2024年05月30日玄貓（BlackCat）

Docker Swarm 資源與 Volume 管理

本文探討 Docker Swarm 中 Volume 的使用與管理，包含檢視 Volume 詳細資訊、建立使用 Volume 的 Service、檢視 Service 狀態、Volume 的動態建立，以及如何在 Docker Swarm 模式下組態 CPU

容器技術 DevOps

Docker Docker Swarm Volume 資源管理繫結掛載服務

Docker Swarm 提供了 Volume 機制來持久化資料，確保容器刪除後資料仍然保留。透過 docker volume inspect 命令可以檢視 Volume 的詳細資訊，例如驅動程式、掛載點、名稱和作用域。建立 Service 時，可以使用 --mount 引數將 Volume 掛載到容器內指定目錄，確保資料的持久化儲存。docker service ls 和 docker service ps 命令則是用於檢視 Service 狀態和任務資訊。此外，Docker Swarm 還支援 Volume 的動態建立，當 Service 擴充套件到新的節點時，會自動建立所需的 Volume。在資源管理方面，Docker Swarm 允許組態 CPU 和記憶體資源，透過 --reserve-cpu、--limit-cpu、--reserve-memory 和 --limit-memory 等引數設定資源保證和限制，避免資源分配不均和節點資源耗盡。同時，Docker Swarm 支援繫結掛載，允許容器直接存取主機上的目錄，並可設定唯讀模式防止資料被修改。透過滾動更新機制，可以動態修改服務的資源組態，確保服務的穩定執行和資源的有效利用。

Docker Volume 的使用與管理

在 Docker 中，Volume 是一種用於持久化資料的機制，使得資料即使在容器被刪除後仍然能夠保留。本章節將探討如何在 Docker Swarm 中使用 Volume。

檢視 Volume 詳細資訊

當我們建立一個 Volume 後，可以使用 docker volume inspect 命令來檢視其詳細資訊。例如，檢視名為 mysql-scripts 的 Volume：

~ $ docker volume inspect mysql-scripts
[
    {
        "Driver": "local",
        "Labels": {},
        "Mountpoint": "/var/lib/docker/volumes/mysql-scripts/_data",
        "Name": "mysql-scripts",
        "Options": {},
        "Scope": "local"
    }
]

內容解密：

Driver: 表示使用的 Volume 驅動程式，這裡是 local，表示資料儲存在本地。
Mountpoint: 表示 Volume 在主機上的掛載點。
Name: Volume 的名稱。
Scope: 表示 Volume 的作用域，這裡是 local，表示該 Volume 僅在單一主機上有效。

建立使用 Volume 的 Service

接下來，我們可以建立一個 Service，並在其中使用上述的 Volume。以下是一個範例：

~ $ docker service create \
    --env MYSQL_ROOT_PASSWORD='mysql' \
    --mount type=volume,src="mysql-scripts",dst="/etc/mysql/scripts" \
    --publish 3306:3306 \
    --replicas 2 \
    --name mysql \
    mysql

內容解密：

--env MYSQL_ROOT_PASSWORD='mysql': 設定 MySQL 的 root 密碼。
--mount type=volume,src="mysql-scripts",dst="/etc/mysql/scripts": 將名為 mysql-scripts 的 Volume 掛載到容器內的 /etc/mysql/scripts 目錄。
--publish 3306:3306: 將主機的 3306 連線埠對應到容器的 3306 連線埠。
--replicas 2: 指定 Service 的副本數量為 2。
--name mysql: 指定 Service 的名稱為 mysql。

檢視 Service 狀態

建立 Service 後，可以使用 docker service ls 和 docker service ps 命令來檢視其狀態：

~ $ docker service ls
ID            NAME   MODE        REPLICAS  IMAGE          PORTS
cghaz4zoxurp  mysql  replicated  1/2       mysql:latest   *:3306->3306/tcp

