DockerSwarm:大规模简化容器的编排

译者 | 陈峻

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审校 | 重楼

在容器化和云计算的环境中,在分布式基础架构上管理和编排容器相对比较困难。由Docker提供的Docker Swarm是一种本地集群和编排解决方案,它提供了一种简单、可扩展的方法,可用于在多台主机上部署、扩展和管理容器。下面,我将和您探讨Docker Swarm的基本原理、主要功能,以及它成为容器编排的热门选择的原因。

什么是Docker Swarm?

总的说来,Docker Swarm允许用户创建和管理Docker节点群,使之成为一个单一的虚拟Docker主机,进而能在分布式基础架构上部署和管理容器化应用。其中,Docker Swarm的核心是简化容器编排的过程,并为部署和扩展容器提供了一套直接、可扩展的方法,以便更容易地管理大规模容器化的环境。借助Docker Swarm,企业既可以有效地利用容器化的优势,又能够确保高可用性、负载平衡、以及容错能力。

从架构上说,Docker Swarm采用了管理器--工作节点(manager-worker)的运行架构。其管理器负责编排集群、管理工作量的分配,以及维护在Swarm中运行的服务理想状态。而工作节点则是被部署和运行的容器主机。

Docker Swarm的主要功能之一是其无缝扩展应用的能力。通过添加或删除集群中的工作节点,集群可以动态地适应不断变化的工作负载。这种可扩展能力够确保资源得到有效的利用,应用也能够在不影响性能的情况下处理骤增的需求。

同时,Docker Swarm也提供了内置的服务发现功能,允许群内的容器无缝地相互通信。据此,集群中的每个服务都会被分配一个唯一的主机名和虚拟IP地址,从而简化了容器之间的连接和交互过程。

负载平衡是Docker Swarm的另一个重要功能。它包括一个集成的负载平衡器,可以将传入的请求平均分配给运行着相同服务的多个容器。这种负载平衡机制有助于优化资源的利用率,并确保工作负载在整个集群中的均匀分布。

此外,Docker Swarm也集成了自我修复功能,以保持服务的理想状态。也就是说,它能够持续监控集群内各个容器和节点的健康状况。一旦容器或节点发生故障,Swarm 会自动在健康的节点上重新启动、或重新安排受影响的容器,以确保服务能够持续可用和响应。

当然,安全也是容器化环境中的一个关键问题。对此,Docker Swarm通过提供内置的安全功能来予以应对。它支持TLS的相互验证和加密,以确保节点之间的安全通信。此外,基于角色的访问控制(RBAC)也能够允许管理员管理用户的权限,以及对于Swarm资源的访问。

Docker Swarm的主要功能

选择Docker Swarm作为容器编排解决方案往往可以让用户获得如下方面的优势:

  1. 易于设置和集成:Docker Swarm是Docker生态系统的一部分,这意味着它可以使用Docker Engine来轻松实现设置。如果您已经熟悉了Docker,那么Docker Swarm的学习曲线会相对平缓。同时,它能够与其他Docker工具和服务无缝集成。因此如果您已经在使用Docker容器的话,它自然会成为您的选择。
  2. 简单:Docker Swarm注重简单易用原则。它提供了用户友好的命令行界面、以及简单明了的应用接口,以便具有不同专业水平的开发与运营人员使用。Docker Swarm的简易性不但降低了管理和编排容器的复杂性,而且让用户能够将更多精力放在应用上、而非基础设施上。
  3. 可扩展性和高可用性:Docker Swarm允许您通过添加或删除集群中的工作节点的方式,来轻松地扩展应用。它提供了一个分布式可扩展的架构,以处理不断增加的工作负载。而Docker Swarm内置的负载平衡功能可以确保有效地利用资源,提高应用的可用性与性能。一旦节点出现故障,Swarm会自动将容器重新分配到健康的节点上,以确保固有的高可用性。
  4. 服务发现和联网:Docker Swarm包含一个内置的服务发现机制。服务集群中的每个服务都会被分配一个唯一的主机名和虚拟IP地址,从而使得容器之间的通信变得更加容易。Swarm的网络功能简化了容器之间的连接,实现了集群内的无缝交互。
  5. 滚动更新和回滚:Docker Swarm支持滚动更新,允许您在不中断应用可用性的情况下,部署新版本的容器。它会自动逐个更新容器,以确保服务在更新过程中仍可被访问到。如果出现问题,Swarm可以轻松回滚到以前的版本,从而最大限度地减少了停机时间,并保持了应用的稳定性。
  6. 安全性:Docker Swarm提供了内置的安全功能,以保护您的容器化应用。它能够支持TLS的相互验证和加密,以确保节点之间的通信安全。基于角色的访问控制(RBAC)允许您管理用户的权限,并限制其对于Swarm资源的访问,从而确保群集在默认情况下是安全的。
  7. 灵活性:Docker Swarm是一种灵活的编排解决方案,可用于从小规模部署到大规模集群的各种应用。它兼顾了易用性和处理复杂容器环境的能力。有了Docker Swarm,您便可以根据需求的变化,灵活地扩展和调整基础架构。

