一、简介
1. 什么是docker swarm?
Swarm 在 Docker 1.12 版本之前属于一个独立的项目，在 Docker 1.12 版本发布之后，该项目合并到了 Docker 中，成为 Docker 的一个子命令。目前，Swarm 是 Docker 社区提供的唯一一个原生支持 Docker 集群管理的工具。它可以把多个 Docker 主机组成的系统转换为单一的虚拟 Docker 主机，使得容器可以组成跨主机的子网网络。
Docker Swarm 是一个为 IT 运维团队提供集群和调度能力的编排工具。用户可以把集群中所有 Docker Engine 整合进一个「虚拟 Engine」的资源池，通过执行命令与单一的主 Swarm 进行沟通，而不必分别和每个 Docker Engine 沟通。在灵活的调度策略下，IT 团队可以更好地管理可用的主机资源，保证应用容器的高效运行。
Swarm的基本架构如下图所示:
2. Docker Swarm 优点
任何规模都有高性能表现
对于企业级的 Docker Engine 集群和容器调度而言，可拓展性是关键。任何规模的公司——不论是拥有五个还是上千个服务器——都能在其环境下有效使用 Swarm。
经过测试，Swarm 可拓展性的极限是在 1000 个节点上运行 50000 个部署容器，每个容器的启动时间为亚秒级，同时性能无减损。
灵活的容器调度
Swarm 帮助 IT 运维团队在有限条件下将性能表现和资源利用最优化。Swarm 的内置调度器（scheduler）支持多种过滤器，包括：节点标签，亲和性和多种容器部策略如 binpack、spread、random 等等。
服务的持续可用性
Docker Swarm 由 Swarm Manager 提供高可用性，通过创建多个 Swarm master 节点和制定主 master 节点宕机时的备选策略。如果一个 master 节点宕机，那么一个 slave 节点就会被升格为 master 节点，直到原来的 master 节点恢复正常。
此外，如果某个节点无法加入集群，Swarm 会继续尝试加入，并提供错误警报和日志。在节点出错时，Swarm 现在可以尝试把容器重新调度到正常的节点上去。
和 Docker API 及整合支持的兼容性
Swarm 对 Docker API 完全支持，这意味着它能为使用不同 Docker 工具（如 Docker CLI，Compose，Trusted Registry，Hub 和 UCP）的用户提供无缝衔接的使用体验。
Docker Swarm 为 Docker 化应用的核心功能（诸如多主机网络和存储卷管理）提供原生支持
开发的 Compose 文件能（通过 docker-compose up ）轻易地部署到测试服务器或 Swarm 集群上。Docker Swarm 还可以从 Docker Trusted Registry 或 Hub 里 pull 并 run 镜像。
二、相关概念
1. 节点
有两种类型的节点： managers 和 workers.
管理节点（managers）
管理节点用于 Swarm 集群的管理，docker swarm 命令基本只能在管理节点执行（节点退出集群命令 docker swarm leave 可以在工作节点执行）。一个 Swarm 集群可以有多个管理节点，但只有一个管理节点可以成为 leader，leader 通过 raft 协议实现。
为了利用swarm模式的容错功能，Docker建议您根据组织的高可用性要求实现奇数个节点。当您拥有多个管理器时，您可以从管理器节点的故障中恢复而无需停机。
- N个管理节点的集群容忍最多损失 (N-1)/2 个管理节点。
- Docker建议一个集群最多7个管理器节点。
重要说明：添加更多管理节点并不意味着可扩展性更高或性能更高。一般而言，情况正好相反。
工作节点（workers）
工作节点是任务执行节点，管理节点将服务 (service) 下发至工作节点执行。管理节点默认也作为工作节点。你也可以通过配置让服务只运行在管理节点。下图展示了集群中管理节点与工作节点的关系。
2. 服务和任务
任务 （Task）是 Swarm 中的最小的调度单位，目前来说就是一个单一的容器。
服务 （Services） 是指一组任务的集合，服务定义了任务的属性。服务有两种模式：
- replicated services （复制服务）按照一定规则在各个工作节点上运行指定个数的任务。
- global services （全局服务）每个工作节点上运行一个任务。
两种模式通过 docker service create 的 --mode 参数指定。下图展示了容器、任务、服务的关系。
三、Swarm 集群
准备工作
- 三个可以通过网络进行通信的Linux主机或虚拟机，并安装了Docker，或者使用docker-machine 创建三台虚拟机。
- 已安装Docker Engine 1.12或更高版本
- 在主机之间打开端口(2377、7946、4789)
创建一个集群
1. 创建虚拟机(已经有Linux主机或虚拟机的跳过此步)
本文通过docker-machine使用VirtualBox驱动程序创建3个VM （已经有Linux主机或虚拟机的跳过此步）：
docker-machine create --driver virtualbox myvm-1
docker-machine create --driver virtualbox myvm-2
docker-machine create --driver virtualbox myvm-3
列出虚拟机并获取其IP地址：
docker-machine ls
以下是此命令的示例输出：
$docker-machine ls
NAME ACTIVE DRIVER STATE URL SWARM DOCKER ERRORS
myvm-1 - virtualbox Running tcp://192.168.99.100:2376 v18.09.1-beta2
myvm-2 - virtualbox Running tcp://192.168.99.101:2376 v18.09.1-beta2
myvm-3 - virtualbox Running tcp://192.168.99.102:2376 v18.09.1-beta2
2. 初始化swarm
把第一台机器myvm-1充当管理节点，第二台myvm-2 、第三台myvm-3为工作节点。
使用 docker-machine ssh 连接 myvm-1，Linux主机直接ssh连接就行。
docker-machine ssh myvm-1
初始化swarm
docker swarm init --advertise-addr 192.168.99.100
Swarm initialized: current node (4a8mo8cekpe0vpk0ze963avw9) is now a manager.
