前言

这篇文章介绍Docker生态中的常被提到的Engine、Machine和Swarm，大家以了解为主，工作需要再深入。

Engine

Docker Engine其实就是我们常说的「Docker」，它是一个C/S模型(Client/Server)的应用，包含如下组件:

• Daemon。守护进程，属于C/S中的Server( dockerd)

• REST API。Daemon向外暴露的REST 接口

• CLI。向外暴露的命令行接口(Command Line API: docker)

客户端访问服务端的方式有三种:

• 使用命令行工具，如 docker run、 docker ps等等

• 直接通过调用REST API，如发送一个 curl请求

• 通过脚本直接和Daemon交互

用户通过Docker CLI向Docker Daemon发送REST API请求。Daemon创建和管理Docker objects(对象)，如:

• images。镜像

• containers。容器

• networks。网络

• volumes。数据卷

Machine

在没有Machine之前，Docker的安装流程非常复杂，首先需要登录到相应的主机上，根据官方的安装和配置指南来安装Docker，而且不同的操作系统的安装步骤也不同。

Machine是一个简化Docker Engine安装和管理的命令行工具，这样通过一个简单的命令即可在相应的平台上安装Docker，如本地(macOS、Linux和Windows)、虚拟化平台(VirtualBox、macOS xhyve等)，公有云(AWS、Azure、Digital Ocean等)等。使用Machine可以启动、审查、停止和重新启动托管的宿主机、升级 Docker 客户端和守护程序、并配置 Docker 客户端与宿主机通信。

通过图示可以看出来，Machine是管理本地/远程带有Docker Engine的主机的工具， docker-machine create创建的「machine」包含了Daemon和REST API这2部分，Machine自己包含CLI。

我大概演示一下使用Machine的方法:

• 创建machine。 docker-machine create--driver virtualboxdefault，这就会可以创建一个叫做 default的「机器」，它是Virtualbox类型的，所以可以在Virtualbox管理器里面看到这个虚拟机。

• 连接到machine。 eval"$(docker-machine env default)"，其实就是做了对应的环境变量设置

• 使用Docker CLI。之后就可以使用 docker ps等命令查看和管理这个主机里面的镜像/容器等内容了

Swarm Mode

Docker Swarm是Docker 官方的集群管理和编排工具，可以将多个Docker主机封装为单个大型的虚拟Docker主机，成为一个容器平台。从 Docker1.12.0+开始 SwarmMode已经内嵌入 Docker Engine，成为子命令 docker swarm可以直接使用。

SwarmMode主要特性如下:

• 具有容错能力的去中心化设计

• 服务发现。可以做到Docker集群中节点的动态加入和退出的感知，支持主流的etcd、consul和zookeeper。

• 负载均衡。让资源分配负载，以达到最优化资源使用、最大化吞吐率、最小化响应时间、同时避免过载。

• 动态伸缩。服务在判断监测指标超出所设定的上下限时，会按照你的设置触发扩容或缩容。

• 滚动更新(Rolling updates)。可以实现「零停机时间部署」，下节我们还会再说。

• 安全传输。集群中的每个节点都执行TLS的相互认证和加密，以确保自己与所有其他节点之间的通信安全。

• 确保期望状态。Swarm会在后台进行轮训检查，确保实际状态能够满足期望状态的要求。

Swarm 是使用SwarmKit构建的 Docker 引擎内置(原生)的集群管理和编排工具。它包含如下三个重要概念: 节点、服务和任务，我们挨个看。

节点(Node)

运行 Docker 的主机可以主动初始化一个 Swarm 集群或者加入一个已存在的 Swarm 集群，这样这个运行 Docker 的主机就成为一个 Swarm 集群的节点。节点分为管理 (manager) 节点和工作 (worker) 节点。

管理节点用于 Swarm 集群的管理，管理节点分发工作单元(称为Task「任务」)到工作节点。docker swarm 命令基本只能在管理节点执行(节点退出集群命令 docker swarm leave 可以在工作节点执行)。一个 Swarm 集群可以有多个管理节点，但只有一个管理节点可以成为领导(leader, 通过Raft协议实现)。管理节点还要通过leader执行维护集群所需状态所需的编排和集群管理任务。

工作节点接收并执行从管理节点分派的任务。默认情况下，管理器节点也作为工作节点运行服务(Service)，但是你可以将它们配置为专门运行管理器任务，并且只运行管理器节点。代理在每个工作节点上运行，并报告分配给它的任务。工作节点通知管理节点其分配任务的当前状态，以便管理器可以维护每个工作的所需状态。

