Docker入门与实战——Docker Swarm模式（跨主机容器集群管理）

发布时间：2026/10/22 2:27:46
Docker入门与实战——Docker Swarm模式（跨主机容器集群管理）
Docker Swarm模式跨主机容器集群管理1、Swarm模式简介2、基本概念2.1、Swarm集群2.2、节点2.3、服务2.4、任务2.5、服务的外部访问2.6、使用Swarm2.7、创建集群2.8、查看集群信息2.9、加入集群2.10、使用集群服务2.11、更新集群2.12、离开集群3、使用服务命令3.1、create3.2、inspect3.3、logs3.4、ls3.5、ps3.6、rm3.7、rollback3.8、scale3.9、updateDocker Swarm模式是Docker引擎内置的网络支持其前身是Docker Swarm项目。该模式旨在提供Docker容器的跨主机集群管理是Docker官方对容器云生态的核心支持方案。使用Docker Swarm功能用户可以将多个Docker主机抽象为大规模的虚拟Docker集群服务轻松构建一套容器云平台。本章将介绍Docker Swarm模式的相关概念和使用方法并结合服务来展示Docker Swarm的多主机集群管理功能。1、Swarm模式简介Swarm模式的前身—Docker Swarm项目是Docker公司于2014年年底推出的容器集群平台使用Go语言开发。2016年2月重构的V2版本增强了扩展性支持数千个节点。同年Docker自1.12版本起内置SwarmKit将原先单独的Swarm软件升级为Swarm模式更为方便和强大。作为容器集群管理器Swarm的最大优势之一是原生支持Docker API。这使得用户可以非常便捷地使用各种基于Docker标准API的工具例如Compose、SDK等轻松操作多个主机上的容器。这极大地方便了用户将原本基于单节点的应用移植到Swarm集群上。同时Swarm还内置了对Docker网络插件的支持这使得用户可以轻松地部署跨主机的容器集群服务。Swarm在实现上采用了典型的主从结构如图所示通过Raft协议在多个管理节点(manager node)之间实现共识。工作节点(worker node)上运行的代理接受管理节点的统一管理和任务分配。用户只需要向管理节点提交服务请求管理节点会按照调度策略在集群中分配节点来运行服务相关的任务。这种结构和流程的设计使得Swarm具有高可用性和可扩展性同时为用户提供了便利和灵活性。另外在Swarm集群中会自动通过Raft协议分布式选出管理节点无须额外的发现服务支持避免了单点瓶颈。同时Swarm还内置了基于DNS的负载均衡和对外部负载均衡机制的集成支持。2、基本概念Swarm构建在Docker基础之上扩展了对多节点的支持同时兼容了大部分Docker操作。Swarm以集群为单位进行管理并提供了服务层面的操作。下面介绍一些Swarm使用中的基本概念。2.1、Swarm集群Swarm集群是一组被统一管理的Docker主机是Swarm所管理的资源对象。这些主机通过Docker引擎的Swarm模式相互沟通其中一些主机作为管理节点响应外部的管理请求其他主机作为工作节点来实际运行Docker容器。当然同一主机也可以既作为管理节点又作为工作节点。生产环境中为了确保稳定性建议区分两种主机节点。使用Swarm集群时首先要定义服务指定状态、副本数、网络、存储、暴露端口等信息。然后通过管理节点发出启动服务的指令管理节点按照指定的服务规则进行调度在集群中启动整个服务并确保其正常运行。Swarm集群的一个关键特性是高可用性。集群中至少需要有3个管理节点这样即使一个管理节点出现故障仍然可以保证集群正常运行。同时Swarm还提供了自动化的服务发现和负载均衡功能可自动将流量路由到可用的容器实例提高应用程序的可靠性和性能。2.2、节点节点是Swarm集群的最小资源单位。每个节点都是一台Docker主机。Swarm集群中的节点分为两种管理节点负责响应外部对集群的操作请求并维持集群中的资源分发任务给工作节点。同时多个管理节点之间通过Raft协议构成共识。一般推荐为每个集群设置5个或7个管理节点。工作节点负责执行管理节点安排的具体任务。默认情况下管理节点自身同时也是工作节点在每个工作节点上运行代理(agent)来汇报任务完成情况。当一个节点加入Swarm集群时它默认是一个工作节点。用户可以使用docker swarm join-tokenworker|manager命令来获取加入集群所需的命令并在节点上运行该命令来加入集群。用户可以通过docker node promote命令来提升一个工作节点为管理节点或者通过docker node demote命令来将一个管理节点降级为工作节点。需要注意的是在将管理节点降级为工作节点之前应该先确保降级后集群的管理节点至少为3个且都处于健康状态以确保集群的高可用性和稳定性。2.3、服务服务是Docker在Swarm模式下支持复杂多容器协作场景的利器。一个服务由若干个任务组成每个任务为某个具体的应用。服务还包括对应的存储、网络、端口映射、副本个数、访问配置、升级配置等附加参数。