Docker Swarm 集群

本文檔介紹了 Docker Swarm 集群的基本概念、工作原理以及相關命令使用示例，包括如何在服務調度中使用自定義標簽。本文檔適用于需要管理和擴展 Docker 容器化應用程序的生產環境場景。

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1. 什么是 Docker Swarm

Docker Swarm 是用于管理 Docker 集群的原生工具，從 Docker 1.12.0 版本開始，Swarm 已經內置于 Docker 引擎中。Swarm 可以將多臺 Docker 主機組織成一個統一的虛擬主機，使用戶能夠輕松部署、管理和擴展容器化應用程序。

官方文檔：Docker Swarm Overview

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2. 與 Docker Compose 的區別

• Docker Compose：適用于單節點環境，通過定義 docker-compose.yml 文件快速搭建和調試容器化應用。
• Docker Swarm：專為生產環境設計，支持多節點集群管理和容器編排，還能實現零宕機滾動更新、彈性伸縮等高級功能。

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3. Docker Swarm 的工作原理

3.1 基本概念

• 節點 (Node)
  集群中的每個 Docker 主機都被稱為一個節點。節點分為兩種角色：

  • Manager 節點：負責集群的管理與控制，集群中可以有多個 Manager，但只有一個 Manager 被選舉為 Leader。
  • Worker 節點：用于運行任務，由 Manager 分配任務后執行相應的容器操作。

• 多重身份
  一個節點可以同時扮演 Manager 和 Worker 的角色。

• Raft 協議
  使用 Raft 協議選舉 Manager Leader 并同步狀態信息，要求至少兩個 Manager 參與選舉。

3.2 工作流程

1. 集群初始化
   使用 docker swarm init 命令初始化集群，執行節點自動成為 Manager（通常也是 Leader）。

2. 節點加入
   其他 Docker 主機通過 Manager 節點分配的 token 加入集群，并被授予 Manager 或 Worker 角色。

3. 服務定義
   通過定義服務來描述容器應用程序，并由 Manager 將任務分配到合適的節點。任務是 Swarm 中最小的調度單位，而一個服務是多個任務的集合。

4. 調度策略
   Manager 節點按照調度策略（spread、binpack、random）選擇合適的節點部署服務實例。

5. 容器編排
   Manager 負責執行創建、啟動、停止、重啟等操作，保證應用程序持續高可用運行。

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4. Swarm 集群管理

4.1 集群節點準備

角色	IP	Hostname
Manager1	172.16.10.110	manager1
Manager2	172.16.10.111	manager2
Worker1	172.16.10.120	worker1
Worker2	172.16.10.121	worker2

4.2 初始化集群

在 Manager1 上執行以下命令：

docker swarm init --advertise-addr 172.16.10.110

執行成功后，輸出中會顯示用于其他節點加入集群的 token。注意：

• 參數 --advertise-addr 用于指定通信的 IP 地址（默認端口為 2377），在多網卡環境下建議指定。

查看 token：

docker swarm join-token manager   # 查看管理節點 token
docker swarm join-token worker    # 查看工作節點 token

4.3 節點加入

• 加入 Manager2
  在 Manager2 上執行（請替換 <manager_token> 與對應的廣播地址）：

  docker swarm join --advertise-addr <Manager2_IP> --token <manager_token> 172.16.10.110:2377
  

• 加入 Worker1 和 Worker2
  分別在 Worker 節點上執行：

  docker swarm join --advertise-addr <Worker_IP> --token <worker_token> 172.16.10.110:2377
  

在 Manager1 上使用 docker node ls 查看當前集群狀態。

4.4 集群解散

要將節點退出并從集群移除：

1. 在目標節點上執行：

   docker swarm leave [--force]   # Manager 節點退出需加 --force
   

2. 在 Manager 節點上刪除該節點：

   docker node rm <節點名稱>
   

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5. 節點管理

以下命令需在 Manager 節點上執行（Worker 節點無操作權限）：

• 查看集群所有節點

  docker node ls
  

• 查看指定節點詳情

  docker node inspect <節點名稱> --pretty
  

• 節點升級與降級

  bash復制編輯docker node promote <節點名稱>   # 將 Worker 升級為 Manager
  docker node demote <節點名稱>     # 將 Manager 降級為 Worker
  

• 節點下線（暫停任務調度）

  docker node update --availability drain <節點名稱>
  

• 節點上線

  docker node update --availability active <節點名稱>
  

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6. 服務管理

6.1 服務定義

創建服務時常用的命令格式如下：

bash復制編輯docker service create --name <服務名> \[-d] [-p] [-e] [--network] [--replicas] [--mount] \image:tag

示例

• 測試 1：指定副本數、端口映射

  docker service create -d --name web-nginx --replicas 2 -p 80:80 nginx
  

• 測試 2：傳遞環境變量

  bash復制編輯docker service create -d --name mysql --replicas=1 \-p 3306:3306 \-e MYSQL_ROOT_PASSWORD=123456 \-e MYSQL_DATABASES=test \mysql:5.7
  

