Docker管理工具-Swarm

一、Swarm介绍

　　Swarm是Docker公司在2014年12月初发布的一套较为简单的工具，用来管理Docker集群，它将一群Docker宿主机变成一个单一的，虚拟的主机。Swarm使用标准的Docker API接口作为其前端访问入口，换言之，各种形式的Docker Client(docker client in Go, docker_py, docker等)均可以直接与Swarm通信。Swarm几乎全部用Go语言来完成开发，Swarm0.2版本增加了一个新的策略来调度集群中的容器，使得在可用的节点上传播它们，以及支持更多的Docker命令以及集群驱动。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客户端发送过来的请求，调度适合的节点来运行容器，这意味着，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，它会收集重建集群信息。

　　Docker的Swarm(集群)模式，集成很多工具和特性，比如：跨主机上快速部署服务，服务的快速扩展，集群的管理整合到docker引擎，这意味着可以不可以不使用第三方管理工具。分散设计，声明式的服务模型，可扩展，状态协调处理，多主机网络，分布式的服务发现，负载均衡，滚动更新，安全（通信的加密）等等。

二、Swarm架构

　　Swarm作为一个管理Docker集群的工具，首先需要将其部署起来，可以单独将Swarm部署于一个节点。另外，自然需要一个Docker集群，集群上每一个节点均安装有Docker。具体的Swarm架构图可以参照下图：

　　Swarm架构中最主要的处理部分自然是Swarm节点，Swarm管理的对象自然是Docker Cluster，Docker Cluster由多个Docker Node组成，而负责给Swarm发送请求的是Docker Client。

三、Swarm关键概念　　

　　1）Swarm 集群的管理和编排是使用嵌入到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(node)是已加入到swarm的Docker引擎的实例当部署应用到集群，你将会提交服务定义到管理节点，接着Manager 管理节点调度任务到worker节点，manager节点还执行维护集群的状态的编排和群集管理功能，worker节点接收并执行来自 manager节点的任务。通常，manager节点也可以是worker节点，worker节点会报告当前状态给manager节点

　　3）服务（Service）服务是要在worker节点上要执行任务的定义，它在工作者节点上执行，当你创建服务的时，你需要指定容器镜像

　　4）任务（Task）任务是在docekr容器中执行的命令，Manager节点根据指定数量的任务副本分配任务给worker节点

docker swarm：集群管理，子命令有init, join, leave, update。（docker swarm --help查看帮助）

docker service：服务创建，子命令有create, inspect, update, remove, tasks。（docker service--help查看帮助）

docker node：节点管理，子命令有accept, promote, demote, inspect, update, tasks, ls, rm。（docker node --help查看帮助）

node是加入到swarm集群中的一个docker引擎实体，可以在一台物理机上运行多个node，node分为：

manager nodes，也就是管理节点

worker nodes，也就是工作节点

1）manager node管理节点：执行集群的管理功能，维护集群的状态，选举一个leader节点去执行调度任务。

2）worker node工作节点：接收和执行任务。参与容器集群负载调度，仅用于承载task。

3）service服务：一个服务是工作节点上执行任务的定义。创建一个服务，指定了容器所使用的镜像和容器运行的命令。

   service是运行在worker nodes上的task的描述，service的描述包括使用哪个docker 镜像，以及在使用该镜像的容器中执行什么命令。

4）task任务：一个任务包含了一个容器及其运行的命令。task是service的执行实体，task启动docker容器并在容器中执行任务。

四、主要功能　

集群管理与Docker Engine集成:使用Docker Engine CLI来创建一个你能部署应用服务到Docker Engine的swarm。你不需要其他编排软件来创建或管理swarm。
分散式设计：Docker Engine不是在部署时处理节点角色之间的差异，而是在运行时扮演自己角色。你可以使用Docker Engine部署两种类型的节点，管理器和worker。这意味着你可以从单个磁盘映像构建整个swarm。
声明性服务模型： Docker Engine使用声明性方法来定义应用程序堆栈中各种服务的所需状态。例如，你可以描述由消息队列服务和数据库后端的Web前端服务组成的应用程序。
伸缩性：对于每个服务，你可以声明要运行的任务数。当你向上或向下缩放时，swarm管理器通过添加或删除任务来自动适应，以保持所需状态。
期望的状态协调：swarm管理器节点持续监控群集状态，并调整你描述的期望状态与实际状态之间的任何差异。例如，如果设置运行一个10个副本容器的服务，这时worker机器托管其中的两个副本崩溃，管理器则将创建两个新副本以替换已崩溃的副本。 swarm管理器将新副本分配给正在运行和可用的worker。
多主机网络：你可以为服务指定覆盖网络(overlay network)。当swarm管理器初始化或更新应用程序时，它会自动为容器在覆盖网络(overlay network)上分配地址。
服务发现：Swarm管理器节点为swarm中的每个服务分配唯一的DNS名称，并负载平衡运行中的容器。你可以通过嵌入在swarm中的DNS服务器查询在swarm中运行中的每个容器。
负载平衡：你可以将服务的端口暴露给外部的负载均衡器。在内部，swarm允许你指定如何在节点之间分发服务容器。
安全通信：swarm中的每个节点强制执行TLS相互验证和加密，以保护其自身与所有其他节点之间的通信。你可以选择使用自签名根证书或来自自定义根CA的证书。
滚动更新：在上线新功能期间，你可以增量地应用服务更新到节点。 swarm管理器允许你控制将服务部署到不同节点集之间的延迟。如果出现任何问题，你可以将任务回滚到服务的先前版本。

五、Swarm工作方式

　　1）Node

　　2）Service（服务、任务、容器）

　　3）任务和调度

　　4）服务副本与全局服务

六、Swarm调度策略

　　Swarm在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。

七、Swarm Cluster模式的特性　　

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--replicas n，

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load balance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！

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”。

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。