通常情况下服务需要面向特定的场景例如一个典型的Web服务可能包括前端应用、后端应用以及数据库等。这些应用都属于该服务的管理范畴。在Swarm集群中服务类型分为两种可以通过-mode参数指定​复制服务(replicated service)模式默认模式每个任务在集群中会存在若干副本这些副本会被管理节点按照调度策略分发到集群中的工作节点上。在此模式下可以使用-replicas参数设置副本数量。全局服务(global service)模式每个可用节点都会执行一个相同的任务。该模式适合运行节点的检查如监控应用等。通过定义服务并指定启动参数用户可以方便地创建、管理和升级多容器应用。2.4、任务任务是Swarm集群中最小的可调度单元即一个特定的应用容器。举例来说仅仅运行前端业务的前端容器就是一个任务。任务具有多种不同的状态例如创建(NEW)、等待(PENDING)、分配(ASSIGNED)、接受(ACCEPTED)、准备(PREPARING)、开始(STARTING)、运行(RUNNING)、完成(COMPLETE)、失败(FAILED)、关闭(SHUTDOWN)、拒绝(REJECTED)和孤立(ORPHANED)等。Swarm集群中的管理节点会按照调度要求将任务分配到工作节点上。例如当指定副本为2时管理节点可能会被分配到两个不同的工作节点上。一旦某个任务被分配到一个工作节点它就无法被转移到另一个工作节点上也就是说Swarm中的任务不支持迁移。2.5、服务的外部访问Swarm集群中的服务要被集群外部访问必须能允许任务的响应端口映射出来。最简单的方式是在用户创建服务时通过-p或者-publish参数将容器端口映射到主机端口上从而通过该主机端口访问服务。另外Swarm集群还支持通过网络模式来进行服务访问。用户可以创建一个覆盖网络(overlay network)并将服务加入该网络中。然后用户可以通过其他加入该网络的服务名来访问该服务而不需要关注服务实际运行在哪个节点上。为了实现高可用性和横向扩展Swarm还支持入口负载均衡(ingress load balancing)模式。在该模式下每个服务都会被分配若干公开端口默认范围为3000032767​该端口在集群中任意节点上都可以访问到并被保留给该服务。当外部请求到达负载均衡器时它会将请求路由到关联的服务中任何可用的实例上。这样可以确保负载均衡器根据预定义的规则自动将请求路由到可用的服务实例从而实现高可用性和可伸缩性。2.6、使用Swarm用户在安装Docker最新版本后即可直接尝试Swarm模式的相关功能。示例集群包括两个Linux主机作为管理节点同时具备工作节点功能和工作节点。Swarm集群的主要操作包括swarm ca显示或替换根CA。swarm init在管理节点上创建一个集群。swarm join加入一个新的节点到已有集群中。swarm join-token管理加入集群的口令。swarm leave离开一个swarm集群。swarm unlock解锁自动锁定的管理节点。swarm unlock-key管理解锁口令。swarm update更新一个Swarm集群。集群启动后可以使用docker service命令部署Docker应用服务到集群中。2.7、创建集群在管理节点上执行如下命令来创建一个新的Swarm集群创建后会自动提示如何加入更多节点到集群中注意返回的token串这是集群的唯一id加入集群的各个节点将需要这个信息。另外默认的管理服务端口为2377需要能被工作节点访问到另外为了支持集群的成员发现和外部服务映射还需要在所有节点上开启7946 TCP/UDP端口和4789UDP端口。swarm init命令支持的参数包括-advertise-addr[:port]​指定服务监听的地址和端口。-autolock自动锁定管理服务的启停操作对服务进行启动或停止都需要通过口令来解锁。-availability string节点的可用性包括active、pause、drain三种默认为active。-cert-expiry duration根证书的过期时长默认为90天。-data-path-addr指定数据流量使用的网络接口或地址。-data-path-port指定数据流量使用的端口号(102449151)默认为4789。-default-addr-pool-mask-length默认的子网掩码长度默认为24。-external-ca external-ca指定使用外部的证书签名服务地址。-force-new-cluster强制创建新的集群。-listen-addr[:port]​监听地址默认为0.0.0.0:2377。-max-snapshots uintRaft协议快照保留的个数。-snapshot-interval uintRaft协议进行快照的间隔单位为事务个数​默认为10000个事务。-task-history-limit int任务历史的保留个数默认为5。2.8、查看集群信息此时通过docker info命令可以查看到集群的信息使用docker node ls命令列出集群中的所有节点此时只有一个管理节点2.9、加入集群在要加入集群的节点上执行swarm join命令表示把这台机器加入指定集群当中。