任务(Task)

任务是Swarm中的最小的调度单位，任务携带Docker容器和在容器中运行的命令。管理节点根据服务中设置的副本(Replicas)数量将任务分配给工作节点。一旦任务被分配给一个节点，它就不能移动到另一个节点。它只能在指定的节点上运行或失败

任务是这么调度的:

服务(Service)

服务是指一组任务的集合，它定义了任务的属性，是Swarm系统的中心结构:

服务有两种模式：

• Replicated services。按照一定规则在各个工作节点上运行指定个数的任务

• Global services。每个可用节点上运行一个任务

PS: 两种模式通过 docker service create的 --mode参数指定。

基本用法

我们创建一个最小的 Swarm 集群，包含一个管理节点和两个工作节点。创建Docker 主机使用Docker Machine:

# 管理节点

❯ docker-machine create -d virtualbox manager # 创建管理节点，名字为manager

❯ docker-machine ssh manager # 登录到管理节点

docker@manager:~$ /sbin/ifconfig eth1 | grep 'inet addr' | cut -d: -f2 | awk '{print $1}'

192.168.99.104 # 获得IP

docker@manager:~$ docker swarm init --advertise-addr 192.168.99.104 # 在管理节点初始化一个Swarm集群，另外Docker主机有多个网卡，所以有多个IP，必须使用 --advertise-addr 指定IP

Swarm initialized: current node (k8cdrnrylrkxpsk4qoyybwpca) is now a manager.

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

docker swarm join --token SWMTKN-1-2gfzia6yrk172e8352jxpolevjr9gx1a9xu95hg0ibkhqat52p-d6j79273adew38s5mzmewgwoo 192.168.99.104:2377 # 记住这句命令

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

❯ docker-machine create -d virtualbox worker1 # 创建工作节点，名字worker1

❯ docker-machine ssh worker1

docker@worker1:~$ docker swarm join --token SWMTKN-1-2gfzia6yrk172e8352jxpolevjr9gx1a9xu95hg0ibkhqat52p-d6j79273adew38s5mzmewgwoo 192.168.99.104:2377 # 从上面直接粘贴来

This node joined a swarm as a worker.

❯ docker-machine create -d virtualbox worker2 # 创建工作节点，名字worker2

❯ docker-machine ssh worker2

docker@worker2:~$ docker swarm join --token SWMTKN-1-2gfzia6yrk172e8352jxpolevjr9gx1a9xu95hg0ibkhqat52p-d6j79273adew38s5mzmewgwoo 192.168.99.104:2377

This node joined a swarm as a worker.

这样集群就做好了，在管理节点看一下状态:

❯ docker-machine ssh manager

docker@manager:~$ docker node ls

ID HOSTNAME STATUS AVAILABILITY MANAGER STATUS ENGINE VERSION

k8cdrnrylrkxpsk4qoyybwpca * manager Ready Active Leader 18.09.9

puzrum9ixbt6holgfk5d8aokl worker1 Ready Active 18.09.9

sqwpb00zh5fp9z2o6r7vnebbt worker2 Ready Active 18.09.9

然后部署Nginx(只能在管理节点运行):

docker@manager:~$ docker service create --replicas 3 -p 80:80 --name nginx nginx:1.17.4-alpine # 创建服务，三个副本，服务监听在80端口

pydkv5ffwfqiv1aua1ylmwhum

overall progress: 3 out of 3 tasks

1/3: running [==================================================>]

2/3: running [==================================================>]

3/3: running [==================================================>]

verify: Service converged

docker@manager:~$ docker service ls # 查看当前Swarm集群运行的服务

ID NAME MODE REPLICAS IMAGE PORTS

pydkv5ffwfqi nginx replicated 3/3 nginx:1.17.4-alpine *:80->80/tcp

# 现在我们使用浏览器，输入任意节点IP(如管理节点的192.168.99.104)，都能看到nginx默认页面

docker@manager:~$ docker service logs nginx # 查看Nginx服务的日志

... # 省略输出

docker@manager:~$ docker service scale nginx=5 # 业务高峰期时，扩展服务运行的容器数量

nginx scaled to 5

overall progress: 5 out of 5 tasks

1/5: running [==================================================>]

2/5: running [==================================================>]

3/5: running [==================================================>]

4/5: running [==================================================>]

