Docker Swarm 完整教程

小牛马爱写博客

2079人浏览 · 2025-09-09 19:04:17

小牛马爱写博客 · 2025-09-09 19:04:17 发布

文章目录

Docker Swarm 完整教程

Docker Swarm 完整教程

一、Docker Swarm 核心概念

1.1 集群化（Clustering）

从主机层面来看，Docker Swarm 管理的是 Docker Host 集群，首先需理解集群化这一关键概念：

集群定义：由一组网络互联的服务器组成，协同工作且具备 “单一系统” 特性，可提供高可用、负载均衡和并行处理能力。
集群与独立服务器的区别

：
- 独立服务器部署：资源利用率难最优，应用资源需求波动时缺乏弹性，服务器宕机需手动迁移应用。
- 集群部署：无需关注单个服务器，仅需指定应用所需的内存、CPU 等资源，由集群管理程序（如 Docker Swarm）自动分配任务；集群容量可通过添加 / 删除节点调整，始终保持整体特性。

1.2 Docker Swarm Mode

版本里程碑：Docker v1.12 是关键版本，Swarm 功能完全集成到 Docker Engine，无需依赖外部数据库（如 Consul、etcd、Zookeeper）。
核心优势

：
- 零额外配置：安装 Docker 后，启动 Swarm Mode 即可使用集群管理和服务发现功能。
- 易用性：相比 Kubernetes，创建集群无需额外安装软件，适合作为容器编排引擎的入门学习工具。
模式特性

：
- 未启动 Swarm Mode：仅支持普通容器命令。
- 启动 Swarm Mode：新增 Service 编排能力，支持同一主机同时运行 Swarm Service 和独立容器。

1.3 三大核心概念

概念	定义与作用
swarm	运行 Docker Engine 的多主机集群。Docker Engine 初始化或加入 swarm 时自动启动 Swarm Mode，具备集群管理和编排能力。
node	集群中的每个 Docker Engine 节点，分两类： - manager node：执行部署命令、拆解任务、管理集群状态，多 manager 节点会自动选举 leader。 - worker node：接收并执行 manager 分配的任务，定期上报自身和任务状态；默认 manager 同时也是 worker，可配置为 “纯管理节点”。
service	定义 worker 节点需执行的任务，Swarm 的核心目标是保证 service 始终处于 “期望状态”（如指定副本数）。示例：启动 3 个 httpd 副本，worker2 宕机后，manager 会自动在 worker3 补全副本。

二、部署 Swarm 集群

2.1 集群规划

本次搭建三节点集群，节点信息如下：

节点角色	主机名	IP 地址	说明
manager node	swarm-manager	192.168.108.30	集群管理节点，负责编排
worker node	swarm-worker1	192.168.108.31	工作节点，执行任务
worker node	swarm-worker2	192.168.108.32	工作节点，执行任务

环境要求：

所有节点 Docker 版本 ≥ v1.12，操作系统为 CentOS Stream 8（其他 Linux 系统也可）。
关闭所有节点防火墙（或放行 Swarm 所需端口：2377/tcp、7946/tcp/udp、4789/udp）。
通过克隆 Docker 教案中的虚拟机生成三个节点，修改各节点的 IP 地址和主机名。

2.2 初始化 Manager 节点

在 swarm-manager 节点执行以下命令，初始化 Swarm 集群：

bash
在这里插入图片描述

# --advertise-addr 指定与其他节点通信的 IP（即 manager 自身 IP）
[root@swarm-manager ~]# docker swarm init --advertise-addr 192.168.108.30

命令输出解读

执行后会返回类似以下内容，包含关键信息：

在这里插入图片描述

① swarm-manager 已成为 manager node。
② 提供添加 worker node 的命令（含唯一 token）。
③ 提示添加额外 manager node 的方法。

验证 Manager 节点状态

[root@swarm-manager ~]# docker node ls
ID                           HOSTNAME        STATUS    AVAILABILITY   MANAGER STATUS   ENGINE VERSION
bpuyqqwojwjz9avzuaeyjszyo *   swarm-manager   Ready     Active         Leader           26.1.3

此时集群仅包含 1 个 manager 节点，* 表示当前操作的节点，Leader 表示该节点是集群领导者。

2.3 添加 Worker 节点

在 swarm-worker1 和 swarm-worker2 节点分别执行步骤 2.2 中返回的 docker swarm join 命令（需携带正确 token）：

# swarm-worker1 节点执行
[root@swarm-worker1 ~]# docker swarm join --token SWMTKN-1-5it8t4f2tbrmxuhahkwp7i4jzhq7q14l35tkjotbiln0bztrzw-bmwlgmv1inatgm1hpl1739ncy 192.168.108.30:2377
This node joined a swarm as a worker.

