advertise-addr <MANAGER-IP>

# 查看加入命令
docker swarm join-token worker  # 获取工作节点加入命令
docker swarm join-token manager # 获取管理节点加入命令

节点管理 ​

bash
# 列出节点
docker node ls

# 查看节点详细信息
docker node inspect <NODE-ID>

# 提升节点为管理节点
docker node promote <NODE-ID>

# 降级管理节点为工作节点
docker node demote <NODE-ID>

# 删除节点
docker node rm <NODE-ID>

# 更新节点
docker node update --availability drain <NODE-ID>

标签和约束 ​

bash
# 添加节点标签
docker node update --label-add region=us-east <NODE-ID>

# 使用标签约束部署服务
docker service create \
  --constraint 'node.labels.region==us-east' \
  nginx

服务管理 ​

创建服务 ​

bash
# 创建基本服务
docker service create --name my-web nginx

# 创建带有复制数量的服务
docker service create \
  --name my-web \
  --replicas 3 \
  nginx

# 创建带有配置的服务
docker service create \
  --name my-web \
  --publish 80:80 \
  --replicas 3 \
  --mount type=volume,source=my-vol,target=/app \
  --env MYSQL_ROOT_PASSWORD=secret \
  nginx

服务管理命令 ​

bash
# 列出服务
docker service ls

# 查看服务详情
docker service inspect my-web

# 查看服务日志
docker service logs my-web

# 查看服务任务
docker service ps my-web

# 更新服务
docker service update \
  --image nginx:1.21 \
  --update-parallelism 2 \
  --update-delay 20s \
  my-web

# 扩展服务
docker service scale my-web=5

# 删除服务
docker service rm my-web

服务配置 ​

bash
# 配置更新策略
docker service create \
  --name my-web \
  --update-delay 10s \
  --update-parallelism 2 \
  --update-failure-action rollback \
  nginx

# 配置重启策略
docker service create \
  --name my-web \
  --restart-condition any \
  --restart-delay 5s \
  --restart-max-attempts 3 \
  nginx

# 配置资源限制
docker service create \
  --name my-web \
  --limit-cpu 0.5 \
  --limit-memory 512M \
  nginx

网络管理 ​

创建覆盖网络 ​

bash
# 创建覆盖网络
docker network create \
  --driver overlay \
  --attachable \
  my-network

# 创建加密的覆盖网络
docker network create \
  --driver overlay \
  --opt encrypted \
  my-secure-network

服务网络配置 ​

bash
# 将服务连接到网络
docker service create \
  --name my-web \
  --network my-network \
  nginx

# 将服务连接到多个网络
docker service create \
  --name my-web \
  --network frontend \
  --network backend \
  nginx

数据管理 ​

配置管理 ​

bash
# 创建配置
docker config create nginx.conf nginx.conf

# 使用配置
docker service create \
  --name my-web \
  --config source=nginx.conf,target=/etc/nginx/nginx.conf \
  nginx

密钥管理 ​

bash
# 创建密钥
docker secret create my-secret secret.txt

# 使用密钥
docker service create \
  --name my-web \
  --secret my-secret \
  nginx

高可用性配置 ​

管理节点高可用 ​

bash
# 配置管理节点
docker swarm init --advertise-addr <MANAGER1-IP>

# 添加额外的管理节点
docker swarm join --token <MANAGER-TOKEN> <MANAGER1-IP>:2377

# 配置管理节点仲裁
docker swarm update --task-history-limit 5

备份和恢复 ​

bash
# 备份 Swarm 状态
tar -zvcf swarm-backup.tar.gz /var/lib/docker/swarm/

# 恢复 Swarm 状态
tar -zxvf swarm-backup.tar.gz -C /var/lib/docker/swarm/

监控和日志 ​

服务监控 ​

bash
# 查看服务状态
docker service ps my-web

# 查看服务日志
docker service logs my-web

# 查看节点资源使用
docker node inspect <NODE-ID>

使用外部监控工具 ​

yaml
# docker-compose.yml for monitoring
version: '3.8'
services:
  prometheus:
    image: prom/prometheus
    volumes:
      - ./prometheus.yml:/etc/prometheus/prometheus.yml
    ports:
      - "9090:9090"

  grafana:
    image: grafana/grafana
    ports:
      - "3000:3000"
    depends_on:
      - prometheus