~ $ docker service ps mysql
ID            NAME      IMAGE          NODE                        DESIRED STATE  CURRENT STATE           ERROR  PORTS
y59yhzwch2fj  mysql.1   mysql:latest   ip-172-31-33-230.ec2.internal  Running        Preparing 12 seconds ago        
zg7wrludkr84  mysql.2   mysql:latest   ip-172-31-16-11.ec2.internal  Running        Running less than a second ago

內容解密：

docker service ls: 列出所有 Service 的基本資訊。
docker service ps mysql: 列出名為 mysql 的 Service 的詳細任務資訊。

Volume 的動態建立

當 Service 使用自動產生的名為 Volume 時，如果該 Volume 在某些節點上不存在，Docker 將自動在這些節點上建立它。例如，將 mysql Service 縮放到 3 個副本：

~ $ docker service scale mysql=3

此時，Docker 將在所有參與的節點上建立必要的 Volume。

組態資源於 Docker Swarm 模式

Docker 容器在基礎作業系統核心上以隔離方式執行，並需要資源來執行。Docker Swarm 模式支援兩種型別的資源：CPU 和記憶體。

資源組態問題

預設情況下，Docker Swarm 模式不會對服務任務可消耗的資源（CPU 迴圈或記憶體）施加任何限制。同時，Swarm 模式也不保證最低資源需求。如果在 Docker Swarm 模式中未指定資源組態，則可能出現兩個問題：

部分服務任務可能會消耗不成比例的資源量，而其他服務任務由於缺乏資源而無法排程。例如，考慮一個具有 3GB 資源容量和 3 個 CPU 的節點。在沒有任何資源保證和限制的情況下，一個服務任務容器可能會消耗大部分資源（2.8GB 和 2.8 個 CPU），而其他兩個服務任務容器各自僅剩下 0.1GB 和 0.1 個 CPU 的資源可用，導致無法排程，如圖 7-2 所示。一個因資源不足而無法排程的 Docker 服務任務將被置於擱置狀態。

資源型別

Docker Swarm 模式支援兩種資源型別：

CPU
RAM（記憶體）

圖 7-1：Docker Swarm 模式支援的資源型別

使用掛載（Mounts）於 Docker Swarm

在 Docker Swarm 中，有兩種型別的掛載：繫結掛載（Bind Mount）和卷掛載（Volume Mount）。繫結掛載適合於需要從 Docker 容器記憶體取主機上現有目錄中的資料的情況。

建立和使用繫結掛載

在主機上建立目錄，例如 /etc/mysql/scripts。
在該目錄中新增檔案，例如 createtable.sql。
使用 --mount 選項建立服務，並指定 type=bind、src 為主機目錄、dst 為容器內的目標目錄。

docker service create
–env MYSQL_ROOT_PASSWORD=‘mysql’
–replicas 3
–mount type=bind,src="/etc/mysql/scripts",dst="/scripts"
–name mysql
mysql

4.  在排程任務的節點上啟動 bash shell，列出目標目錄 `/scripts` 中的內容。

##### 繫結掛載的特點

*   繫結掛載預設為讀寫模式，可以修改或刪除掛載路徑中的檔案。
*   可以透過在 `--mount` 引數中新增 `readonly` 選項，將掛載設為唯讀模式。

#### 示範唯讀掛載

1.  首先移除已執行的 mysql 服務。
2.  使用相同的命令建立服務，但新增 `readonly` 選項：
    ```bash
docker service create \
--env MYSQL_ROOT_PASSWORD='mysql' \
--replicas 3 \
--mount type=bind,src="/etc/mysql/scripts",dst="/scripts",readonly \
--name mysql \
mysql

在排程任務的節點上存取容器，並嘗試刪除範例指令碼。將會產生錯誤，因為檔案系統是唯讀的。

程式碼範例與說明

以下是建立 Docker 服務並使用繫結掛載的命令範例：

docker service create \
--env MYSQL_ROOT_PASSWORD='mysql' \
--replicas 3 \
--mount type=bind,src="/etc/mysql/scripts",dst="/scripts" \
--name mysql \
mysql