# swarm-worker2 节点执行（命令相同）
[root@swarm-worker2 ~]# docker swarm join --token SWMTKN-1-5it8t4f2tbrmxuhahkwp7i4jzhq7q14l35tkjotbiln0bztrzw-bmwlgmv1inatgm1hpl1739ncy 192.168.108.30:2377
This node joined a swarm as a worker.

验证 Worker 节点加入结果

回到 swarm-manager 节点，执行 docker node ls 查看集群节点列表：

[root@swarm-manager ~]# docker node ls
ID                           HOSTNAME        STATUS    AVAILABILITY   MANAGER STATUS   ENGINE VERSION
bpuyqqwojwjz9avzuaeyjszyo *   swarm-manager   Ready     Active         Leader           26.1.3
s3o9n5wkkbiyc21ehmk3xecvk     swarm-worker1   Ready     Active         -                26.1.3
mdudczt56hzbaw7aum3smrula     swarm-worker2   Ready     Active         -                26.1.3

可见 swarm-worker1 和 swarm-worker2 已成功加入，MANAGER STATUS 为 - 表示其为 worker 节点。

找回 Worker 加入命令

若未记录初始化时的 join 命令，可在 manager 节点执行以下命令查看：

[root@swarm-manager ~]# docker swarm join-token worker
To add a worker to this swarm, run the following command:
docker swarm join --token SWMTKN-1-5it8t4f2tbrmxuhahkwp7i4jzhq7q14l35tkjotbiln0bztrzw-bmwlgmv1inatgm1hpl1739ncy 192.168.108.30:2377

三、运行第一个 Service

3.1 部署 Service

在 swarm-manager 节点执行以下命令，部署一个基于 httpd 镜像的 Service：

# --name 为 Service 命名，httpd 为镜像名
[root@swarm-manager ~]# docker service create --name web_server httpd
1ntzbsmbu3q3d4f969gpu0a8c  # Service ID
overall progress: 1 out of 1 tasks
1/1: running [==================================================>]
verify: Service 1ntzbsmbu3q3d4f969gpu0a8c converged

3.2 查看 Service 状态

1. 查看 Service 列表

[root@swarm-manager ~]# docker service ls
ID             NAME         MODE         REPLICAS   IMAGE          PORTS
1ntzbsmbu3q3   web_server   replicated   1/1        httpd:latest

REPLICAS: 1/1：表示 Service 期望的副本数为 1，当前已启动 1 个副本，部署完成。
MODE: replicated：表示 Service 采用 “副本模式”（按指定数量分布副本）。

2. 查看副本详情

通过 docker service ps <service 名> 查看副本的运行节点和状态：

[root@swarm-manager ~]# docker service ps web_server
ID             NAME           IMAGE          NODE           DESIRED STATE   CURRENT STATE           ERROR   PORTS
lfwcnkg6pgth   web_server.1   httpd:latest   swarm-worker2   Running         Running 56 seconds ago

可见唯一副本被分配到 swarm-worker2 节点，状态为 Running。

3. 验证容器运行（可选）

[root@swarm-worker2 ~]# docker ps
CONTAINER ID   IMAGE          COMMAND              CREATED         STATUS         PORTS     NAMES
bef3b50af9ea   httpd:latest   "httpd-foreground"   2 minutes ago   Up 2 minutes   80/tcp    web_server.1.lfwcnkg6pgthdkqno2pu4w8n3

当前 web_server 在 swarm 中的分布如图所示。

在这里插入图片描述

四、Service 伸缩（Scale Up/Down）

4.1 扩展副本数（Scale Up）

对于 Web 服务，通常需要多副本实现负载均衡和高可用，执行以下命令将 web_server 副本数扩展到 5：

bash

[root@swarm-manager ~]# docker service scale web_server=5
web_server scaled to 5
overall progress: 5 out of 5 tasks
1/5: running [==================================================>]
2/5: running [==================================================>]
3/5: running [==================================================>]
4/5: running [==================================================>]
5/5: running [==================================================>]
verify: Service web_server converged

查看扩展结果

bash

# 查看 Service 副本数
[root@swarm-manager ~]# docker service ls
ID             NAME         MODE         REPLICAS   IMAGE          PORTS
1ntzbsmbu3q3   web_server   replicated   5/5        httpd:latest

