Docker学习总结（45）——Docker在沪江落地的实践
Docker与微服务
微服务与Docker都是着简单轻量的代言，以至于人们说起Docker便会联想起微服务。但其实两者没有本质的关系，Docker可以不依赖于任何语言、框架或系统，而微服务负责拆分业务，解耦复杂应用。由于Docker相比VM更加轻量，更加灵活，正好符合了微服务的一些原则，所以大家经常使用Docker来部署微服务。
沪江在使用Docker前，首先对业务进行了拆分，把传统服务拆分成微服务后再实践Docker部署。今天我以沪江的课件云为例，先讲解一下服务的拆分遇到的问题。
微服务的颗粒度一直是众多架构师探讨的问题之一，在众多的讨论中，我比较欣赏微服务教父Sam的一个定义：微服务是一个能够在两个星期内重构完成的小程序。所以在拆分课件云业务之初，就以两星期原则为拆分依据，分为下图这样的结构：
在图中，最底层由分布式存储与容器云组成，容器云使用Docker+Mesos+Marathon的组合，相信大家对这套组合不会陌生，之后会继续介绍为什么使用这套组合以及使用中遇到的问题。中间层便是拆分出的业务微服务，目前这个项目线上已有8个微服务。最上层是两个客户端软件。
编排工具的选择
如果只把Docker作为一个部署工具实在是太浪费了，Docker的优势完全没有发挥出来，通过Docker来编排微服务才是使用Docker的正确姿势，这里不得不说一说Mesos和Kubernetes的一些故事。
如今的docker编排呈现了三大阵营，Mesos+Marathon，Kubernetes和Docker Swarm。Swarm还处于发展阶段但势头很猛，Kubernetes和Mesos都源于google的brob项目但侧重点不同：Kubernetes侧重于企业级集成，你能想到的方案，他都能通过自身组件集成，而Mesos专注于资源调度和管理。
在这里我们主要介绍Kubernetes和Mesos之争，由于两大阵营的激烈争夺，大的互联网企业自然选择了Kubernetes这样潜力十足又非常周到的企业级产品，虽然K8s目前网络，存储的解决方案还不完善，但互联网巨头不怕，他们有的是技术团队去修改源码，去贡献社区。这使我们这些中小型互联网企业面对了选择的难题。
我们最好的方式就是对两者都进行尝试。通过寻找各个框架配合的方案，找到最符合我们需求的方案。经历了99 81难后，我们给出了下图的比较：
Mesos由于历史悠久，性能不差，组合方便成为了我们最终的选择。
网络解决方案
Docker网络是我们遇到的最头疼也是最迫切的问题之一。站在巨人的肩膀上，业内成熟的解决方案有Calico，flannel，docker vxlan，weave，Macvlan等。Calico对物理网络侵入交多，weave性能过差暂时不考虑，所以矛盾集中在flannel和docker network的选择上。网上也有张著名的性能比较图。
我们针对Flannel和Docker Network也进行了性能的比较后发现，在大并发的情况下，Flannel网络CPU占用过高，这是因为Flannel基于大三层对tcp请求进行了封包与拆包导致，Docker network虽然也需要封包拆包，但其过程发生在内核中，性能要优于Flannel。具体网络拓扑见下图：
Docker Network方案是由Docker公司开发的，对Docker本身有足够的支持。在网络隔离性上也有一定的控制，比如可以控制两个Overlay网络之间互访。在效率上由于使用了内核级分包拆包，速度和资源消耗要远小于Flannel。
Docker Network的使用过程中，我们也遇到了许多的坑，例如内核的版本或Docker版本过低导致网络不稳定等，建议使用这种网络方案的同学把linux内核升到4.4，Docker版本升到1.11以上。对于将来，我们计划研究一下Calico网络，毕竟有人称Calico是产线上最好的网络解决方案。
存储解决方案
业务对于存储的需求，大致有两点：日志和共享存储。这两点恰恰反应了Docker本地存储和网络存储的解决方案。在存储上Docker和Kubernetes有一定的分歧，Docker公司比较推行Volume-driver的理念，即所有的存储都是驱动，本地存储和网络存储只是对应的驱动不同而已。
而Google的Kubernetes则认为存储本身应该和Docker甚至容器是隔离的，即任何存储都是卷（volume）。不管是本地存储还是网络存储，应该都是事先建立好的，在容器看来都只是一个卷，通过统一的驱动挂在即可。