6.2 服務查看

• 查看所有服務：

  docker service ls
  

• 查看指定服務及其任務分布：

  docker service ps <服務名>
  

示例輸出：

docker service ls
ID             NAME        MODE         REPLICAS   IMAGE          PORTS
0jlt1yx8dcox   mysql       replicated   1/1        mysql:5.7      *:3306->3306/tcp
fxha9cy659vu   web-nginx   replicated   3/3        nginx:1.24.0   *:80->80/tcpdocker service ps mysql
ID             NAME      IMAGE       NODE      DESIRED STATE   CURRENT STATE           ERROR     PORTS
wit44m5i6plf   mysql.1   mysql:5.7   master    Running         Running 3 minutes ago

6.3 服務移除

docker service rm <服務名稱>

6.4 服務模式及調度

• 服務模式

  • Replicated 模式（默認）：在指定節點上運行多個副本。
  • Global 模式：在每個節點上都運行一個副本（適合日志收集、監控等場景）。

  示例：

  docker service create --name cadvisor --mode global \--mount type=bind,src=/,dst=/rootfs,readonly \--mount type=bind,src=/var/run,dst=/var/run \--mount type=bind,src=/sys,dst=/sys,readonly \--mount type=bind,src=/var/lib/docker/,dst=/var/lib/docker,readonly \--publish 8888:8080 \gcr.io/cadvisor/cadvisor:latest
  

• 調度約束

  通過指定調度約束，可以控制服務任務只在符合要求的節點上運行。

  • 根據節點主機名調度：

    docker service create --name my-service \--constraint 'node.hostname == node01' \nginx:latest
    

  • 根據自定義標簽調度：

    1. 給節點添加自定義 Label

       在 Manager 節點上執行（假設給 node01 添加 hm=node01）：

       docker node update --label-add hm=node01 node01
       

       查看節點標簽：

       docker node inspect node01 --pretty
       

    2. 使用標簽調度創建服務

       docker service create --name my-service \--constraint 'node.labels.hm == node01' \nginx:latest
       

    在 docker-compose.yml 文件中也可通過 deploy.placement.constraints 設置：

    version: '3.8'
    services:web:image: nginx:latestdeploy:replicas: 1placement:constraints:- "node.labels.hm == node01"ports:- "80:80"
    

    部署命令：

    docker stack deploy -c docker-compose.yml mystack
    

• 移除節點標簽

  docker node update --label-rm hm node01
  

6.5 服務日志

查看服務日志：

docker service logs <服務名>

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7. Swarm 集群的彈性伸縮

彈性伸縮指動態增加或減少服務任務數。

• 創建服務時指定副本數

  docker service create -d --name mysql --replicas=2 \-p 3306:3306 \-e MYSQL_ROOT_PASSWORD=123456 \mysql:5.7
  

• 在線伸縮命令

  • 使用 update 命令：

    docker service update --replicas <新副本數> <服務名>
    

  • 或者使用 scale 命令：

    docker service scale <服務名>=<副本數>
    

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8. Swarm 集群服務的滾動更新

滾動更新允許在不中斷服務的情況下更新服務。常用于灰度發布與鏡像升級。

8.1 更新命令示例

例如升級 MySQL 服務鏡像版本，從 v5.7 到 v8.0，同時調整副本數量：

docker service update --replicas 5 \--image mysql:8.0 \--update-delay 60s \--update-parallelism 5 \mysql

參數說明：

• --update-delay：指定滾動更新每個任務之間的延時（支持秒、分鐘、小時）。
• --update-parallelism：指定同時更新的任務數。

8.2 鏡像版本回退

有兩種方式：

• 方式一：使用 rollback 命令

  docker service rollback mysql
  

  此命令會回滾到上次成功部署的狀態。

• 方式二：手動指定舊版本進行更新

  docker service update --image mysql:5.7 mysql
  

• 查看更新狀態

  docker service inspect --pretty mysql
  

  輸出中 UpdateConfig 部分會顯示當前服務的更新狀態，例如 rollback_completed 表示已回滾。

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9. 使用 Docker Compose 部署 Swarm 集群

9.1 docker service create 的局限

該命令一次只能創建一個服務，多個服務時較為繁瑣，因此推薦使用 Compose 文件配合 docker stack deploy 部署整個應用堆棧。

9.2 Docker Compose 文件中的 Swarm 配置

在 Compose 文件中，可在 deploy 下配置與 Swarm 相關的屬性。請注意，使用 docker-compose up 時會忽略 deploy 部分，因此必須通過 docker stack deploy 部署。

示例：

yaml復制編輯version: '3.8'
services:web:image: nginx:latestdeploy:replicas: 2                   # 服務副本數mode: replicated              # 服務模式：replicated（默認）或 globalplacement:constraints:- "node.hostname == node01"      # 根據主機名調度- "node.labels.hm == node01"       # 根據自定義標簽調度restart_policy:condition: on-failure     # 僅在容器異常退出時重啟delay: 10s                # 嘗試重啟的間隔時間max_attempts: 3           # 最大重啟嘗試次數ports:- "80:80"

9.3 部署 Stack

使用以下命令部署堆棧：

docker stack deploy -c docker-compose.yml mystack

• 查看堆棧列表：

  docker stack ls
  

• 查看堆棧服務：

  docker stack services mystack
  

• 查看堆棧任務：

  docker stack ps mystack
  

• 刪除堆棧：

  docker stack rm mystack