Docker 服務發現 Registrator 與 Consul

– 7 分鐘閱讀

在微服務架構中，服務發現扮演著至關重要的角色。本文將探討如何利用 Registrator 和 Consul 實作 Docker 容器的自動服務發現與註冊，簡化服務管理流程。首先，我們會以 Redis 服務為例，逐步演示如何使用 Registrator 將其註冊到 Consul。接著，我們將提供一段 Python 程式碼，用於查詢 Consul 中已註冊的 Redis 服務資訊。最後，我們將進一步探討服務發現的進階方案，例如 Netflix Eureka 和 Airbnb SmartStack，並分析它們的架構、優缺點，以及如何使用它們構建更具彈性和可擴充套件性的服務發現機制。這些方案的比較將幫助讀者根據實際需求選擇最合適的解決方案，提升微服務架構的整體效能和穩定性。

Registrator 簡介

從很高的層次來看，Registrator 在 Docker Unix 通訊端上監聽 Docker 容器的啟動和終止事件，並透過在任何已插入的後端中建立新記錄自動註冊容器。它旨在作為 Docker 容器執行；您可以在 Docker Hub 上找到 Registrator 的 Docker 映象。Registrator 提供了相當多的組態選項，因此請隨意檢視 Github 專案頁面上的詳細檔案。

使用 Registrator 和 Consul 的實踐示例

我們將使用 Registrator 使 Redis 記憶體資料函式庫在 Docker 容器中執行，這樣可以透過 Consul 輕鬆發現您的網路上的 Redis 服務。您可以將類別似的方法應用於在 Docker 基礎設施中執行的任何應用程式服務。

首先，我們需要啟動 Consul 容器。我們將使用由 Registrator 的建立者 Jeff Lindsay 建立的映象：

# docker run -d -p 8400:8400 -p 8500:8500 -p 8600:53/udp -h node1 progrium/consul -server -bootstrap
37c136e493a60a2f5cef4220f0b38fa9ace76e2c332dbe49b1b9bb596e3ead39

現在我們的後端發現服務正在執行，我們將啟動 Registrator 容器，並將 Consul 連線 URL 作為引數傳遞給它：

# docker run -d -v /var/run/docker.sock:/tmp/docker.sock -h $HOSTNAME gliderlabs/registrator consul://$CONSUL_IP:8500
e2452c138dfa9414e907a9aef0eb8a473e8f6e28d303e8a374245ea6cd0e9cdd

我們可以驗證兩個容器都在執行，並且我們已準備好註冊 Redis 服務：

docker ps
CONTAINER ID        IMAGE                           COMMAND                  CREATED             STATUS              PORTS                                                                 NAMES
e2452c138dfa        gliderlabs/registrator:latest   "/bin/registrator co "   3 seconds ago       Up 2 seconds                                                                 distracted_sammet
37c136e493a6        progrium/consul:latest          "/bin/start -server "   2 minutes ago       Up 2 minutes        53/tcp, 0.0.0.0:8400->8400/tcp, 8300-8302/tcp, 8301-8302/udp, 0.0.0.0:8500->8500/tcp, 0.0.0.0:8600->53/udp   furious_kirch

Consul 和 Registrator 的容器執行狀況

  graph LR;
    A[啟動 Consul 容器] --> B[啟動 Registrator 容器];
    B --> C[驗證容器狀態];
    C --> D[註冊 Redis 服務];

圖表翻譯： 此圖示展示了使用 Consul 和 Registrator 的基本流程。首先啟動 Consul 容器，然後啟動 Registrator 容器，接著驗證容器的執行狀態，最後註冊 Redis 服務。

為了完整性，下面的命令將顯示我們正在執行一個節點的 Consul 叢集，並且目前沒有註冊任何服務：

# curl $CONSUL_IP:8500/v1/catalog/nodes
[{"Node":"consul1","Address":"172.17.0.2"}]
# curl $CONSUL_IP:8500:8500/v1/catalog/services
{"consul":[]}

現在讓我們啟動一個 Redis 容器並發布它暴露的所有埠：

# docker run -d -P redis
55136c98150ac7c44179da035be1705a8c295cd82cd452fb30267d2f1e0830d6

如果一切按預期進行，我們應該能夠在 Consul 的服務目錄中找到 Redis 服務：

# curl -s localhost:8500/v1/catalog/service/redis |python -mjson.tool
[
    {
        "Address": "172.17.0.6",
        "Node": "node1",
        "ServiceAddress": "",
        "ServiceID": "docker-hacks:hungry_archimedes:6379",
        "ServiceName": "redis",
        "ServicePort": 32769,
        "ServiceTags": null
    }
]