5/5: running [==================================================>]

verify: Service converged

docker@manager:~$ docker service ps nginx # 查看服务详情

i6xkgnneqbbq nginx.1 nginx:1.17.4-alpine worker2 Running Running 4 minutes ago

f517ogp705ne nginx.2 nginx:1.17.4-alpine manager Running Running 5 minutes ago

... # 省略输出

docker@manager:~$ docker service scale nginx=2 # 业务平稳期时，减少服务运行的容器数量

在Swarm集群中使用Compose文件

在第一篇中我使用 docker-compose.yml一次配置、启动多个容器，在Swarm集群中也可以使用compose文件来配置、启动多个服务。在上一小节中，使用 docker service create一次只能部署一个服务(Nginx)，使用 docker-compose.yml可以一次启动多个关联的服务。还是拿lyanna项目的docker-compose.yml体验一下，不过需要修改配置项，添加deploy(如mode和副本数等项)，也要去掉一些stack不支持的项(如build、restart等):

version: '3'

services:

db:

image: mysql

environment:

MYSQL_DATABASE: 'test'

MYSQL_USER: 'root'

MYSQL_PASSWORD: ''

MYSQL_ROOT_PASSWORD: ''

MYSQL_ALLOW_EMPTY_PASSWORD: 'true'

volumes:

- my-datavolume:/var/lib/mysql

deploy:

placement:

constraints: [node.role == manager]

redis:

image: redis:alpine

deploy:

mode: replicated

replicas: 3

memcached:

image: memcached:1.5-alpine

deploy:

mode: replicated

replicas: 3

web:

image: 127.0.0.1:5000/lyanna-app

build: .

ports:

- '8000:8000'

volumes:

- .:/app

- ./local_settings.py.tmpl:/app/local_settings.py

depends_on:

- db

- redis

- memcached

environment:

PYTHONPATH: $PYTHONPATH:/usr/local/src/aiomcache:/usr/local/src/tortoise:/usr/local/src/arq:/usr/local/src

command: sh -c './setup.sh && python app.py'

visualizer:

image: dockersamples/visualizer:stable

ports:

- "8080:8080"

stop_grace_period: 1m30s

volumes:

- "/var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock"

deploy:

placement:

constraints: [node.role == manager]

volumes:

my-datavolume:

其中有3个需要着重说明的点:

• visualizer服务提供一个可视化页面，可以从浏览器中很直观的查看集群中各个服务的运行节点，一会会感受到

• db/redis/memcached/visualizer这几项都添加了deploy项， mode指服务模式， replicas指副本数， placement可以限定满足条件的Node，而避免在不合适的Node进行部署，这里限制db/visualizer都要在管理节点上

• web加了image项，是一个注册服务的API地址，下面会看到如何注册和推送镜像上去

接着部署:

❯ eval "$(docker-machine env manager)" # 本机切换到管理主机

❯ git clone https://github.com/dongweiming/lyanna # 下载lyanna项目源码，如果原来已经clone了不用再做

❯ cd lyanna

❯ docker service create --name registry --publish published=5000,target=5000 registry:2 # 创建注册服务(名字叫registry)，启动在5000端口上

❯ docker-compose -f docker-compose.swarm.yml build # 用Compose的方式启动，这个过程会构建lyanna-app镜像

❯ docker-compose -f docker-compose.swarm.yml push # 把lyanna-app推送给本地的注册服务

❯ docker stack deploy -c docker-compose.swarm.yml lyanna # 部署服务

Ignoring unsupported options: build

Creating network lyanna_default

Creating service lyanna_web

Creating service lyanna_visualizer

Creating service lyanna_db

Creating service lyanna_redis

Creating service lyanna_memcached

现在在浏览器输入 任一节点IP:8080 即可看到各节点运行状态，类似如下效果:

可以看到:

• db、visualizer限定在管理节点manager

• redis/memcached由于副本数和节点数一致，所以每个节点都有一个

• web和registry由于负载平衡的作用分配到了2个工作节点上，让服务整体看起来比较均衡

在浏览器新的标签页输入 任一节点IP:8000 即可看到lyanna博客效果！

延伸阅读

1. https://docs.docker.com/engine/docker-overview/

2. https://www.docker.com/products/container-runtime

3. https://docs.docker.com/machine/

4. https://docs.docker.com/engine/swarm/key-concepts/

5. https://docs.docker.com/engine/swarm/how-swarm-mode-works/services/

6. https://docs.docker.com/engine/swarm/stack-deploy/