安全配置 ​

TLS 配置 ​

bash
# 创建 CA 和证书
docker swarm init --external-ca

防火墙配置 ​

需要开放的端口：

  • TCP 2377：集群管理通信
  • TCP/UDP 7946：节点间通信
  • UDP 4789：覆盖网络流量
bash
# 配置防火墙规则
ufw allow 2377/tcp
ufw allow 7946/tcp
ufw allow 7946/udp
ufw allow 4789/udp

生产环境最佳实践 ​

1. 高可用性配置 ​

bash
# 使用奇数个管理节点（推荐3或5个）
docker swarm init
docker swarm join-token manager # 添加其他管理节点

2. 服务部署策略 ​

bash
# 使用更新策略
docker service create \
  --name my-web \
  --replicas 3 \
  --update-parallelism 1 \
  --update-delay 30s \
  --update-failure-action rollback \
  nginx

3. 资源管理 ​

bash
# 设置资源限制
docker service create \
  --name my-web \
  --limit-cpu 0.5 \
  --limit-memory 512M \
  --reserve-cpu 0.2 \
  --reserve-memory 256M \
  nginx

4. 网络隔离 ​

bash
# 创建隔离的网络
docker network create --driver overlay --internal backend

5. 日志管理 ​

bash
# 配置日志驱动
docker service create \
  --name my-web \
  --log-driver json-file \
  --log-opt max-size=10m \
  --log-opt max-file=3 \
  nginx

故障排查 ​

常见问题解决 ​

  1. 节点通信问题
bash
# 检查节点状态
docker node ls
# 检查网络连接
docker network inspect ingress
  1. 服务部署问题
bash
# 检查服务状态
docker service ps --no-trunc my-web
# 查看详细日志
docker service logs my-web
  1. 网络问题
bash
# 检查网络连接
docker network inspect overlay-network
# 测试容器间通信
docker exec -it container1 ping container2

实际应用案例 ​

1. Web 应用部署 ​

yaml
version: '3.8'
services:
  web:
    image: nginx
    deploy:
      replicas: 3
      update_config:
        parallelism: 1
        delay: 10s
      restart_policy:
        condition: on-failure
    ports:
      - "80:80"
    networks:
      - frontend

  api:
    image: api-service
    deploy:
      replicas: 2
    networks:
      - frontend
      - backend

  db:
    image: postgres
    deploy:
      placement:
        constraints:
          - node.role == worker
    networks:
      - backend
    volumes:
      - db-data:/var/lib/postgresql/data

networks:
  frontend:
  backend:
    driver: overlay
    internal: true

volumes:
  db-data:

2. 负载均衡配置 ​

bash
# 创建负载均衡服务
docker service create \
  --name lb \
  --publish 80:80 \
  --network frontend \
  nginx

# 配置 DNS 轮询
docker service create \
  --name web \
  --replicas 3 \
  --network frontend \
  --endpoint-mode dnsrr \
  nginx

总结 ​

Docker Swarm 提供了强大的容器编排和集群管理功能。通过本文的学习，你应该能够：

  1. 理解 Swarm 架构

    • 节点类型和角色
    • 服务和任务概念
    • 集群管理机制

  2. 掌握基本操作

    • 集群的创建和管理
    • 服务的部署和扩展
    • 网络和存储配置

  3. 实施最佳实践

    • 高可用性配置
    • 安全性设置
    • 监控和日志管理
    • 故障排查方法

  4. 应用实际场景

    • Web 应用部署
    • 负载均衡配置
    • 数据持久化
    • 服务发现

在下一章中，我们将探讨 Docker 的企业实践，包括大规模部署、监控告警、持续集成等高级主题。