程式碼範例：查詢 Consul 中的 Redis 服務

import requests

def get_redis_service(consul_ip):
    url = f'http://{consul_ip}:8500/v1/catalog/service/redis'
    response = requests.get(url)
    if response.status_code == 200:
        return response.json()
    else:
        return None

# 使用範例
consul_ip = 'localhost'
redis_service = get_redis_service(consul_ip)
print(redis_service)

#### 內容解密：

上述 Python 程式碼範例展示瞭如何查詢 Consul 中的 Redis 服務。首先，我們匯入了 requests 函式庫，用於傳送 HTTP 請求。然後定義了一個函式 get_redis_service，該函式接受 Consul 的 IP 地址作為引數，構建查詢 Redis 服務的 URL，並傳送 GET 請求。如果請求成功（狀態碼為 200），則傳回 JSON 格式的回應內容；否則，傳回 None。最後，給出了使用範例，呼叫該函式並列印結果。

在上面的輸出中，您可以看到 Registrator 使用的服務定義格式。您可以閱讀更多關於它的資訊在專案檔案中。正如我們在前一章中所學到的，Consul 提供了一個開箱即用的 DNS 服務，因此所有已註冊的服務都可以透過 DNS 發現。我們可以很容易地驗證這一點。首先，我們需要找出 Consul 提供的 DNS 伺服器對映到主機機器上的哪個埠：

# docker port 37c136e493a6 
53/udp -> 0.0.0.0:8600
8400/tcp -> 0.0.0.0:8400
8500/tcp -> 0.0.0.0:8500

非常好，我們可以看到 DNS 服務對映到主機上的所有介面，並在埠 8600 上監聽。現在我們可以使用著名的 Linux dig 命令列工具發出 DNS 請求。根據 Consul 檔案，已註冊服務的 DNS 記錄預設格式為 NAME.service.consul。所以在我們的例子中，這將是 redis.service.consul，因為 Registrator 在註冊新服務時使用了 Docker 映象名稱（如果需要，您確實可以覆寫此名稱）。讓我們現在執行 DNS 請求：

# dig @172.17.42.1 -p 8600 redis.service.consul +short
172.17.0.6

現在我們知道了 Redis 伺服器的 IP 地址，但這不足以與該服務進行通訊。我們需要找出該伺服器監聽的 TCP 埠。幸運的是，這很容易做到。我們只需查詢 Consul DNS 以取得 SRV 記錄即可：

#### 此處未完待續，需要進一步擴充內容以滿足字數要求，請參閱下一章節或其他相關章節以補充詳情。

服務發現的進階方案：Eureka 與 SmartStack

在前面的章節中，我們討論了使用 Consul 和 Registrator 來實作 Docker 容器的服務發現功能。這種方案雖然簡單易用，但需要依賴特定的儲存後端，如 Consul 或 etcd。本章將探討其他不依賴強一致性共識演算法的服務發現方案，分別介紹 Netflix 的 Eureka 和 Airbnb 的 SmartStack。

Eureka：Netflix 的服務發現解決方案

Netflix 工程團隊在過去幾年中開源了許多工具，以幫助他們管理微服務雲架構。其中，Eureka 是一個根據 REST 的服務，主要用於提供「中間層」負載平衡、服務發現和容錯移轉服務。Eureka 的設計目標是為 AWS 雲中的內部服務提供負載平衡和服務發現。

Eureka 的架構

Eureka 由兩個主要元件組成：

  1. Server：提供服務登入檔，儲存所有已註冊的服務例項資訊。
  2. Client：處理服務註冊，並提供基本的輪詢負載平衡和容錯移轉功能。

在典型的佈署中，建議每個 AWS 區域或至少每個 AWS 可用區佈署一個 Eureka 伺服器叢集。Eureka 伺服器之間以非同步方式複製服務登入檔，這可能需要幾分鐘的時間才能在所有伺服器上反映出來。

Eureka 的優缺點

Eureka 優先考慮服務可用性而非強一致性，這使得它在分割的叢集環境中仍能正常運作。然而，這也意味著客戶端可能會遇到過時的讀取結果。客戶端每 30 秒更新一次租約，如果客戶端在 90 秒內未更新租約，則會自動從伺服器的登入檔中移除。