內容解密：

docker service create：建立一個新的 Docker 服務。
--env MYSQL_ROOT_PASSWORD='mysql'：設定環境變數 MYSQL_ROOT_PASSWORD 為 'mysql'，用於設定 MySQL root 使用者的密碼。
--replicas 3：指定服務的副本數量為 3，即啟動三個相同的容器例項。
--mount type=bind,src="/etc/mysql/scripts",dst="/scripts"：將主機上的 /etc/mysql/scripts 目錄以繫結掛載的方式掛載到容器內的 /scripts 目錄。這樣，容器就可以存取主機上的該目錄中的檔案。
--name mysql：將服務命名為 mysql，方便管理和識別。
mysql：指定要使用的 Docker 映象名稱，即使用官方的 MySQL 映象來建立容器。

綜上所述，這條命令的作用是建立一個名為 mysql 的服務，該服務根據官方 MySQL 映象，包含三個副本，並且將主機上的特定目錄掛載到容器內的特定路徑，以實作資料分享和持久化。

組態資源

在 Docker Swarm 模式中，資源管理是確保服務任務能夠有效率執行的重要環節。本章將探討如何組態資源，包括設定資源保證（reserves）和資源限制（limits），以避免資源分配不均或資源耗盡的問題。

資源分配問題

在未組態資源保證和限制的情況下，兩個主要問題可能會出現：

資源分配不均：不同的服務任務可能會佔用不同數量的資源，導致某些節點上的資源被耗盡，而其他節點仍有剩餘資源。
節點資源耗盡：當一個節點上的資源被完全佔用時，新的服務任務將無法被排程到該節點上。

解決方案

Docker Swarm 模式提供了設定資源保證和資源限制的功能。資源保證是指為服務任務保留的最小資源量，而資源限制則是指服務任務可以使用的最大資源量。

資源保證

透過設定資源保證，可以確保每個服務任務至少獲得一定量的資源。例如，將每個服務任務的 CPU 和記憶體資源保證分別設定為 1 CPU 和 1GB，可以避免資源分配不均的問題。

資源限制

透過設定資源限制，可以防止服務任務佔用過多的資源，從而保留一定的資源給新的服務任務。例如，將每個服務任務的 CPU 和記憶體資源限制分別設定為 2 CPUs 和 2GB，可以保留剩餘的資源給新的服務任務。

建立服務與資源組態

本章將介紹如何建立一個具有資源組態的服務，並探討相關的操作。

建立無資源組態的服務

首先，建立一個 MySQL 資料函式庫服務，不設定任何資源保證或限制。

docker service create \
--env MYSQL_ROOT_PASSWORD='mysql' \
--replicas 1 \
--name mysql \
mysql

列出服務和服務任務，可以看到 MySQL 服務正在執行。

docker service ls
docker service ps mysql

檢查服務的詳細資訊，可以看到容器規格中沒有包含任何資源限制或保證。

docker service inspect mysql

輸出結果：

[
    {
        "Resources": {
            "Limits": {},
            "Reservations": {}
        }
    }
]

保留資源

Swarm 模式在 docker service create 和 docker service update 命令中提供了兩個選項來設定資源保證：--reserve-cpu 和 --reserve-memory。

選項	描述	預設值
`--reserve-cpu`	保留 CPU 資源	0.000
`--reserve-memory`	保留記憶體資源	0

設定資源限制

Swarm 模式在 docker service create 和 docker service update 命令中提供了兩個選項來設定資源限制：--limit-cpu 和 --limit-memory。

選項	描述	預設值
`--limit-cpu`	限制 CPU 資源	0.000
`--limit-memory`	限制記憶體資源	0

建立具有資源組態的服務

刪除之前建立的 MySQL 服務，並建立一個新的具有資源組態的 MySQL 服務。

docker service rm mysql
docker service create \
--env MYSQL_ROOT_PASSWORD='mysql' \
--replicas 1 \
--name mysql \
--reserve-cpu .25 --limit-cpu 1 --reserve-memory 128mb --limit-memory 256mb \
mysql