例如在工作节点上将其加入刚创建的集群则可以通过以下命令实现此时在管理节点上再次查看集群中节点的情况可以看到新加入的工作节点2.10、使用集群服务那么怎样使用Swarm提供的服务呢有两种方法一种是使用Docker原来的客户端命令。在加入集群的任意节点上执行Docker命令例如ps、info、run等。另外一种方法更为推荐即使用新的docker service命令可以获得包括多主机网络等更高级的特性支持。创建好Swarm集群后可以在管理节点上执行如下命令来快速创建一个应用服务并制定服务的复制份数为2。如下命令所示默认会自动检查、确认服务状态都正常(1)查看服务此时使用service ls查看集群中的服务情况会发现新创建的ping_app服务还可以通过service inspect命令来查看服务的具体信息同时管理节点和工作节点上都运行了一个容器镜像为debian:jessie命令为ping docker.com(2)扩展服务用户还可以通过docker service scaleSERVICE-IDNUMBER-OF-TASKS命令来对服务进行伸缩例如将服务复制个数从2改为1服务使用完成后可以通过docker service rmSERVICE-ID命令删除。服务命令的更多参数可以通过dockerservice help命令查看。(3)使用外部服务地址创建服务时使用–publish参数将容器端口映射到节点上之后用户访问集群中任意节点的都会被Swarm的负载均衡器代理到对应的服务实例。用户也可以配置独立的负载均衡服务后端指向集群中各个节点对应的外部端口获取高可用特性。2.11、更新集群用户可以使用docker swarm update[OPTIONS]命令来更新一个集群主要包括如下配置信息。-autolock启动或关闭管理节点的自动锁定。-cert-expiry duration根证书的过期时长默认为90天。-dispatcher-heartbeat duration分配组件的心跳时长默认为5s。-external-ca external-ca指定使用外部的证书签名服务地址。-max-snapshots uintRaft协议快照保留的个数。-snapshot-interval uintRaft协议进行快照的间隔单位为事务个数​默认为10000个。-task-history-limit int任务历史的保留个数默认为5。2.12、离开集群节点可以在任何时候通过swarm leave命令离开一个集群。命令格式为docker swarm leave[OPTIONS]​支持-f,–force意味着强制离开集群。3、使用服务命令Swarm提供了对应用服务的良好支持使用Swarm集群可以充分满足应用服务可扩展、高可用的需求。配合Swarm集群Docker提供service命令来管理应用服务主要包括以下子命令create用于创建新的服务。通过该命令可以指定服务的名称、使用的镜像、启动参数、服务的副本数量、服务的网络等属性。inspect用于查看服务的详细信息例如服务的名称、ID、副本数量、任务信息等。logs用于查看服务的日志信息可以通过该命令获取服务的输出信息便于排查问题。ls用于列出当前Swarm集群中的所有服务以及服务的相关信息例如名称、ID、副本数量等。ps用于列出指定服务的所有任务信息例如任务的状态、运行时间、所在节点等。rm用于删除指定的服务。rollback用于回滚服务的更新可以将服务回滚到指定的版本。scale用于调整服务的副本数量可以通过该命令来扩容或缩容服务。update用于更新服务的配置信息例如镜像版本、环境变量、容器启动参数等。通过这些子命令可以方便地管理Swarm集群中的服务实现应用服务的可扩展和高可用。3.1、createdocker service create命令用于在Swarm集群中创建应用服务命令格式为docker service create [OPTIONS] IMAGE [COMMAND]​[ARG...]​。该命令支持许多参数其中一些最有用的选项包括-config config指定暴露给服务的配置。-constraint list应用实例在集群中被放置时的位置限制。-d,-detach不等待创建后对应用进行状态探测即返回。-dns list自定义使用的DNS服务器地址。-endpoint-mode string指定外部访问的模式包括vip虚拟IP自动负载均衡或dnsrrDNS轮询​。-e,-env list环境变量列表。-health-cmd string进行健康检查的指令。-l,-label list执行服务的标签。-mode string服务模式包括replicated默认或global。-replicas uint指定实例的副本数量。-secret secret向服务暴露的机密数据。-u,-user string指定用户信息UID:[GID]​。-w,-workdir string指定容器中的工作目录位置。用户可以通过docker service create-help命令查看完整的使用选项。