Docker Swarm的关键组件

Docker Swarm由多个关键组件组成。通过协同工作,这些组件在集群内实现对容器的协调和管理。它们分别是:

  1. 管理器:它负责管理整个Swarm及其资源,负责编排工作节点的活动、调度任务,以及维护在Swarm中运行的服务理想状态。此外,管理器还负责服务发现、负载平衡、以及故障恢复。
  2. 工作节点:它是被部署和运行容器的主机。这些节点参与Swarm,并执行Swarm管理器分配的任务。同时,工作节点提供运行容器所需的计算资源,并根据需求扩展服务。
  3. 服务:在Docker Swarm中,服务代表一组执行相同功能或运行相同应用的容器。服务定义了容器的理想状态,包括:副本数量、容器镜像、网络配置和资源限制。Swarm管理器通过持续监控和管理服务,以确保维持所需的状态。
  4. 任务:它代表了在工作节点上运行的容器单个实例。Swarm管理器会根据定义的服务规范,将任务分配给工作节点。它还会监控任务的健康状况,并采取必要的措施,来维持所需的状态,例如:重新启动失败的任务,或将其重新安排到其他健康的节点上。
  5. 覆盖网络(Overlay Network):作为一个虚拟网络,它能够横跨Swarm中的多个工作节点,以方便那些运行在不同节点上的容器进行相互通信,而无需理会其物理网络的位置。覆盖网络允许集群内的容器通过服务名称,来相互发现和通信。
  6. 负载平衡器:Docker Swarm包含了一个内置的负载平衡器,可以将传入的请求分配给运行相同服务的多个容器。负载平衡器可确保流量的均匀分布,并优化资源的利用率。它通过将请求导向健康的容器,来为服务提供高可用性和可扩展性。
  7. Swarm展示器(Visualizer):它是一个可选组件,可以直观地展示Swarm的架构、以及其中运行的容器。由于提供了一个图形化的界面,因此它常被用于实时监控和跟踪各种服务、任务、以及节点的状态。

上述组件通过协同工作,为部署和管理容器化的应用创建了一个强大且可扩展的环境。即:Swarm管理器负责监督Swarm的运行,工作节点负责执行任务,服务负责定义容器所需的状态,任务代表了正在运行的容器,覆盖网络负责促进容器之间的通信,负载平衡器可以确保高效的流量分配,而可选的展示器则能够直观地显示集群的状态。

Docker Swarm的成功案例

目前,Docker Swarm已被各类企业广泛地用于容器编排和管理的场景中。以下的成功案例充分展示了Docker Swarm如何帮助企业改善基础设施和简化运营:

  • 作为全球领先的在线支付平台,PayPal采用Docker Swarm来增强其基础架构,并改进应用的部署。通过利用Docker Swarm,PayPal为其微服务架构实现了简化的容器编排、可扩展性、以及高可用性。同时,Docker Swarm让PayPal能够跨多个主机,高效地管理其容器化应用,实现了无缝扩展,并降低了部署的复杂性。
  • Société Générale是欧洲一家大型金融服务公司。他们利用Docker Swarm实现了IT基础设施的现代化。Docker Swarm使他们能够将应用容器化,并在其基础设施中实现轻松部署。Docker Swarm的高可用性和容错功能让Société Générale能够确保其关键服务的持续可用性,进而提高了其应用的鲁棒性。
  • Schibsted是一家挪威媒体集团。他们采用Docker Swarm来简化其应用的部署流程,并提高运营的效率。借助Docker Swarm,Schibsted能够自动部署其服务,并根据需求进行扩展。Docker Swarm内置的负载平衡和服务发现机制,简化了他们的基础设施管理,从而提高了应用性能,并缩短了产品上市时间。
  • 作为德国领先的零售和电子商务公司,REWE Digital通过实施Docker Swarm,来优化其基础设施,并促进容器化应用的部署。Docker Swarm为他们提供了一个可扩展且灵活的平台,用于管理跨多个主机的服务。通过使用Docker Swarm,REWE Digital提高了资源利用率,简化了服务扩展,并增强了应用的鲁棒性。
  • 作为全球最大的集装箱运输公司,马士基航运(Maersk Line)利用Docker Swarm实现了IT基础架构的现代化,并简化了其应用部署流程。Docker Swarm让马士基能够在全球基础设施中无缝管理和扩展其容器化的应用。通过采用Docker Swarm,马士基实现了更快的部署时间、更高的资源效率、以及更高的应用可用性。上述成功案例都凸显了Docker Swarm在简化容器编排、增强可扩展性、提高可用性、以及优化各个行业资源利用率等方面的优势。Docker Swarm的特性和功能使得企业能够高效地管理其容器化应用,从而提高了运营效率,降低了基础设施的复杂性,并且加快了应用的交付。

为什么选择Docker Swarm?

使用Docker Swarm的挑战和缺点

虽然Docker Swarm为容器编排提供了许多优势,但是也有一些挑战和缺点需要我们考虑:

  • 学习曲线:虽然Docker Swarm的设计对于用户比较友好,但是要理解其概念、架构和命令行界面,无论是管理员还是开发人员都可能需要投入一定的时间和精力,来熟悉Swarm的具体特性和功能。
  • 功能有限:虽然Docker Swarm提供了基本的容器编排功能,但是其高级功能和灵活性仍可能不及Kubernetes。Kubernetes拥有更大的生态系统,可以为管理诸如:高级网络、存储编排、以及广泛的自定义选项等复杂的容器化环境,提供更多高级功能。
  • 扩展限制:Docker Swarm主要适合中小型部署,但是在处理超大集群或高度动态工作负载时,可能会面临挑战。鉴于它在可扩展性方面的限制,当群集的规模超过一定阈值时,它可能会出现性能下降,或管理复杂性增加等问题。
  • 缺乏第三方集成:与Kubernetes相比,Docker Swarm的第三方集成可能会受限。而且围绕它构建的工具和服务生态系统也较少。这可能会限制组织获得那些针对其特定用例所需的特定插件或扩展。
  • 成熟度有限:Docker Swarm的成熟度不如Kubernetes。后者已被广泛采用,并有一个更大的社区为其开发和支持做出贡献。而与Kubernetes相比,Docker Swarm可用的资源、教程、以及故障排除选项较少。
  • 监控和调试不够全面:Docker Swarm的监控和调试功能不如其他编排平台全面。虽然它提供了基本的监控功能,但是企业可能需要依赖第三方工具、或定制化的解决方案,来获得更高级别的监控和调试功能。
  • 有限的群集管理:与Kubernetes相比,Docker Swarm的群集管理功能相对简单。它可能缺乏某些高级管理功能,例如:对于资源分配的精细控制、pod亲和性/反亲和性规则(affinity/anti-affinity rules)、以及更复杂的调度策略。

因此,重要的是要根据您的具体要求、部署规模、以及容器化应用的复杂性,来考虑上述挑战和缺点。您可能有必要去全面评估Kubernetes等其他容器编排解决方案,以确定最适合本组织需求的方案。

小结

综上所述,Docker Swarm提供了一种易于使用和可扩展的方法,来部署和控制大量容器,从而使得容器的编排变得更加简单。Docker Swarm的主要功能(包括:可扩展性、服务发现、负载平衡和自愈功能)使得企业能够轻松地创建和管理可靠的容器化应用。同时,由于其易与其他Docker工具集成,因此无论您身处小型团队还是大型企业,Docker Swarm都能够为您提供一种适应性强、经济实惠的方式,让您通过利用其容器化的强大功能,有效管理分布式的基础架构。

译者介绍

陈峻(Julian Chen),社区编辑,具有十多年的IT项目实施经验,善于对内外部资源与风险实施管控,专注传播网络与信息安全知识与经验。

原文标题:Docker Swarm: Simplifying Container Orchestration at Scale,作者:Aditya Bhuyan

标题名称:DockerSwarm:大规模简化容器的编排
文章来源:http://www.shufengxianlan.com/qtweb/news18/187868.html

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