# 查看副本分布
[root@swarm-manager ~]# docker service ps web_server
ID             NAME           IMAGE          NODE           DESIRED STATE   CURRENT STATE           ERROR   PORTS
lfwcnkg6pgth   web_server.1   httpd:latest   swarm-worker2   Running         Running 4 minutes ago
q4006zahgaqm   web_server.2   httpd:latest   swarm-worker1   Running         Running 53 seconds ago
ug6dgvoycg91   web_server.3   httpd:latest   swarm-worker2   Running         Running about a minute ago
324xfyww2awh   web_server.4   httpd:latest   swarm-manager   Running         Running about a minute ago
v4btzz1lr69q   web_server.5   httpd:latest   swarm-worker1   Running         Running 53 seconds ago

5 个副本分布在 3 个节点上，默认 manager 节点同时作为 worker 节点，因此 swarm-manager 也运行了 1 个副本。

在这里插入图片描述

4.2 配置 Manager 为 “纯管理节点”

若不希望 manager 节点运行 Service（避免消耗管理资源），可执行以下命令将其可用性设为 Drain（拒绝接收新任务，已运行任务会迁移）：

[root@swarm-manager ~]# docker node update --availability drain swarm-manager
swarm-manager

验证节点状态

[root@swarm-manager ~]# docker node ls
ID                           HOSTNAME        STATUS    AVAILABILITY   MANAGER STATUS   ENGINE VERSION
bpuyqqwojwjz9avzuaeyjszyo *   swarm-manager   Ready     Drain          Leader           26.1.3  # 可用性变为 Drain
s3o9n5wkkbiyc21ehmk3xecvk     swarm-worker1   Ready     Active         -                26.1.3
mdudczt56hzbaw7aum3smrula     swarm-worker2   Ready     Active         -                26.1.3

查看副本迁移结果

[root@swarm-manager ~]# docker service ps web_server
ID             NAME                 IMAGE          NODE           DESIRED STATE   CURRENT STATE           ERROR   PORTS
lfwcnkg6pgth   web_server.1         httpd:latest   swarm-worker2   Running         Running 8 minutes ago
q4006zahgaqm   web_server.2         httpd:latest   swarm-worker1   Running         Running 4 minutes ago
ug6dgvoycg91   web_server.3         httpd:latest   swarm-worker2   Running         Running 4 minutes ago
732oh5htny76   web_server.4         httpd:latest   swarm-worker2   Running         Running 49 seconds ago
324xfyww2awh   \_ web_server.4     httpd:latest   swarm-manager   Shutdown        Shutdown 50 seconds ago  # 原副本已关闭
v4btzz1lr69q   web_server.5         httpd:latest   swarm-worker1   Running         Running 4 minutes ago

swarm-manager 上的副本 web_server.4 已被关闭，同时在 swarm-worker2 上新建副本以维持 5 个副本总数。

在这里插入图片描述

4.3 缩减副本数（Scale Down）

执行以下命令将副本数缩减到 3：

bash

[root@swarm-manager ~]# docker service scale web_server=3
web_server scaled to 3
overall progress: 3 out of 3 tasks
1/3: running [==================================================>]
2/3: running [==================================================>]
3/3: running [==================================================>]
verify: Service web_server converged

查看缩减结果

[root@swarm-manager ~]# docker service ls
ID             NAME         MODE         REPLICAS   IMAGE          PORTS
1ntzbsmbu3q3   web_server   replicated   3/3        httpd:latest

[root@swarm-manager ~]# docker service ps web_server
ID             NAME           IMAGE          NODE           DESIRED STATE   CURRENT STATE           ERROR   PORTS
lfwcnkg6pgth   web_server.1   httpd:latest   swarm-worker2   Running         Running 10 minutes ago
q4006zahgaqm   web_server.2   httpd:latest   swarm-worker1   Running         Running 6 minutes ago
ug6dgvoycg91   web_server.3   httpd:latest   swarm-worker2   Running         Running 7 minutes ago
324xfyww2awh   web_server.4   httpd:latest   swarm-manager   Shutdown        Shutdown 2 minutes ago  # 多余副本已关闭

