Docker Swarm 作為容器協調工具，其排程策略決定了容器在叢集節點上的分配方式。預設的 spread strategy 力求負載平衡，將容器均勻分佈於各節點。新增節點時，Swarm 不會重新排程已執行容器，僅將新容器分配到新節點。資源限制設定，例如 CPU 和記憶體，會影響 Swarm 的排程決策，資源不足可能導致容器處於 Pending 狀態。透過 --constraint 引數，可以根據節點屬性（如角色、主機名、標籤）設定約束條件，精確控制服務佈署位置。多重約束條件需同時滿足，才能將容器排程到目標節點。更新服務組態後，Swarm 會根據新設定重新排程容器。藉由調整約束條件，可以將服務遷移到特定節點，例如將服務從工作節點遷移到管理節點。
Docker Swarm 排程策略詳解
Docker Swarm 是一種容器協調工具，能夠自動化管理多個 Docker 容器。在 Swarm 中，排程策略（Scheduling Strategy）扮演著至關重要的角色，決定了容器如何在叢集中的不同節點上分配。
均勻排程策略（Spread Scheduling Strategy）
均勻排程策略是 Docker Swarm 的預設排程策略。這種策略會盡量將容器均勻地分配到叢集中的各個節點上，以實作負載平衡。例如，當建立一個具有 6 個副本的 MySQL 服務時，Swarm 會將這 6 個副本分配到不同的節點上。
例項分析
假設有一個包含 2 個節點的 Swarm 叢集：1 個管理節點和 1 個工作節點。當建立一個具有 6 個副本的 MySQL 服務時，Swarm 會將 3 個副本分配到管理節點，將另外 3 個副本分配到工作節點。
~ $ docker service ps -f desired-state=running mysql
ID NAME IMAGE NODE DESIRED STATE CURRENT STATE ERROR PORTS
p14bbk7ij1mt mysql.1 mysql:latest ip-172-31-29-67.ec2.internal Running Running 6 minutes ago
w0521ik1awjf mysql.2 mysql:latest ip-172-31-29-67.ec2.internal Running Running 8 minutes ago
uatsaay7axlc mysql.3 mysql:latest ip-172-31-25-121.ec2.internal Running Running 2 minutes ago
w1tlw0fom42q mysql.4 mysql:latest ip-172-31-29-67.ec2.internal Running Running 2 minutes ago
s09ts9s8np3d mysql.5 mysql:latest ip-172-31-25-121.ec2.internal Running Running 6 minutes ago
utjo8lwbtzf7 mysql.6 mysql:latest ip-172-31-25-121.ec2.internal Running Running 8 minutes ago
新增節點對排程的影響
當向 Swarm 叢集新增節點時，均勻排程策略不會重新排程已經執行的容器。這意味著已經執行的容器將繼續在原來的節點上執行，而新的容器將根據新的節點組態進行排程。
程式碼解析
~ $ docker service ps mysql
ID NAME IMAGE NODE DESIRED STATE CURRENT STATE ERROR PORTS
p14bbk7ij1mt mysql.1 mysql:latest ip-172-31-29-67.ec2.internal Running Running 15 minutes ago
w0521ik1awjf mysql.2 mysql:latest ip-172-31-29-67.ec2.internal Running Running 17 minutes ago
uatsaay7axlc mysql.3 mysql:latest ip-172-31-25-121.ec2.internal Running Running 12 minutes ago
z9wn2nrzfzt8 \_ mysql.3 mysql:latest 0waa5g3b6j641xtwsygvjvwc1 Shutdown Running 13 minutes ago
w1tlw0fom42q mysql.4 mysql:latest ip-172-31-29-67.ec2.internal Running Running 12 minutes ago
qc75buhzzct3 \_ mysql.4 mysql:latest 0waa5g3b6j641xtwsygvjvwc1 Shutdown Running 13 minutes ago
s09ts9s8np3d mysql.5 mysql:latest ip-172-31-25-121.ec2.internal Running Running 15 minutes ago
utjo8lwbtzf7 mysql.6 mysql:latest ip-172-31-25-121.ec2.internal Running Running 17 minutes ago
#### 內容解密：
上述輸出結果顯示了在新增節點後，容器的排程情況。可以看到，原來的容器仍然在原來的節點上執行，而新增的節點尚未被利用。這是因為均勻排程策略不會重新排程已經執行的容器。
資源限制對排程的影響
Swarm 的排程策略還受到節點資源容量的限制。如果服務所需的資源超過了可用資源，Swarm 將無法排程該服務。
#### 程式碼解析與例項
~ $ docker service create \
> --env MYSQL_ROOT_PASSWORD='mysql' \
> --replicas 1 \
> --name mysql \
> --reserve-cpu 1 --limit-cpu 2 --reserve-memory 256mb --limit-memory 512mb mysql
