浅析Docker Swarm集群管理：基本笔记、简介、集群演讲历史、常用命令、swarm工作模式、swarm的关键概念及调度策略、Cluster集群模式特性

一、基础学习笔记

1、工作模式是怎样的。

2、有2种节点类型：管理节点、工作节点。其操作都在manager节点上

3、Raft一致性算法是什么

4、初始化节点：docker swarm init

　　加入一个节点：docker swarm join

　　获取令牌：docker swarm join-token manager(管理节点)、docker swarm join-token worker(工作节点)

　　查看节点：docker node ls

5、操作过程：（1）生成主节点 init；（2）加入（管理者、worker）。目标：双主双从。

6、Raft协议

　　双主双从：假设一个节点挂了，其他节点是否可用。

　　Raft协议：保证大多数节点存活才可用，3台节点保证只要>1，集群至少大于3台

　　实验：

　　（1）将docker1机器停止，宕机，双主，另外一个主节点也不可用

　　（2）可以让其他节点离开，离开之后变成down状态

　　（3）worker节点就是工作的，管理节点是操作的，管理节点的命令只能在管理节点使用。3台机器设置为管理节点：一台宕机，其他2台还可用；2台宕机，则都不可用了。

　　所以为了保证集群可用！需要保证3个主节点，且>1台管理节点存活。

　　Raft协议：保证大多数节点存活，才可以使用  ——  高可用。

7、弹性、集群、负载、扩缩容

　　集群：swarm 

　　docker service

　　容器 - 服务 - 副本的概念

　　redis服务 - 10个副本（同时开启10个redis容器）

8、动态扩缩容：创建服务、动态扩展服务、动态更新服务

　　灰度发布：金丝雀发布！ —— 升级不影响使用

　　docker run 容器启动！不具有扩缩容器

　　docker service 服务！具有扩缩容器，滚动更新

　　查看服务：docker service ps    其 REPLICAS 属性代表副本

　　动态扩充3个节点：docker service update --replicas 3 my-nginx，或者：docker service scale my-nginx=5

　　只要是一个服务，那么集群中任意的节点都可以访问，服务可以有多个副本，动态扩缩容器，实现高可用。

9、概念总结

　　swarm：集群的管理和编号，docker可以初始化一个 swarm 集群，其他节点可以加入（管理者、工作者）

　　Node：就是一个docker节点、多个节点就组成了一个网络集群（管理者、工作者）

　　Service：服务，可以再管理节点和工作节点来运行。核心，用户访问

　　Task：容器内的命令，细节任务

10、工作原理流程  ——  5步：命令 -> 管理节点 -> api -> 调度 -> 工作节点（创建Task容器，维护创建）

二、Swarm 简介

　　Docker Swarm 是 Docker 的集群管理工具。它将 Docker 主机池转变为单个虚拟 Docker 主机。 Docker Swarm 提供了标准的 Docker API，所有任何已经与 Docker 守护程序通信的工具都可以使用 Swarm 轻松地扩展到多个主机。

　　Swarm几乎全部用GO语言来完成的开发的，代码开源在https://github.com/docker/swarm， 它是将一群Docker宿主机变成一个单一的虚拟主机，Swarm使用标准的Docker API接口作为其前端的访问入口，换言之，各种形式的Docker Client(compose,docker-py等)均可以直接与Swarm通信，甚至Docker本身都可以很容易的与Swarm集成，这大大方便了用户将原本基于单节点的系统移植到Swarm上，同时Swarm内置了对Docker网络插件的支持，用户也很容易的部署跨主机的容器集群服务。

　　Docker Swarm 和 Docker Compose 一样，都是 Docker 官方容器编排项目，但不同的是，Docker Compose 是一个在单个服务器或主机上创建多个容器的工具，而 Docker Swarm 则可以在多个服务器或主机上创建容器集群服务，对于微服务的部署，显然 Docker Swarm 会更加适合。

　　从 Docker 1.12.0 版本开始，Docker Swarm 已经包含在 Docker 引擎中（docker swarm），并且已经内置了服务发现工具。

　　Swarm deamon只是一个调度器(Scheduler)加路由器(router)，Swarm自己不运行容器，它只是接受Docker客户端发来的请求，调度适合的节点来运行容器，这就意味着，即使Swarm由于某些原因挂掉了，集群中的节点也会照常运行，当Swarm重新恢复运行之后，他会收集重建集群信息。

