在现代容器化应用中，容器编排（Container Orchestration）是至关重要的，它负责自动化容器的部署、扩展、负载均衡和管理。Docker Swarm 是 Docker 提供的原生集群管理和容器编排工具，允许用户通过 Docker CLI 在多个 Docker 主机上创建和管理集群。
本文将深入探讨 Docker Swarm 的内置集群编排功能，包括集群的设置、服务部署、负载均衡、自动扩展、滚动更新等。
1. 什么是 Docker Swarm？
Docker Swarm 是 Docker 的集群管理工具，它将多个 Docker 主机（物理机或虚拟机）组成一个虚拟的 Docker 主机群体，从而实现容器的分布式管理和编排。Swarm 集群提供了以下主要功能：
- 集群管理：将多个 Docker 节点组织成一个统一的集群进行管理。
- 服务编排：定义服务，自动化容器的部署、扩展和管理。
- 负载均衡：Swarm 自动在不同的节点之间平衡服务请求。
- 高可用性：容器故障时，Swarm 会自动在其他节点上重新调度服务实例。
通过 Docker Swarm，你可以在本地环境或者云环境中管理和扩展 Docker 容器应用。
2. Docker Swarm 的集群架构
Docker Swarm 集群由两种类型的节点组成：
管理节点（Manager Node）：
- 管理和调度 Swarm 集群中的任务。
- 负责服务部署、容器调度、集群状态监控等工作。
- 一个 Swarm 集群可以有多个管理节点，以确保高可用性。
工作节点（Worker Node）：
- 执行实际的容器任务。
- 通过管理节点接收任务并运行容器。
- 工作节点从管理节点获取任务并进行调度，最终执行容器实例。
管理节点通过 Raft 共识算法保持集群状态的一致性。
2.1 集群的高可用性
Docker Swarm 支持 高可用性（HA） 配置。你可以有多个管理节点，它们通过 Raft 协议 保持数据一致性。一个管理节点故障时，其他节点会接管管理任务，保证服务的连续性。
3. 启动和配置 Docker Swarm 集群
3.1 初始化 Swarm 集群
要在 Docker 中启用 Swarm 模式，可以使用以下命令初始化 Swarm 集群：
docker swarm init --advertise-addr <MANAGER-IP>
--advertise-addr：指定集群管理节点的 IP 地址，这个地址将用于其他节点加入集群。- 运行此命令后，你将看到一个 token，其他工作节点可以使用该 token 加入 Swarm 集群。
3.2 加入 Swarm 集群
工作节点加入 Swarm 集群的命令如下：
docker swarm join --token <SWARM-TOKEN> <MANAGER-IP>:2377
<SWARM-TOKEN>：在管理节点上运行docker swarm init时生成的 token。<MANAGER-IP>：Swarm 集群管理节点的 IP 地址。
3.3 查看集群状态
你可以使用以下命令查看当前 Swarm 集群的状态：
docker node ls
这将列出 Swarm 集群中的所有节点（管理节点和工作节点）及其状态。
4. 服务编排与部署
4.1 定义 Swarm 服务
在 Swarm 中，应用是通过 服务（Service）来定义和管理的。一个服务可以包含一个或多个副本，Swarm 会在集群中调度这些副本，保证应用的高可用性。
创建服务
你可以使用 docker service create 命令创建服务，并指定 Docker 镜像、端口映射、副本数等信息。
docker service create --name my-service --replicas 3 -p 8080:80 nginx
--name：指定服务的名称。--replicas：指定服务的副本数，这里创建 3 个副本。-p：映射宿主机端口到容器端口，访问宿主机的 8080 端口将被转发到容器的 80 端口。
查看服务状态
使用以下命令查看服务的状态：
docker service ls
查看服务任务
使用以下命令查看服务的任务和容器状态：
docker service ps my-service
5. Docker Swarm 的负载均衡
5.1 内建的负载均衡
Docker Swarm 提供了 自动负载均衡 功能。Swarm 会根据服务的副本数量，在集群中自动分配请求，确保流量在所有副本之间均匀分配。你只需定义服务和端口，Swarm 会处理流量分配和负载均衡。
服务更新时的负载均衡
当你更新服务时，Swarm 会逐步替换服务的容器，并将流量引导到健康的副本，避免在更新过程中中断服务。
5.2 服务发现
Swarm 中的服务可以通过 DNS 名称进行自动发现。例如，在同一个 Swarm 集群中的容器可以通过服务名称访问彼此，无需知道容器的 IP 地址。
例如，如果有一个名为 my-service 的服务，其他容器可以通过 my-service 访问该服务。
6. Swarm 的滚动更新与回滚
6.1 滚动更新
Docker Swarm 提供了 滚动更新（Rolling Updates）机制，允许你无缝地更新服务，而不会造成应用停机。你可以指定更新的策略（如每次更新多少个副本、更新的时间间隔等），确保在更新过程中应用的高可用性。
滚动更新命令
docker service update --image nginx:latest my-service
这将更新 my-service 服务的镜像到 nginx:latest，并进行滚动更新。
更新策略
你可以配置 Swarm 服务的更新策略，设置并行更新的副本数、更新间隔等。例如，限制每次更新不超过 1 个副本：
docker service update --update-parallelism 1 my-service
6.2 回滚操作
如果更新导致问题，Swarm 支持 回滚 到之前的版本。你可以使用以下命令回滚服务：
docker service rollback my-service
这将把 my-service 服务恢复到上一个版本。
7. Docker Swarm 的高可用性和自愈能力
7.1 高可用性
Docker Swarm 通过 副本管理 和 故障自动恢复 来保证高可用性。如果某个容器副本不可用或崩溃，Swarm 会自动在其他健康节点上调度新的副本。
例如，如果 my-service 的某个副本崩溃，Swarm 会自动在集群中重新调度该副本，保持副本数量为预定的数量。
7.2 自愈能力
Swarm 通过 健康检查 来确保服务的稳定性。如果某个容器出现故障，Swarm 会自动重新调度容器以保持服务的可用性。
启用健康检查
你可以通过 docker run 配置健康检查，Swarm 会基于该检查决定是否需要重新调度容器。
docker service create --name my-service --health-cmd="curl -f http://localhost/health || exit 1" --replicas 3 nginx
8. 总结
Docker Swarm 是 Docker 提供的强大集群编排工具，它简化了容器的部署、管理和扩展，提供了以下关键功能：
- 集群管理：将多个 Docker 主机组织成一个虚拟的集群，便于集中管理和调度容器。
- 服务编排：定义和管理服务，自动调度容器副本，确保高可用性。
- 负载均衡：自动平衡流量，确保服务的稳定运行。
- 滚动更新与回滚：提供无缝的服务更新和版本回滚机制。
- 高可用性与自愈能力：自动恢复崩溃的容器，保证服务的持续可用性。
通过 Docker Swarm，开发者可以轻松管理多个容器应用，确保它们的高可用性、可扩展性和自动恢复能力。对于中小型项目和团队，Docker Swarm 提供了一种高效的容器编排解决方案。 🚀