0qe2thy0dlviroli6k8thist1
#### 內容解密：
這段程式碼建立了一個名為 mysql 的服務，並指定了資源請求和限制。 --reserve-cpu 和 --reserve-memory 用於指定服務所需的最低資源，而 --limit-cpu 和 --limit-memory 用於指定服務可使用的最大資源。
當擴充套件服務到多個副本時，如果節點資源不足，Swarm 將無法排程所有副本。
~ $ docker service scale mysql=5
mysql scaled to 5
#### 程式碼解析
~ $ docker service ps mysql
ID NAME IMAGE NODE DESIRED STATE CURRENT STATE ERROR PORTS
opxf4ne7iyy6 mysql.1 mysql:latest ip-172-31-25-121.ec2.internal Running Running 4 minutes ago
x30y3jlea047 mysql.2 mysql:latest ip-172-31-29-67.ec2.internal Running Running 3 minutes ago
w4ivsbvwqqzq mysql.3 mysql:latest Running Pending 3 minutes ago
d3oxy6hxfjh3 mysql.4 mysql:latest Running Pending 3 minutes ago
ic331aasjpdm mysql.5 mysql:latest ip-172-31-44-104.ec2.internal Running Running 3 minutes ago
#### 內容解密：
輸出結果顯示，部分副本處於 Pending 狀態，表示 Swarm 無法為它們排程合適的節點。這是因為叢集中可用的資源不足以滿足所有副本的需求。
新增工作節點以滿足資源需求
為瞭解決資源不足的問題，可以向 Swarm 叢集新增工作節點。這樣，Swarm 就能夠將 Pending 狀態的副本排程到新的節點上。
~ $ docker service ps mysql
ID NAME IMAGE NODE DESIRED STATE CURRENT STATE ERROR PORTS
opxf4ne7iyy6 mysql.1 mysql:latest ip-172-31-25-121.ec2.internal Running Running 5 minutes ago
x30y3jlea047 mysql.2 mysql:latest ip-172-31-29-67.ec2.internal Running Running 4 minutes ago
w4ivsbvwqqzq mysql.3 mysql:latest ip-172-31-2-177.ec2.internal Running Running 21 seconds ago
d3oxy6hxfjh3 mysql.4 mysql:latest ip-172-31-40-70.ec2.internal Running Preparing 30 seconds ago
ic331aasjpdm mysql.5 mysql:latest ip-172-31-44-104.ec2.internal Running Running 4 minutes ago
#### 圖表說明：此圖示表示在新增工作節點後，Swarm 將 Pending 狀態的副本排程到新的節點上，從而滿足了服務所需的資源。
Docker Swarm 服務排程管理
Docker Swarm 提供了強大的服務排程功能，能夠根據資源使用情況和節點屬性進行靈活的任務分配。本章將探討 Docker Swarm 中的服務排程機制，包括資源管理、排程限制以及如何對服務進行更新和擴充套件。
資源管理與排程
在 Docker Swarm 中，服務的資源使用是由 --reserve-cpu、--limit-cpu、--reserve-memory 和 --limit-memory 等引數控制的。這些引數確保服務任務不會超出指定的資源限制。例如，當我們建立一個 MySQL 服務時，可以指定其資源限制：
docker service create \
--env MYSQL_ROOT_PASSWORD='mysql' \
--replicas 3 \
--name mysql \
--reserve-cpu 0.1 \
--limit-cpu 0.5 \
--reserve-memory 64mb \
--limit-memory 128mb \
mysql
內容解密：
--reserve-cpu 0.1：為每個 MySQL 任務保留 0.1 個 CPU 核心。--limit-cpu 0.5：限制每個 MySQL 任務最多使用 0.5 個 CPU 核心。--reserve-memory 64mb：為每個 MySQL 任務保留 64MB 的記憶體。--limit-memory 128mb：限制每個 MySQL 任務最多使用 128MB 的記憶體。
當服務的資源需求超過節點的可用資源時，任務可能會處於 Pending 狀態。更新服務的資源限制只會對新建立的任務生效，已執行的任務不會受到影響。要使已執行的任務使用新的資源設定，需要先將服務縮小到一個任務，然後再擴充套件回所需的副本數量。
docker service scale mysql=1
docker service scale mysql=5
內容解密：
- 先將 MySQL 服務縮小到 1 個副本，停止多餘的任務。
- 再將 MySQL 服務擴充套件回 5 個副本，使新的資源設定生效。
新增服務排程限制
Docker Swarm 支援透過排程限制（Scheduling Constraints）來控制服務任務的放置。這些限制可以根據節點屬性、後設資料和引擎後設資料進行設定。建立或更新服務時，可以使用 --constraint 選項來新增排程限制。
例如，若要將 MySQL 服務的任務僅在工作節點（worker nodes）上執行，可以使用以下命令：
