Docker Swarm 架构：Manager 节点与 Worker 节点

当你需要运行多个 Docker 容器，并希望它们协同工作时，单机 Docker 就不够用了。Docker Swarm 就是 Docker 官方提供的原生集群管理和编排解决方案。

这篇文章，聊聊 Docker Swarm 的架构设计。

Docker Swarm 是什么？

Docker Swarm 是 Docker 内置的容器编排工具，将多个 Docker 主机整合成一个虚拟的 Docker 主机。

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    Docker Swarm 集群                         │
│                                                             │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────────┐  │
│  │                   Manager 节点（Leader）              │  │
│  │                                                       │  │
│  │  ┌──────────┐  ┌──────────┐  ┌──────────┐           │  │
│  │  │  API     │  │  Orchestrator│  Allocator │          │  │
│  │  │  (外部)  │  │           │           │           │  │
│  │  └──────────┘  └──────────┘  └──────────┘           │  │
│  │  ┌──────────┐  ┌──────────┐  ┌──────────┐           │  │
│  │  │ Scheduler│  │  Dispatcher│  Collector │          │  │
│  │  │          │  │           │           │           │  │
│  │  └──────────┘  └──────────┘  └──────────┘           │  │
│  └─────────────────────────────────────────────────────┘  │
│                                                             │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────────┐  │
│  │                    Worker 节点                       │  │
│  │                                                       │  │
│  │  ┌─────────┐  ┌─────────┐  ┌─────────┐              │  │
│  │  │ 容器 A  │  │ 容器 B  │  │ 容器 C  │              │  │
│  │  └─────────┘  └─────────┘  └─────────┘              │  │
│  │                     ↑                                 │  │
│  │              Task 执行器                             │  │
│  └─────────────────────────────────────────────────────┘  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

Swarm 集群初始化

初始化 Swarm

bash

# 初始化 Swarm（成为 Manager）
docker swarm init --advertise-addr 192.168.1.100

# 输出：
# Swarm initialized: current node (abc123...) is now a manager.
#
# To add a worker to this swarm, run the following command:
# docker swarm join --token SWMTKN-1-xxxxx 192.168.1.100:2377
#
# To add a manager to this swarm, run:
# docker swarm join-token manager

加入集群

bash

# Worker 节点加入
docker swarm join --token SWMTKN-1-xxxxx 192.168.1.100:2377

# Manager 节点加入
docker swarm join --token SWMTKN-1-xxxxx-manager 192.168.1.100:2377

查看集群状态

bash

# 查看节点列表
docker node ls

# 输出：
# ID                            HOSTNAME   STATUS    AVAILABILITY   MANAGER STATUS
# abc123... *                   manager1   Ready     Active        Leader
# def456...                     worker1   Ready     Active
# ghi789...                     worker2   Ready     Active

# 查看节点详细信息
docker node inspect manager1

Manager 节点职责

Manager 节点是集群的控制平面，负责：

API：接收 Docker CLI 请求，提供集群 API
Orchestrator：编排服务，创建/更新/删除任务
Allocator：分配 IP 地址给服务
Dispatcher：调度任务到节点
Scheduler：决定任务应该在哪个节点运行
Cluster Store：存储集群状态（使用 etcd）

Raft 共识协议

Docker Swarm 使用 Raft 共识协议保证集群一致性：

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    Raft 共识组                               │
│                                                             │
│  ┌──────────────┐  ┌──────────────┐  ┌──────────────┐      │
│  │   Manager 1  │  │   Manager 2  │  │   Manager 3  │      │
│  │   (Leader)   │←→│  (Follower) │←→│  (Follower) │      │
│  │              │  │              │  │              │      │
│  │  处理请求     │  │  复制日志     │  │  复制日志     │      │
│  └──────────────┘  └──────────────┘  └──────────────┘      │
│         ↑                                                      │
│    所有写请求通过 Leader                                       │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

节点状态

bash

# 节点可用性
docker node update --availability drain manager1
# Active: 接受新任务
# Pause: 不接受新任务，保持现有任务
# Drain: 不接受新任务，驱逐现有任务

# 节点角色提升
docker node promote worker1
# Worker → Manager

# 节点角色降级
docker node demote manager2
# Manager → Worker

Worker 节点职责

Worker 节点运行容器任务，接收 Manager 分发的任务并执行：

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    Worker 节点                              │
│                                                             │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────────┐  │
│  │                   Task Executor                      │  │
│  │                                                       │  │
│  │  ┌─────────┐  ┌─────────┐  ┌─────────┐              │  │
│  │  │  Task 1 │  │  Task 2 │  │  Task 3 │              │  │
│  │  │ (容器)  │  │ (容器)  │  │ (容器)  │              │  │
│  │  └─────────┘  └─────────┘  └─────────┘              │  │
│  │                                                       │  │
│  │  ┌─────────┐  ┌─────────┐                           │  │
│  │  │  Task 4 │  │  Task 5 │                           │  │
│  │  │ (容器)  │  │ (容器)  │                           │  │
│  │  └─────────┘  └─────────┘                           │  │
│  └─────────────────────────────────────────────────────┘  │
│                                                             │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────────┐  │
│  │                   Container Agent                     │  │
│  │           接收 Manager 指令，管理容器                │  │
│  └─────────────────────────────────────────────────────┘  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