三、Swarm演讲历史

　　以下来源于文章：从Docker到Docker-Swarm集群再到Java SpringBoot —— https://www.modb.pro/db/43996

1、演进梳理

（1）docker run：只能启动一台服务器上一个contanner

　　docker pull：只能使用提交到dockerhub上的镜像

　　Dockerfile：定制特定的镜像

（2）docker-stack  /  docker-compose：同时启动一台服务器上多个service（一个compose里可以配置多个service，每个service可以有一个contanner的多个replicas）

（3）docker-swarm：同时启动多台服务器上多个service

2、关系梳理

　　Swarm：一个Swarm是一个集群，下面有多个node节点

　　node：node分为manager和worker节点（一个node一个服务器）

　　Stack：管理多个Service

　　Service：每个服务有多个contanner

　　Contanner：每个contanner对应多个replicas

　　Replicas：每个replicas对应一个task(任务)被合理分配到不同的node上

四、常用命令

//  1、搭建集群生成manager
docker swarm init // 搭建集群并指定当前服务器为集群manager节点
docker swarm init --advertise-addr  192.168.1.10 // 搭建集群并指定ip为集群manager节点

//  2、生成worker节点
docker swarm join-token worker // 生成token,复制token,去worker服务区执行

//  3、集群操作
    //  3.1、node操作
    docker node ls //查看节点信息（master上）
    docker node ps //查看节点上的Task任务

     //退出节点
    docker node update --availability drain ID // 放空指定节点（master上）
    docker node update --availability active <NODE-ID> // 恢复放空（master上）
    docker swarm leave // 节点退出（worker上）
    docker node rm ID //删除节点（master上）
      
     //节点变更
    docker node promote node2 // 将worker提升为manger
    docker node demote node1 // 将manger降级为worker
      
     // 节点分配
    docker node update —availability drain node1 //node1不分配节点
    docker node update —availability active node1 //恢复node1分配

    //  3.2、Stack操作
    // 部署
    docker stack deploy --compose-file docker-compose.yaml stack_name //启动stack
    docker stack down service_name //关闭stack

    docker stack ls // 查看stack下service列表
    docker stack services service_name  //查看指定service的所有容器
    docker stack ps service_name // 查看指定service的所有容器运行状态详情

     //  3.3、Service操作
     // 查看service
    docker service ls  //查看该服务下所有容器
    docker service ps 容器名 // 查看指定容器运行状态详情
    docker service logs 容器名 // 查看指定容器的运行日志

    //  3.4、Replicas操作
    // 控制容器副本数（重启stack后会失效）
    docker service scale 容器名=副本数量  // 增加/缩减副本数量
        
    // 在compose文件中设定（重启不会失效）
    deploy:
          mode: replicated
          replicas: 2

五、Swarm工作原理

　　下面来自官网文档：如下图所示，swarm 集群由管理节点（manager）和工作节点（work node）构成。

• swarm mananger：负责整个集群的管理工作包括集群配置、服务管理等所有跟集群有关的工作。
• work node：即图中的 available node，主要负责运行相应的服务来执行任务（task）。

1、Node节点

2、Service 服务

3、任务与调度

4、服务副本与全局服务

六、Swarm的几个关键概念

1、Swarm

　　集群的管理和编排是使用嵌入docker引擎的SwarmKit，可以在docker初始化时启动swarm模式或者加入已存在的swarm

2、Node

　　一个节点就是docker引擎集群的一个实例。您还可以将其视为Docker节点。您可以在单个物理计算机或云服务器上运行一个或多个节点，但生产群集部署通常包括分布在多个物理和云计算机上的Docker节点。

　　要将应用程序部署到swarm，请将服务定义提交给管理器节点。管理器节点将称为任务的工作单元分派给工作节点。

　　Manager节点还执行维护集群状态所需的编排和集群管理功能。Manager节点选择单个领导者来执行编排任务。

　　工作节点接收并执行从管理器节点分派的任务。默认情况下，管理器节点还将服务作为工作节点运行，但您可以将它们配置为仅运行管理器任务并且是仅管理器节点。代理程序在每个工作程序节点上运行，并报告分配给它的任务。工作节点向管理器节点通知其分配的任务的当前状态，以便管理器可以维持每个工作者的期望状态