web_server.4 和 web_server.5 两个副本被删除，仅保留 3 个副本。

在这里插入图片描述

五、Swarm 故障切换（Failover）

Swarm 内置故障切换机制，无需额外配置，仅需指定 Service 的 “期望状态”，集群会自动维持该状态。

5.1 模拟节点故障

以 swarm-worker1 节点宕机为例，执行以下命令关闭该节点：

在这里插入图片描述

[root@swarm-worker1 ~]# shutdown now

5.2 观察故障检测与副本迁移

1. 查看节点状态

在 swarm-manager 节点执行 docker node ls，可见 swarm-worker1 状态变为 Down：

[root@swarm-manager ~]# docker node ls
ID                           HOSTNAME        STATUS    AVAILABILITY   MANAGER STATUS   ENGINE VERSION
bpuyqqwojwjz9avzuaeyjszyo *   swarm-manager   Ready     Drain          Leader           26.1.3
s3o9n5wkkbiyc21ehmk3xecvk     swarm-worker1   Down      Active         -                26.1.3  # 节点故障
mdudczt56hzbaw7aum3smrula     swarm-worker2   Ready     Active         -                26.1.3

2. 查看副本迁移结果

[root@swarm-manager ~]# docker service ps web_server
ID             NAME                 IMAGE          NODE           DESIRED STATE   CURRENT STATE           ERROR   PORTS
lfwcnkg6pgth   web_server.1         httpd:latest   swarm-worker2   Running         Running 41 minutes ago
gx95mteiiaq1   web_server.2         httpd:latest   swarm-worker2   Running         Running about a minute ago  # 新副本
q4006zahgaqm   \_ web_server.2     httpd:latest   swarm-worker1   Shutdown        Shutdown 37 minutes ago    # 故障节点副本关闭
ug6dgvoycg91   web_server.3         httpd:latest   swarm-worker2   Running         Running 38 minutes ago
324xfyww2awh   web_server.4         httpd:latest   swarm-manager   Shutdown        Shutdown 34 minutes ago

原运行在 swarm-worker1 上的 web_server.2 被标记为 Shutdown。
Swarm 自动在 swarm-worker2 上新建 web_server.2 副本，维持 3 个副本的期望状态。

在这里插入图片描述

六、访问 Swarm Service

6.1 重新部署 Service（便于演示）

先删除原有 web_server，重新创建 2 个副本的 Service：

# 1. 删除原有 Service
[root@swarm-manager ~]# docker service rm web_server
web_server

# 2. 新建 Service，指定 2 个副本
[root@swarm-manager ~]# docker service create --name web_server --replicas=2 httpd
izro3jrl6e09czc0iz08q9p44
overall progress: 2 out of 2 tasks
1/2: running [==================================================>]
2/2: running [==================================================>]
verify: Service izro3jrl6e09czc0iz08q9p44 converged

# 3. 查看副本分布
[root@swarm-manager ~]# docker service ps web_server
ID             NAME           IMAGE          NODE           DESIRED STATE   CURRENT STATE           ERROR   PORTS
9zve246nlqed   web_server.1   httpd:latest   swarm-worker1   Running         Running 12 seconds ago
yvker0qkyfe2   web_server.2   httpd:latest   swarm-worker2   Running         Running 13 seconds ago

6.2 容器层面的访问限制

每个副本本质是一个容器，默认仅能在容器所在主机访问：

在swarm-worker1查看容器网络配置：

[root@swarm-worker1 ~]# docker inspect web_server.1.9zve246nlqedn272fgtddepok | grep -A 10 "Networks"
"Networks": {
    "bridge": {
        "IPAMConfig": null,
        "Links": null,
        "Aliases": null,
        "MacAddress": "02:42:ac:11:00:02",
        "NetworkID": "325e2b265f380ba7278c32b3a6a0def045452e684b23eae5341b494d864a262a",
        "EndpointID": "8e3002fa399c0b412ae04a12481d9824db22bc0c54e6c2bd7b5c47e6705d5344",
        "Gateway": "172.17.0.1",
        "IPAddress": "172.17.0.2",  # 容器 IP
        "IPPrefixLen": 16,

在swarm-worker1访问容器：
```
[root@swarm-worker1 ~]# curl 172.17.0.2
<html><body><h1>It works!</h1></body></html>
```
仅能在容器所在主机访问，无法从外部网络或其他节点访问。

6.3 暴露 Service 到外部网络

需通过端口映射将容器端口暴露到主机，有两种方式：

1. 为已有 Service 添加端口映射

# --publish-add 8080:80：将容器 80 端口映射到主机 8080 端口
[root@swarm-manager ~]# docker service update --publish-add 8080:80 web_server
web_server
overall progress: 2 out of 2 tasks
1/2: running [==================================================>]
2/2: running [==================================================>]
verify: Service web_server converged