To add a worker to this swarm, run the following command:
docker swarm join --token SWMTKN-1-4lzr2216s61ecbyayyqynjwybmxy5y5th5ru8aal2a0d1t2vn3-ekdgf4swlz8fiq4nnzgnbhr5u 192.168.99.100:2377
To add a manager to this swarm, run 'docker swarm join-token manager' and follow the instructions.
上面输出的这一段就是工作节点加入集群的命令：
docker swarm join --token SWMTKN-1-4lzr2216s61ecbyayyqynjwybmxy5y5th5ru8aal2a0d1t2vn3-ekdgf4swlz8fiq4nnzgnbhr5u 192.168.99.100:2377
如果你的 Docker 主机有多个网卡，拥有多个 IP，必须使用 --advertise-addr 指定 IP。
执行 docker swarm init 命令的节点自动成为管理节点。
命令 docker info 可以查看 swarm 集群状态:
Server Version: 18.09.1-beta2
Storage Driver: overlay2
Backing Filesystem: extfs
Supports d_type: true
Native Overlay Diff: true
Logging Driver: json-file
Cgroup Driver: cgroupfs
Plugins:
Volume: local
Network: bridge host macvlan null overlay
Log: awslogs fluentd gcplogs gelf journald json-file local logentries splunk syslog
Swarm: active
NodeID: ib1498ex2q18i7gznb2zgicqq
Is Manager: true
ClusterID: fbyxxjzrtcxc53op35jnyzl7t
Managers: 3
Nodes: 3
Default Address Pool: 10.0.0.0/8
命令 docker node ls 可以查看集群节点信息:
$docker node ls
ID HOSTNAME STATUS AVAILABILITY MANAGER STATUS ENGINE VERSION
ib1498ex2q18i7gznb2zgicqq * myvm-1 Ready Active Leader 18.09.1-beta2
3. 工作节点加入 swarm 集群
连接机器myvm-2
docker-machine ssh myvm-2
加入 swarm 集群
$docker swarm join
--token SWMTKN-1-4lzr2216s61ecbyayyqynjwybmxy5y5th5ru8aal2a0d1t2vn3-ekdgf4swlz8fiq4nnzgnbhr5u
192.168.99.100:2377
This node joined a swarm as a worker.
节点myvm-3，执行myvm-2相同的操作加入集群。
集群的大部分命令需要在管理节点中才能运行
我们进入管理节点 myvm-1 ，查看集群的节点信息。
docker node ls
ID HOSTNAME STATUS AVAILABILITY MANAGER STATUS ENGINE VERSION
ib1498ex2q18i7gznb2zgicqq * myvm-1 Ready Active Leader 18.09.1-beta2
vels0fe3eh5s5cxj1s573v9wx myvm-2 Ready Active 18.09.1-beta2
obxnnqelh4p16wajrwvyn6j8v myvm-3 Ready Active 18.09.1-beta2
为了高可用，我们升级工作节点为管理节点。
docker node promote myvm-2
docker node promote myvm-3
这时我们再看集群的节点信息
$ docker node ls
ID HOSTNAME STATUS AVAILABILITY MANAGER STATUS ENGINE VERSION
ib1498ex2q18i7gznb2zgicqq * myvm-1 Ready Active Leader 18.09.1-beta2
vels0fe3eh5s5cxj1s573v9wx myvm-2 Ready Active Reachable 18.09.1-beta2
obxnnqelh4p16wajrwvyn6j8v myvm-3 Ready Active Reachable 18.09.1-beta2
myvm-2、myvm-3的 集群状态变为 Reachable（选举者），因为集群中节点Leader只能有一个，这个类似zookeeper，只不过zookeepers用的算法是paxos，Swarm用的算法是raft。
4. 退出 Swarm 集群
如果 Manager 想要退出 Swarm 集群， 在 Manager Node 上执行如下命令：
docker swarm leave
如果集群中还存在其它的 Worker Node，还希望 Manager 退出集群，则加上一个强制选项，命令行如下所示：
docker swarm leave --force
工作节点进行退出集群，需要在工作节点上执行命令：
docker swarm leave
退出后的节点，依然可以使用 上面的 docker swarm join --token 重新加入集群。
集群上部署应用
命令
$ docker service create --replicas 1 --name 别名 镜像ID
replicas 指定运行服务的数量。
实例1
创建一个alpine服务（alpine是一个小型liunx系统）
#运行一个alpine镜像，并执行ping命令
docker service create --replicas 1 --name test1 alpine ping docker.com
查看集群上的服务
$docker service ls
ID NAME MODE REPLICAS IMAGE PORTS
rnu10rprrwzv test1 replicated 1/1 alpine:latest
实例2
以下命令将nginx容器中的端口80发布到群集中任何节点的端口8080
docker service create
--name my-web
--publish published=8080,target=80
--replicas 2