檢查服務的詳細資訊，可以看到資源限制和保證已經被設定。

docker service inspect mysql

輸出結果：

[
    {
        "Resources": {
            "Limits": {
                "NanoCPUs": 1000000000,
                "MemoryBytes": 268435456
            },
            "Reservations": {
                "NanoCPUs": 250000000,
                "MemoryBytes": 134217728
            }
        }
    }
]

縮放與資源

在擴充套件服務之前，瞭解節點的容量是很重要的。可以使用 docker node inspect 命令來檢查節點的容量。

docker node inspect ip-172-31-16-11.ec2.internal

輸出結果：

[
    {
        "Resources": {
            "NanoCPUs": 1000000000,
            "MemoryBytes": 1039040512
        }
    }
]

此輸出顯示了節點的 CPU 和記憶體容量。

資源組態的管理與最佳實踐

在Docker Swarm叢集中，資源的管理是確保服務穩定執行的關鍵因素之一。本章將探討如何組態資源限制與保留，以及如何透過滾動更新來修改這些組態。

資源限制與保留的基本概念

在Docker Swarm中，每個服務任務都可以設定CPU和記憶體的限制（Limit）與保留（Reserve）。資源限制定義了任務最多可以使用的資源量，而資源保留則定義了任務保證可用的資源量。

關鍵概念解析

資源限制（Resource Limits）：定義任務最大可使用的資源。
資源保留（Resource Reserves）：定義任務保證可用的資源。

資源組態的實際操作

當我們建立一個服務時，可以透過--limit-cpu、--limit-memory、--reserve-cpu和--reserve-memory等引數來設定資源限制和保留。

程式碼範例：建立服務並設定資源組態

docker service create \
  --env MYSQL_ROOT_PASSWORD='mysql' \
  --replicas 1 \
  --name mysql \
  --reserve-cpu 0.5 --limit-cpu 0.5 \
  --reserve-memory 256mb --limit-memory 256mb \
  mysql

內容解密：

--reserve-cpu 0.5：表示該服務任務保留0.5個CPU核心。
--limit-cpu 0.5：表示該服務任務最多可以使用0.5個CPU核心。
--reserve-memory 256mb：表示該服務任務保留256MB記憶體。
--limit-memory 256mb：表示該服務任務最多可以使用256MB記憶體。

資源保留與限制的關係

資源保留必須小於或等於資源限制。如果資源保留大於資源限制，服務任務可能會因為無法取得足夠的資源而失敗。

程式碼範例：錯誤的資源組態導致服務任務失敗

docker service create \
  --env MYSQL_ROOT_PASSWORD='mysql' \
  --replicas 1 \
  --name mysql \
  --reserve-cpu 0.75 --limit-cpu 0.5 \
  --reserve-memory 256mb --limit-memory 128mb \
  mysql

內容解密：

資源保留（0.75 CPU核心）大於資源限制（0.5 CPU核心），導致服務任務無法正常執行。
同樣，記憶體保留（256MB）大於記憶體限制（128MB），進一步加劇了資源不足的問題。

滾動更新以修改資源組態

Docker Swarm支援透過滾動更新來修改服務的資源組態。這使得我們可以在不影響服務可用性的情況下調整資源限制和保留。

程式碼範例：使用滾動更新修改資源組態

docker service update \
  --reserve-cpu 1 \
  --limit-cpu 2 \
  --reserve-memory 256mb \
  --limit-memory 512mb \
  mysql

內容解密：

--reserve-cpu 1和--limit-cpu 2：將CPU保留調整為1個核心，CPU限制調整為2個核心。
--reserve-memory 256mb和--limit-memory 512mb：保持記憶體保留為256MB，將記憶體限制調整為512MB。