3.2、inspect用户可以使用docker service inspect命令来查看指定服务的详细信息。命令格式为docker service inspect [OPTIONS] SERVICE [SERVICE...]​。其中SERVICE参数为要查看详细信息的服务名或ID也可以指定多个服务。docker service inspect命令支持的选项包括-f,-format string使用Go模板指定格式化输出。-pretty以适合阅读的格式输出。用户可以使用-f选项来自定义输出格式使用-pretty选项可以以易读的方式输出详细信息。3.3、logsdocker service logs用于获取某个服务或任务的日志信息命令格式为docker service logs [OPTIONS] SERVICE|TASK。支持的参数主要包括-details输出所有的细节日志信息。-f,-follow持续跟随输出。-no-resolve在输出中不将对象的ID映射为名称。-no-task-ids输出中不包括任务的ID信息。-no-trunc不截断输出信息。-raw输出原始格式信息。-since string输出自指定时间开始的日志如2018-01-02T03:04:56或42m。-tail string只输出给定行数的最新日志信息。-t,-timestamps打印日志的时间戳。3.4、lsdocker service ls命令用于列出Swarm集群中的所有服务信息命令格式为docker service ls[OPTIONS]​。支持的参数主要包括-f,-filter filter只输出符合过滤条件的服务。-format string按照Go模板格式化输出。-q,-quiet只输出服务的ID信息。3.5、psdocker service ps用于查看服务的任务列表及其状态命令格式为docker service ps [OPTIONS] SERVICE。支持的参数包括-filter value,-f value指定筛选条件如dockerservice ps-f desired-staterunning SERVICE。-format string指定输出格式如docker service ps-format “{{.ID}}:{{.Name}}” SERVICE。-no-trunc不截断输出信息。-no-resolve在输出中不将对象的ID映射为名称。3.6、rm删除指定的若干服务。在执行该命令时Swarm会首先将服务从集群中移除然后停止所有服务实例并最终删除服务及其关联的任何资源命令格式为docker servicerm SERVICE [SERVICE...]​支持的参数包括-f,-force强制删除服务即使它正在运行中。-no-prune在删除服务后不清理其关联的未使用资源。-with-deps同时删除服务所依赖的其他服务。3.7、rollback回滚服务的配置到上一个配置。如果回滚成功那么输出的信息将包含回滚操作的ID和服务名称命令格式为docker service rollback [OPTIONS] SERVICE支持的参数包括-d,-detach在服务配置回滚后立即返回而不等待校验完成。-q,-quiet安静模式禁止输出进度信息。3.8、scale对服务进行横向扩展或缩减调整命令格式为docker service scale SERVICEREPLICAS [SERVICEREPLICAS...]​支持的参数主要为-d,-detach表示执行后返回不等待服务状态校验完整。3.9、update该命令用于更新一个服务的配置信息命令格式为docker service update [OPTIONS] SERVICE支持的参数包括-args command更新服务的命令参数。-config-add config增加或更新一个服务的配置信息。-config-rm list删除一个配置文件。-constraint-add list增加或更新服务放置的限制条件。-constraint-rm list删除一个限制条件。-d,-detach执行命令后立即返回不等待服务状态校验完整。-dns-add list增加或更新服务的DNS服务信息。-dns-rm list删除服务的DNS服务信息。-endpoint-mode string指定服务外部访问的模式包括vip虚地址自动负载均衡或dnsrrDNS轮询​。-entrypoint command指定服务的默认入口命令。-env-add list添加或更新服务的一组环境变量。-env-rm list删除服务的一组环境变量。-health-cmd string更新服务的健康检查指令。-label-add list添加或更新服务的一组标签信息。-label-rm list删除服务的一组标签信息。-no-healthcheck禁用服务的健康检查。-publish-add port添加或更新服务的外部端口信息。更新服务后可以使用docker service inspect命令查看当前服务的详细配置信息以便更好地了解如何更新服务的配置。