Worker 节点操作

bash

# 查看 Worker 详细信息
docker node inspect worker1

# Worker 离开集群（主动）
docker node rm worker1

# Worker 失联后强制移除
docker node rm --force worker1

服务与任务模型

服务（Service）

服务定义了容器如何在集群中运行：

bash

# 创建服务
docker service create --name myapp \
    --replicas 3 \
    --publish 8080:80 \
    nginx:alpine

# 查看服务列表
docker service ls

# 查看服务详情
docker service inspect myapp

# 查看服务运行状态
docker service ps myapp

任务（Task）

任务是调度的基本单元，每个任务运行一个容器：

服务创建流程：

1. Manager 创建服务
      ↓
2. Orchestrator 创建任务
      ↓
3. Allocator 分配 IP
      ↓
4. Scheduler 选择节点
      ↓
5. Dispatcher 分发任务
      ↓
6. Worker 执行任务（启动容器）

任务状态

NEW → PREPARING → STARTING → RUNNING → COMPLETE
                              ↓
                           FAILED
                              ↓
                        SHUTDOWN

集群高可用

Manager 数量建议

集群规模	推荐 Manager 数	说明
1-5 节点	1	小规模，不需要 HA
5-10 节点	3	一般生产环境
10-50 节点	3-5	中等规模
50+ 节点	5-7	大规模集群

容错能力

Manager 数量	容错能力	说明
1	0	单点故障
3	1	可容忍 1 个 Manager 故障
5	2	可容忍 2 个 Manager 故障
7	3	可容忍 3 个 Manager 故障

添加 Manager

bash

# 获取 Manager 加入令牌
docker swarm join-token manager

# 添加新的 Manager
docker swarm join \
    --token SWMTKN-1-xxxxx-manager \
    192.168.1.100:2377

网络架构

Ingress 网络

Ingress 网络处理服务间的负载均衡：

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    Ingress Network                          │
│                                                             │
│  ┌─────────┐  ┌─────────┐  ┌─────────┐                     │
│  │  节点 A  │  │  节点 B  │  │  节点 C  │                     │
│  │ ┌─────┐ │  │ ┌─────┐ │  │ ┌─────┐ │                     │
│  │ │容器1│ │  │ │容器2│ │  │ │容器3│ │                     │
│  │ └─────┘ │  │ └─────┘ │  │ └─────┘ │                     │
│  └────┬────┘  └────┬────┘  └────┬────┘                     │
│       │            │            │                           │
│       └────────────┼────────────┘                           │
│                    ↓                                         │
│              ┌──────────┐                                    │
│              │ Mesh DNS │                                    │
│              │ 路由层   │                                    │
│              └──────────┘                                    │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

Overlay 网络

bash

# 创建 Overlay 网络（需要 Manager 节点）
docker network create \
    --driver overlay \
    --attachable \
    my-overlay-net

# 查看网络
docker network ls

# 在服务中使用
docker service create \
    --name myapp \
    --network my-overlay-net \
    nginx:alpine

配置管理

配置文件

bash

# /etc/docker/daemon.json
{
    "storage-driver": "overlay2",
    "log-driver": "json-file",
    "log-opts": {
        "max-size": "10m",
        "max-file": "3"
    }
}

节点标签

bash

# 给节点添加标签
docker node update --label-add region=us-east worker1
docker node update --label-add region=us-west worker2

# 查看标签
docker node inspect worker1 | grep Labels

# 使用标签调度
docker service create \
    --name myapp \
    --constraint 'node.labels.region==us-east' \
    nginx:alpine

监控与日志

查看集群日志

bash

# 查看 Manager 日志
docker service logs myapp

# 实时查看
docker service logs -f myapp

# 查看任务日志
docker ps | grep myapp
docker logs &lt;container-id>

查看集群资源

bash

# 查看节点资源
docker node ls

# 查看服务资源使用
docker service ls

# 查看任务分布
docker service ps myapp

面试追问

Docker Swarm 和 Kubernetes 的核心区别是什么？
Docker Swarm 的 Manager 节点是如何保证一致性的？Raft 协议在其中扮演什么角色？
为什么建议生产环境使用奇数个 Manager 节点？
Docker Swarm 的服务发现是怎么工作的？
如何在 Docker Swarm 中实现高可用？

"Docker Swarm 是 Docker 原生的编排方案，简单够用，适合中小规模场景。虽然 Kubernetes 已经成为容器编排的事实标准，但理解 Swarm 的架构有助于理解分布式系统的核心概念。"

Docker Swarm 架构：Manager 节点与 Worker 节点 ​

Docker Swarm 是什么？ ​

Swarm 集群初始化 ​

初始化 Swarm ​

加入集群 ​

查看集群状态 ​

Manager 节点职责 ​

Raft 共识协议 ​

节点状态 ​

Worker 节点职责 ​

Worker 节点操作 ​

服务与任务模型 ​

服务（Service） ​

任务（Task） ​

任务状态 ​

集群高可用 ​

Manager 数量建议 ​

容错能力 ​

添加 Manager ​

网络架构 ​

Ingress 网络 ​

Overlay 网络 ​

配置管理 ​

配置文件 ​

节点标签 ​

监控与日志 ​

查看集群日志 ​

查看集群资源 ​

面试追问 ​

Docker Swarm 架构：Manager 节点与 Worker 节点

Docker Swarm 是什么？

Swarm 集群初始化

初始化 Swarm

加入集群

查看集群状态

Manager 节点职责

Raft 共识协议

节点状态

Worker 节点职责

Worker 节点操作

服务与任务模型

服务（Service）

任务（Task）

任务状态

集群高可用

Manager 数量建议

容错能力

添加 Manager

网络架构

Ingress 网络

Overlay 网络

配置管理

配置文件

节点标签

监控与日志

查看集群日志

查看集群资源

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