2. 新建 Service 时直接指定端口映射

docker service create --name web_server --publish 8080:80 --replicas=2 httpd

3. 验证外部访问

从集群任意节点（或外部主机，需网络互通）访问 8080 端口：

# 访问 manager 节点
[root@swarm-manager ~]# curl http://192.168.108.30:8080
<html><body><h1>It works!</h1></body></html>

# 访问 worker1 节点
[root@swarm-manager ~]# curl http://192.168.108.31:8080
<html><body><h1>It works!</h1></body></html>

# 访问 worker2 节点
[root@swarm-manager ~]# curl http://192.168.108.32:8080
<html><body><h1>It works!</h1></body></html>

关键特性：无论访问哪个节点的 8080 端口，均可访问到 web_server，这依赖 Swarm 的 routing mesh 功能。

七、Routing Mesh 与 Swarm 网络

7.1 Routing Mesh 原理

在这里插入图片描述

定义：Swarm 内置的负载均衡机制，外部请求访问任意节点的映射端口时，会自动转发到 Service 的任意副本。
核心作用

：
- 无需关心副本分布节点，访问集群任意节点均可触达 Service。
- 支持配置外部负载均衡器（如 HAProxy），将请求分发到集群节点的映射端口，实现更高层级的负载均衡。

架构示意图

在这里插入图片描述

外部请求 → HAProxy（可选）→ 集群任意节点:8080 → Routing Mesh → Service 副本
                          ↓
                  192.168.108.30:8080（manager）
                  192.168.108.31:8080（worker1）
                  192.168.108.32:8080（worker2）

7.2 Swarm 核心网络

执行 docker network ls 查看节点网络：

[root@swarm-worker1 ~]# docker network ls
NETWORK ID     NAME              DRIVER    SCOPE
325e2b265f38   bridge            bridge    local
06615073d3f0   docker_gwbridge   bridge    local
77d2734d1c55   host              host      local
t2ie77rl777k   ingress           overlay   swarm  # Swarm 自动创建
a0663936827d   none              null      local

网络名称	类型	作用
ingress	overlay	Swarm 创建时自动生成，跨主机容器通信的核心网络；Service 配置端口映射后，副本会自动接入此网络。
docker_gwbridge	bridge	连接容器与主机网络，使容器能够访问外部网络（如互联网）。
bridge/host/none	本地网络	与普通 Docker 网络功能一致，仅支持单主机内容器通信。

7.3 端口映射后的网络变化

配置 --publish-add 8080:80 后，Swarm 会重启所有副本并切换网络：

[root@swarm-manager ~]# docker service ps web_server
ID             NAME                 IMAGE          NODE           DESIRED STATE   CURRENT STATE           ERROR   PORTS
lwfdj841ph0g   web_server.1         httpd:latest   swarm-worker1   Running         Running 28 seconds ago
gh9s2wst0k1m   \_ web_server.1     httpd:latest   swarm-worker1   Shutdown        Shutdown 29 seconds ago
2yc07ps3oejh   web_server.2         httpd:latest   swarm-worker2   Running         Running 25 seconds ago
jv61apqesurf   \_ web_server.2     httpd:latest   swarm-worker2   Shutdown        Shutdown 25 seconds ago

查看新副本的网络配置，可见容器已接入 ingress 网络：

[root@swarm-worker1 ~]# docker inspect web_server.1.lwfdj841ph0glbrwwjucmckex | grep -A 5 "ingress"
"ingress": {
    "IPAMConfig": {
        "IPv4Address": "10.0.0.15"  # ingress 网络分配的 IP
    },
    "Links": null,
    "Aliases": [
        "lwfdj841ph0glbrwwjucmckex",
        "web_server.1.lwfdj841ph0glbrwwjucmckex"
    ],
:latest   swarm-worker2   Running         Running 25 seconds ago
jv61apqesurf   \_ web_server.2     httpd:latest   swarm-worker2   Shutdown        Shutdown 25 seconds ago

查看新副本的网络配置，可见容器已接入 ingress 网络：

[root@swarm-worker1 ~]# docker inspect web_server.1.lwfdj841ph0glbrwwjucmckex | grep -A 5 "ingress"
"ingress": {
    "IPAMConfig": {
        "IPv4Address": "10.0.0.15"  # ingress 网络分配的 IP
    },
    "Links": null,
    "Aliases": [
        "lwfdj841ph0glbrwwjucmckex",
        "web_server.1.lwfdj841ph0glbrwwjucmckex"
    ],