我们属于墙头草派。结合两者的特点，首先创建两种存储卷，再通过Docker的卷驱动进行挂载。其结构如下图所示：
监控解决方案
如果一个线上应用没有监控手段来保证运行的正常，结果是十分可怕的。曾经一位对容器化感兴趣但非常犹豫的伙伴对我说，我非常希望采用Docker的方案来改变我们的臃肿并且部署麻烦的应用，这看着十分方便和高效。但真上线我不敢啊，当遇到紧急情况，如何看到应用的状态？当遇到系统崩溃，docker容器已经消失，如何能回溯问题？这两个问题也引起了我们的思考，归纳起来是两点问题：监控与还原现场。
目前Docker的监控方案有很多，例如Google的cAdvisor，Datado，SoundCloud的Prometheus等，我们选择了使用Mesos自带的Metric做为我们监控的元数据。其原理是：任何使用Mesos Framework启动的任务，都能通过Mesos的Matrics API获取到。通过这一特性，Docker的CPU、内存、磁盘利用率就能监控了。
至于还原现场，很多公司都各显神通。我们对此需求不是特别强烈，所以没有研究。
扩容解决方案
对微服务进行扩容是相当麻烦的事。微服务本身部署数目众多，扩容也不会只扩容几个Instance，如果是人工运维的话，需要对上层的LB逐一的修改配置。这肯定不符合工程师们“懒才是推动技术发展动力”的观念，如何对微服务进行自动扩容成为了我们新目标。
在沪江，我们的解决方案是使用Mesos Consul、Consul、Consul Template等一些列配套工具。当扩容的容器通过Mesos启动后，Mesos Consul（Cisco开源）会自动读取分配的IP和port注册到Consul（一个专业服务注册软件）中。我们再用Consul Template（一个官方定时读取Consul内注册服务的组件）对Nginx进行改造，每次得到更新的微服务信息后更新Nginx配置。通过这样一套辅助软件，我们便可以实现自动化的扩容了。
当应用服务的压力达到一定的阈值后，自动扩容程序便会通过Mesos Metrics检测到，同时通知Marathon根据既定的策略进行扩容。
当应用服务的压力减小后，扩容程序也能进行自动缩容，只是会根据策略选择缩容方式，比如设定当应用服务压力减少到20%后，凌晨2点开始减小容器个数。
总结
通过上述方案，Docker终于在沪江落地了，那它的结果如何呢？下图是我们对使用前后做的对比图：
可以看出，使用Docker相比传统应用，可以部署更多的应用，QPS增加，资源降低，效果十分明显。
Docker与微服务虽然时常博得大众的眼球，但实际操作落地却并不容易。沪江并没有走大厂Kubernetes的技术路线，而是采用更稳定、更灵活的Mesos+Marathon编排也是结合了企业自身的技术能力和业务场景。
我们虽然根据自身需求，暂时解决了Docker容器编排、网络、存储、监控、扩容等相关问题，但这并不是终点，我们将持续对Docker容器应用进行研究。这就是我今天所有的分享，感谢大家倾听。
Q&A
Q：Ceph 集群在使用过程中有遇到过什么坑吗，能否分享一下？
A：Ceph集群在产线环境上使用的确有很多问题要注意，但这和本次分享没有什么关系，下次我可以分享一些Ceph集群我们遇到的问题及解决方案。
Q：日志如何进行搜集，出现业务故障时如何快速定位问题或者线上debug？
A：日志是通过卷挂载Host的方式放在了统一的文件夹下，由Logstash收集后上报ES后通过Kibana展现出来。如果出现故障，运维系统会出现报警，我们根据ELK stack看到问题所在。
Q：基础架构层的分布式存储是否使用的Ceph，存储集群的规模是多大？
A：的确，我们使用的是Ceph作为分布式存储。主要使用的是它的file system与Object storage。规模上，OSD有20台，存储容量在900T。
Q：存储方案为什么需要实现多种volume方案？
A：由于业务的需要，Docker不但要把日志输出到HOST的磁盘上给ELK使用，还要挂载Ceph文件存储，两者对应的驱动是不一样的，HOST磁盘使用的是Direct-lvm，而Ceph分布式文件存储使用的是ceph-fuse。
Q：Docker怎么跟现有的业务之间相互访问，网络层IP怎么解决的？