nginx
查看集群上的服务
$ docker service ls
ID NAME MODE REPLICAS IMAGE PORTS
q6wfiizzosmd nginx replicated 3/3 nginx:latest *:8080->80/tcp
rnu10rprrwzv test1 replicated 1/1 alpine:latest
service 通过 ingress load balancing 来发布服务，且 swarm 集群中所有 node 都参与到 ingress 路由网格（ingress routing mesh） 中，访问任意一个 node+PublishedPort 即可访问到服务。
当访问任何节点上的端口8080时，Docker将您的请求路由到活动容器。在群节点本身，端口8080可能并不实际绑定，但路由网格知道如何路由流量，并防止任何端口冲突的发生。
路由网格在发布的端口上监听分配给节点的任何IP地址。对于外部可路由的IP地址，该端口可从主机外部获得。对于所有其他IP地址，只能从主机内部访问。
所以访问 192.169.99.100:8080、192.169.99.101:8080、192.169.99.102:8080 ，都可以访问到nginx，这样就实现了负载均衡。因为我们指定--replicas 3 启动了3个运行nginx的容器 ，所以三个节点myvm-1、myvm-2、myvm-3 上都运行了一个 nginx 的容器，可以通过改其中一个节点上的nginx的欢迎页 ，然后再访问，来检查是否实现了负载均衡。
可以通过scale 来指定运行容器的数量。
docker service scale nginx=2
我通过docker service ls 可以看出 nginx 的副本变成了2个
$docker service ls
ID NAME MODE REPLICAS IMAGE PORTS
q6wfiizzosmd nginx replicated 2/2 nginx:latest *:8080->80/tcp
overlay 网络
1. 概述
初始化swarm或将Docker主机加入现有swarm时，会在该Docker主机上创建两个新网络：
- ingress：称为覆盖网络ingress，处理与群集服务相关的控制和数据流量。创建群组服务并且不将其连接到用户定义的覆盖网络时，ingress 是默认连接的网络。
- docker_gwbridge：称为桥接网络docker_gwbridge，它将各个Docker守护程序连接到参与该群集的其他守护进程。
在管理节点上查看网络
$ docker network ls
NETWORK ID NAME DRIVER SCOPE
cb0ccb89a988 bridge bridge local
0174fb113496 docker_gwbridge bridge local
541b62778c0e host host local
8n7xppn5z4j2 ingress overlay swarm
369d459f340d none null local
overlay网络驱动程序会创建多个Docker守护主机之间的分布式网络。该网络位于（覆盖）特定于主机的网络之上，允许连接到它的容器（包括群集服务容器）安全地进行通信。Docker透明地处理每个数据包与正确的Docker守护程序主机和正确的目标容器的路由。
2. 自定义 overlay 网络
创建用于swarm服务的overlay网络，使用如下命令：
docker network create -d overlay my-overlay
我们再次查看网络，发现可以看到自定义 overlay了。
$docker network ls
NETWORK ID NAME DRIVER SCOPE
cb0ccb89a988 bridge bridge local
0174fb113496 docker_gwbridge bridge local
541b62778c0e host host local
8n7xppn5z4j2 ingress overlay swarm
a23htz7n0pvp my-overlay overlay swarm
369d459f340d none null local
集群中部署了两个服务 nginx、alpine，现在我们进入alpine，去访问nginx。
docker exec -it test1.1.oonwl8c5g4u3p17x8anifeubi bash
/ # ping nginx
ping: bad address 'nginx'
wget 192.168.99.100:8080
Connecting to 192.168.99.100:8080 (192.168.99.100:8080)
index.html 100% |*************************************************************************************************************| 612 0:00:00 ETA
我们发现集群中的各个服务不能用名称访问的，只能用集群服务发现的路由网络访问，那么集群中的服务怎么能通过名称进行访问呢，这就需要用到上面自定义的 overlay 网络。
删除我们启动的服务，重新创建指定使用自定义网络的服务。
docker service rm nginx test1
docker service create --name nginx -p 8080:80 --network my-overlay --replicas 3 nginx
docker service create --name test1 --network my-overlay alpine ping www.baidu.com
进入test1容器中，重新测试下：
/ # ping nginx
PING nginx (10.0.0.2): 56 data bytes
64 bytes from 10.0.0.2: seq=0 ttl=64 time=0.120 ms
64 bytes from 10.0.0.2: seq=1 ttl=64 time=0.094 ms
64 bytes from 10.0.0.2: seq=2 ttl=64 time=0.108 ms
/ # wget nginx
Connecting to nginx (10.0.0.2:80)
index.html 100% |*************************************************************************************************************| 612 0:00:00 ETA
发现可以通过名称进行集群中的容器间的访问了。
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