docker service create \
--env MYSQL_ROOT_PASSWORD='mysql' \
--replicas 3 \
--constraint node.role==worker \
--name mysql \
mysql
內容解密：
--constraint node.role==worker：指定 MySQL 服務的任務只能在工作節點上執行。node.role==worker：這是一個節點屬性，用於區分工作節點和管理節點。
節點屬性與排程限制
Docker Swarm 中的節點屬性可以用於定義排程限制，常見的節點屬性包括 node.id、node.hostname、node.role 和 node.labels 等。這些屬性可以幫助管理員更精細地控制服務任務的分配。
| 節點屬性 | 描述 | 示例 |
|---|---|---|
node.id | 指定節點 ID | node.id==a3r56hj7y |
node.hostname | 指定節點的主機名 | node.hostname!=ip-10-0-0-ec2.internal |
node.role | 指定節點角色（worker 或 manager） | node.role==manager |
node.labels | 指定使用者新增的節點標籤 | node.labels.db==mysql |
Docker Swarm 服務排程深入解析
Docker Swarm 提供了一個強大的容器協調工具，而服務排程是其中一個核心功能。本章將探討 Docker Swarm 的服務排程機制，包括如何使用不同的約束條件來控制服務的佈署。
基礎排程操作
首先，我們來看看如何建立一個服務並在特定的節點上排程任務。Docker Swarm 允許我們使用 --constraint 引數來指定節點的屬性，從而控制服務的佈署位置。
在工作節點上排程服務
以下命令展示瞭如何在兩個工作節點上排程一個 MySQL 服務的三個副本：
docker service create \
--env MYSQL_ROOT_PASSWORD='mysql' \
--replicas 3 \
--name mysql \
mysql
執行 docker service ps 命令後，我們可以看到這三個副本被排程到了兩個工作節點上：
~ $ docker service ps -f desired-state=running mysql
ID NAME IMAGE NODE DESIRED STATE CURRENT STATE ERROR PORTS
f5t15mnrft0h mysql.1 mysql:latest ip-172-31-29-67.ec2.internal Running Running 19 seconds ago
oxvq4ljuq6yz mysql.2 mysql:latest ip-172-31-2-177.ec2.internal Running Running 19 seconds ago
k5jo862lvsxf mysql.3 mysql:latest ip-172-31-2-177.ec2.internal Running Running 19 seconds ago
在管理節點上排程服務
我們也可以透過指定 --constraint node.id 引數將服務的副本排程到特定的管理節點上：
docker service create \
--env MYSQL_ROOT_PASSWORD='mysql' \
--replicas 3 \
--constraint node.id==<nodeid> \
--name mysql \
mysql
執行後，所有三個副本都會被排程到指定的管理節點上：
~ $ docker service ps -f desired-state=running mysql
ID NAME IMAGE NODE DESIRED STATE CURRENT STATE ERROR PORTS
lbttu95qdjvy mysql.1 mysql:latest ip-172-31-25-121.ec2.internal Running Running 21 seconds ago
89x0z94on0fb mysql.2 mysql:latest ip-172-31-25-121.ec2.internal Running Running 21 seconds ago
3s6508aimdaj mysql.3 mysql:latest ip-172-31-25-121.ec2.internal Running Running 22 seconds ago
多重排程約束
Docker Swarm 也支援多重排程約束。當使用多個約束條件時，所有的條件都必須被滿足，服務的副本才會被排程到相應的節點上。
例如，我們可以建立一個服務，要求它只在工作節點上執行，並且排除特定的主機名：
docker service create \
--env MYSQL_ROOT_PASSWORD='mysql' \
--replicas 3 \
--constraint node.role==worker \
--constraint node.hostname!=ip-172-31-2-177.ec2.internal \
--name mysql \
mysql
執行後，所有三個副本都會被排程到符合條件的工作節點上：
~ $ docker service ps mysql
ID NAME IMAGE NODE DESIRED STATE CURRENT STATE ERROR PORTS
jlfk79mb6m6a mysql.1 mysql:latest ip-172-31-29-67.ec2.internal Running Running 13 seconds ago
if5y39ky884q mysql.2 mysql:latest ip-172-31-29-67.ec2.internal Running Running 13 seconds ago