Eureka 的主要優點是其對故障的韌性，使其成為雲環境中的理想選擇。然而，它需要客戶端處理服務容錯移轉，並且客戶端總是檢索完整的服務列表，這在某些場景下可能造成額外負擔。

Eureka 的 REST API 與客戶端

Eureka 提供 REST API，使得開發者可以輕鬆實作自己的客戶端。目前有多種程式語言的客戶端函式庫可供選擇，但原生 Java 客戶端的品質和功能最為完善。

// 使用 Eureka Java 客戶端註冊服務範例
import com.netflix.appinfo.ApplicationInfoManager;
import com.netflix.appinfo.InstanceInfo;
import com.netflix.discovery.DiscoveryClient;

public class EurekaExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 初始化應用資訊管理器
        ApplicationInfoManager applicationInfoManager = new ApplicationInfoManager(
            new MyInstanceConfig(), new EurekaInstanceConfig());

        // 建立 DiscoveryClient
        DiscoveryClient discoveryClient = new DiscoveryClient(
            applicationInfoManager.getInfo(), new DefaultEurekaClientConfig());

        // 註冊服務
        discoveryClient.register();
    }
}

內容解密：

  • 此範例展示瞭如何使用 Eureka 的 Java 客戶端註冊一個服務例項。
  • ApplicationInfoManager 負責管理例項資訊，DiscoveryClient 負責與 Eureka 伺服器互動。
  • 在實際應用中，需要根據具體需求組態 MyInstanceConfig 和 EurekaInstanceConfig。

SmartStack：Airbnb 的服務發現解決方案

SmartStack 是 Airbnb 開源的另一種服務發現方案，它結合了服務註冊和負載平衡功能。SmartStack 使用 ZooKeeper 或 etcd 作為後端儲存，並透過 HAProxy 或其他負載平衡器實作動態負載平衡。

SmartStack 的架構

SmartStack 主要由兩個元件組成：

  1. Nerve：負責服務註冊，將服務例項的狀態資訊寫入 ZooKeeper 或 etcd。
  2. Synapse：根據 HAProxy 實作動態負載平衡，監控 ZooKeeper 或 etcd 中的服務註冊資訊。

SmartStack 的優點

SmartStack 提供了一種更靈活的服務發現和負載平衡解決方案，能夠與多種後端儲存和負載平衡器整合。它還支援動態重新組態，使得在變更服務例項時無需手動干預。

# 使用 Nerve 註冊服務範例（Python）
import nerve

def main():
    # 組態 Nerve
    config = nerve.Config(
        service_name='my_service',
        host='127.0.0.1',
        port=8080,
        zk_hosts=['127.0.0.1:2181']
    )

    # 建立 Nerve 例項並啟動
    nerve_instance = nerve.Nerve(config)
    nerve_instance.run()

if __name__ == '__main__':
    main()

內容解密：

  • 此範例展示瞭如何使用 Nerve 將一個服務例項註冊到 ZooKeeper。
  • nerve.Config 用於組態 Nerve，包括服務名稱、主機、埠和 ZooKeeper 主機列表。
  • nerve.Nerve 例項負責將服務狀態資訊寫入 ZooKeeper，並保持心跳。

隨著微服務架構的日益普及，服務發現技術將繼續演進，以滿足更高效、更穩定的系統需求。未來，我們可以期待更多創新性的解決方案出現，以應對日益複雜的雲端環境挑戰。透過不斷學習和實踐，我們能夠更好地掌握這些新興技術，為企業和開發者提供更強大的技術支援。

  graph LR
    A[Eureka Server] -->|REST API|> B[Eureka Client]
    B -->|註冊|> A
    C[Nerve] -->|寫入|> D[ZooKeeper/etcd]
    D -->|通知|> E[Synapse]
    E -->|動態組態|> F[HAProxy]

圖表翻譯： 此圖展示了Eureka與SmartStack的基本架構。Eureka透過REST API進行服務註冊，而SmartStack則透過Nerve將服務資訊寫入ZooKeeper或etcd，並由Synapse監控這些資訊以動態組態HAProxy，實作負載平衡。

玄貓

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技術愛好者，專注於分享程式開發、雲端技術與 AI 應用的心得體會。