A：正如刚才我分享的，我们使用Docker Network作为我们网络的解决方案。在Docker Network中，我们创建了一个Overlay网络，容器之间有内部网络，路由表存储在zk中，容器中有两个虚拟网卡，一个对在Overlay中同网段的容器，一个对HOST。Overlay的IP范围是可以设置，建议不要设置太大，容易引起网络风暴。
Q：使用Docker Network跨主机的容器IP是否能互通？
A：能，而且必须能，否则这种方案是无法使用的。补充一点，Docker Network还能通过访问控制，来隔离各个Overlay网络的互访。
Q：网络存储是怎么和Ceph结合的呢，利用Ceph的rbd挂载到主机上吗？
A：很多公司都是这么做的。不过我们没有这么干，因为rbd是块存储设备，相当于在Docker中挂载了一块裸盘，没有文件系统无法使用。我们还是使用ceph-fuse并使用驱动的形式挂载载Docker内。
Q：转码是CPU和内存密集型操作，请问当初是基于怎样的考虑上Docker的？
A：这个问题其实挺有意思，有人大概还不了解转码，其实就是音视频的码率、编码格式转换的处理。例如把一个mp4视屏，转换成HLS切片格式。这的确是消耗CPU和内存的操作。但是，我们有Mesos这个强大的资源管家。如果一个视频过长过大，一台服务器转码速度太慢，可以切成小份让多台服务器一起工作，再合并起来。Docker的优势就体现了，我们把转码称为worker，当每个work接收到任务后，让Mesos调度资源，工作完成后立刻回收资源。这样既不浪费服务器也更能体现微服务，有兴趣的同学可以阅读我的另一片文章：Juice任务调度系统。
Q：能做到根据压力自动扩容么？
A：可以的。我们开源一个自动扩容程序，它的主要思想是：定时检查Mesos的Metrics中CPU和内存的占用，如果达到一个阈值，便给Marathon发一个扩容请求，Marathon接收到请求后便可按一定的比例扩充服务。如图所示：
Q：请教一下关于容器的资源分配和程序切分问题，我有很多服务容器，放的是Java Web Serive，每次启动就占了128m内存，4G内存的主机也就放20个服务，io wait达到 10%，希望能给一些建议，谢谢。
A：这个问题我们曾经也遇到过。不光io wait高，连Swap区占用都很厉害。后来研究发现了，其实这是Docker CGroup内存隔离的锅。当我们的Docker容器分配过少的内存后，应用程序的内存不够用，Docker会认为物理内存已经占完，会使用交换区，也就是硬盘中的Buffer作为内存，这样就会导致频繁的io交互。在高并发的状态下，io wait就高了。解决方式是，扩大Docker的内存设置。
Q：传统的Java Web型应用如何放到容器里，一个镜像都要600m左右？
A：如果使用官方的Java基础镜像，它的操作系统选用的是Debian，自然很大。我们使用的java-jre:alpine镜像，Alpine是最小的Linux集合，只有 5m，加上使用jre，基础镜像只有140多m。Java框架使用Spring Boot，再加上微服务的拆分，一个典型的Web应用也就200m左右。
Q：Mesos集群本身怎么鉴控？是否可以自动化排除集群故障，如网络异常导致的数据不一致？
A：Mesos集群由Mesos的master监控着，我们也是用Zabbix等对上面的Mesos服务做着监控。但Mesos中任何Slave有问题，对线上业务不会受到影响，这得益于Marathon这个应用程序的保姆，会自动在可用集群内迁移应用程序。至于网络异常导致数据不一致的问题，我们还真没遇到过，我们大部分的服务是无状态的服务，对有状态的服务一般采用主、从、选主三服务的经典HA方案。
(转载自:http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA5OTAyNzQ2OA==&mid=2649693589&idx=1&sn=ba11b85688dc12b247f3b33968caa1ea&chksm=889322f6bfe4abe0784247f3225ba82548e2003dc2cd012f99e5485700b9221682b996880d6e&mpshare=1&scene=23&srcid=03213hyfLPu8NzWD2uBsB5pL#rd)
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