zctm6mzbl4du mysql.3 mysql:latest ip-172-31-29-67.ec2.internal Running Running 13 seconds ago
更新服務以移除約束
如果我們更新服務以移除先前設定的約束條件，Docker Swarm 將根據新的條件重新排程服務的副本：
docker service update \
--constraint-rm node.role==worker \
--constraint-rm node.hostname!=ip-172-31-2-177.ec2.internal \
mysql
更新後，服務的副本將被重新排程到 Swarm 中的所有節點上：
~ $ docker service ps -f desired-state=running mysql
ID NAME IMAGE NODE DESIRED STATE CURRENT STATE ERROR PORTS
d22bkgteivot mysql.1 mysql:latest ip-172-31-29-67.ec2.internal Running Running 46 seconds ago
mp757499j3io mysql.2 mysql:latest ip-172-31-2-177.ec2.internal Running Running 49 seconds ago
jtdxucteb0fl mysql.3 mysql:latest ip-172-31-25-121.ec2.internal Running Running 53 seconds ago
在管理節點上執行服務
我們可以透過提升工作節點為管理節點，並使用多重約束條件，將服務的副本排程到特定的管理節點上：
docker node promote ip-172-31-2-177.ec2.internal
docker service update \
--constraint-add node.role==manager \
--constraint-add node.hostname==ip-172-31-2-177.ec2.internal \
mysql
詳細解說
提升工作節點為管理節點：使用
docker node promote命令將指定的工作節點提升為管理節點。docker node promote ip-172-31-2-177.ec2.internal詳細解說：
docker node promote：用於將工作節點提升為管理節點的命令。ip-172-31-2-177.ec2.internal：需要被提升的工作節點的主機名。
更新服務以新增約束：使用
docker service update命令並配合--constraint-add，將服務的副本限制在特定的管理節點上。docker service update \ --constraint-add node.role==manager \ --constraint-add node.hostname==ip-172-31-2-177.ec2.internal \ mysql詳細解說：
docker service update：用於更新現有服務組態的命令。--constraint-add node.role==manager：新增約束條件，要求服務的副本只能在管理節點上執行。--constraint-add node.hostname==ip-172-31-2-177.ec2.internal：進一步限制服務的副本只能在主機名為ip-172-31-2-177.ec2.internal的管理節點上執行。
透過這些步驟，我們可以靈活地控制 Docker Swarm 中服務的佈署和排程，以滿足不同的需求和場景。
Plantuml 圖表說明
以下 Plantuml 圖表展示了 Docker Swarm 中服務排程的基本流程：
@startuml
skinparam backgroundColor #FEFEFE
skinparam componentStyle rectangle
title Docker Swarm 服務排程策略詳解
package "Docker 架構" {
actor "開發者" as dev
package "Docker Engine" {
component [Docker Daemon] as daemon
component [Docker CLI] as cli
component [REST API] as api
}
package "容器運行時" {
component [containerd] as containerd
component [runc] as runc
}
package "儲存" {
database [Images] as images
database [Volumes] as volumes
database [Networks] as networks
}
cloud "Registry" as registry
}
dev --> cli : 命令操作
cli --> api : API 呼叫
api --> daemon : 處理請求
daemon --> containerd : 容器管理
containerd --> runc : 執行容器
daemon --> images : 映像檔管理
daemon --> registry : 拉取/推送
daemon --> volumes : 資料持久化
daemon --> networks : 網路配置
@enduml此圖示展示了從建立服務到最終排程副本的整個流程。
圖表解說
- 建立服務：定義服務的基本屬性，如映像檔和環境變數。
- 定義副本數量：指定需要執行的副本數量。
- 設定節點約束：根據需求設定節點的屬性約束，如角色或主機名。
- 排程服務副本：根據設定的約束條件，將副本排程到符合要求的節點上。
- 檢查副本狀態：監控副本的執行狀態，確保它們正常運作。
- 符合條件：如果副本成功執行且符合預期，則保持執行狀態。
- 不符合條件：如果副本未能正常執行或不符合預期，則進行重新排程。
透過這個流程圖，我們可以清晰地瞭解 Docker Swarm 中服務排程的工作原理和步驟。