3、Service

　　一个服务是任务的定义，在管理机或工作节点上执行。它是群体系统的中心结构，是用户与群体交互的主要根源。创建服务时，你需要指定要使用的容器镜像。

4、Task

七、Swarm的调度策略

　　Swarm在调度(scheduler)节点（leader节点）运行容器的时候，会根据指定的策略来计算最适合运行容器的节点，目前支持的策略有：spread, binpack, random

1、Random

　　顾名思义，就是随机选择一个Node来运行容器，一般用作调试用，spread和binpack策略会根据各个节点的可用的CPU, RAM以及正在运行的容器的数量来计算应该运行容器的节点。

2、Spread

　　在同等条件下，Spread策略会选择运行容器最少的那台节点来运行新的容器，binpack策略会选择运行容器最集中的那台机器来运行新的节点。

　　使用Spread策略会使得容器会均衡的分布在集群中的各个节点上运行，一旦一个节点挂掉了只会损失少部分的容器。

3、Binpack

　　Binpack策略最大化的避免容器碎片化，就是说binpack策略尽可能的把还未使用的节点留给需要更大空间的容器运行，尽可能的把容器运行在一个节点上面。

八、Swarm Cluster模式特性

1、批量创建服务：建立容器之前先创建一个overlay的网络，用来保证在不同主机上的容器网络互通的网络模式

2、强大的集群的容错性：当容器副本中的其中某一个或某几个节点宕机后，cluster会根据自己的服务注册发现机制，以及之前设定的值--replicasn，在集群中剩余的空闲节点上，重新拉起容器副本。整个副本迁移的过程无需人工干预，迁移后原本的集群的loadbalance依旧好使！不难看出，docker service其实不仅仅是批量启动服务这么简单，而是在集群中定义了一种状态。Cluster会持续检测服务的健康状态并维护集群的高可用性。

3、服务节点的可扩展性：Swarm Cluster不光只是提供了优秀的高可用性，同时也提供了节点弹性扩展或缩减的功能。当容器组想动态扩展时，只需通过scale参数即可复制出新的副本出来。仔细观察的话，可以发现所有扩展出来的容器副本都run在原先的节点下面，如果有需求想在每台节点上都run一个相同的副本，方法其实很简单，只需要在命令中将"--replicas n"更换成"--mode=global"即可！

（1）复制服务（--replicas n）：将一系列复制任务分发至各节点当中，具体取决于您所需要的设置状态，例如“--replicas 3”。

（3）全局服务（--mode=global）：适用于集群内全部可用节点上的服务任务，例如“--mode global”。如果大家在 Swarm 集群中设有 7 台 Docker 节点，则全部节点之上都将存在对应容器。

4、调度机制：所谓的调度其主要功能是cluster的server端去选择在哪个服务器节点上创建并启动一个容器实例的动作。它是由一个装箱算法和过滤器组合而成。每次通过过滤器（constraint）启动容器的时候，swarm cluster 都会调用调度机制筛选出匹配约束条件的服务器，并在这上面运行容器。

5、Swarm cluster的创建过程包含以下三个步骤：

（1）发现Docker集群中的各个节点，收集节点状态、角色信息，并监视节点状态的变化

（2）初始化内部调度（scheduler）模块

（3）创建并启动API监听服务模块

　　一旦创建好这个cluster，就可以用命令docker service批量对集群内的容器进行操作，非常方便！

　　在启动容器后，docker 会根据当前每个swarm节点的负载判断，在负载最优的节点运行这个task任务，用"docker service ls" 和"docker service ps + taskID"可以看到任务运行在哪个节点上。容器启动后，有时需要等待一段时间才能完成容器创建。

6、Docker Swarm基本结构图

　　在结构图可以看出 Docker Client 使用 Swarm 对 集群(Cluster)进行调度使用。上图可以看出，Swarm是典型的master-slave结构，通过发现服务来选举manager。manager是中心管理节点，各个node上运行agent接受manager的统一管理，集群会自动通过Raft协议分布式选举出manager节点，无需额外的发现服务支持，避免了单点的瓶颈问题，同时也内置了DNS的负载均衡和对外部负载均衡机制的集成支持。