本文將介紹基于 DNS 的負(fù)載均衡、基于 VIP 的負(fù)載均衡和路由網(wǎng)格(Routing Mesh)辽故。
使用的技術(shù)
Docker 使用了 Linux 內(nèi)核 iptables 和 IPVS 的功能來實(shí)現(xiàn)服務(wù)發(fā)現(xiàn)和負(fù)載均衡。
- iptables 是 Linux 內(nèi)核中可用的包過濾技術(shù)腐碱,它可用于根據(jù)數(shù)據(jù)包的內(nèi)容進(jìn)行分類誊垢、修改和轉(zhuǎn)發(fā)決策。
- IPVS 是 Linux 內(nèi)核中可用的傳輸級(jí)負(fù)載均衡器症见。
準(zhǔn)備工作
- swarm 集群:【Manager】node1喂走、【W(wǎng)orker】node2
- 客戶端鏡像: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/anoy/ubuntu
- 服務(wù)端鏡像: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/anoy/vote
如圖所示,我們將在 swarm 集群中部署 “client” 服務(wù) 和 “vote” 服務(wù)谋作,其中 “vote” 服務(wù)部署多個(gè)副本芋肠。客戶端請(qǐng)求 “vote” 服務(wù)時(shí)遵蚜,輸出結(jié)果中包含服務(wù)端的容器 ID帖池,這樣就更方便演示網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求奈惑。
集群狀態(tài)
[root@node1 ~]# docker node ls
ID HOSTNAME STATUS AVAILABILITY MANAGER STATUS ENGINE VERSION
rnr2i1y2of3n5vy2vzh2vkzq0 * node1 Ready Active Leader 18.03.1-ce
qvik057dvphx5s06evmswahaf node2 Ready Active 18.03.1-ce
使用如下命令,創(chuàng)建 overlay 網(wǎng)絡(luò):
docker network create --driver overlay overlay1
基于 DNS 的負(fù)載均衡
下圖描述了基于 DNS 的負(fù)載均衡是如何工作的:
DNS server 內(nèi)嵌于 Docker 引擎睡汹。Docker DNS 解析服務(wù)名 “vote” 并返回容器 ID 地址列表(隨機(jī)排序)肴甸。客戶端通常會(huì)挑第一個(gè) IP 訪問囚巴,因此負(fù)載均衡可能發(fā)生在服務(wù)器的不同實(shí)例之間原在。
使用如下命令創(chuàng)建 2 個(gè)基于 DNS 負(fù)載均衡的服務(wù) “client” 、 “vote”:
docker service create --endpoint-mode dnsrr --replicas 1 --name client --network overlay1 registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/anoy/ubuntu ping anoyi.com
docker service create --endpoint-mode dnsrr --name vote --network overlay1 --replicas 2 registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/anoy/vote
查看服務(wù)信息:
[root@node1 ~]# docker service ls
ID NAME MODE REPLICAS IMAGE PORTS
2mrj3pqyioc3 client replicated 1/1 registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/anoy/ubuntu:latest
826s79tsixuh vote replicated 2/2 registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/anoy/vote:latest
[root@node1 ~]# docker service ps client
ID NAME IMAGE NODE DESIRED STATE CURRENT STATE ERROR PORTS
f74i688vbh12 client.1 registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/anoy/ubuntu:latest node2 Running Running 2 minutes ago
[root@node1 ~]# docker service ps vote
ID NAME IMAGE NODE DESIRED STATE CURRENT STATE ERROR PORTS
7iiuzl2a63hy vote.1 registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/anoy/vote:latest node1 Running Running 47 seconds ago
uyhxxqfdima7 vote.2 registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/anoy/vote:latest node2 Running Running about a minute ago
可以看出 "client" 運(yùn)行于 node2彤叉,在 node2 上進(jìn)入 client 容器晤斩,使用 dig 來解析服務(wù)名 "vote",如下所示姆坚,"vote" 解析到 10.0.0.6 和 10.0.0.5
[root@node2 ~]# docker ps
CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES
1eed67d37cbb registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/anoy/vote:latest "gunicorn app:app -b…" About a minute ago Up About a minute 80/tcp vote.2.uyhxxqfdima7smos5pki84wul
436702b21a1c registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/anoy/ubuntu:latest "ping anoyi.com" 3 minutes ago Up 3 minutes client.1.f74i688vbh12on8oniufht633
[root@node2 ~]# docker exec -it 436702b21a1c /bin/bash
root@436702b21a1c:/# dig vote
;; ANSWER SECTION:
vote. 600 IN A 10.0.0.5
vote. 600 IN A 10.0.0.6
使用 ping 解析 "vote" 服務(wù)澳泵,如下所示,交替解析到 10.0.0.6 和 10.0.0.5
root@436702b21a1c:/# ping -c1 vote
PING vote (10.0.0.6) 56(84) bytes of data.
64 bytes from vote.2.uyhxxqfdima7smos5pki84wul.overlay1 (10.0.0.6): icmp_seq=1 ttl=64 time=0.087 ms
root@436702b21a1c:/# ping -c1 vote
PING vote (10.0.0.5) 56(84) bytes of data.
64 bytes from vote.1.7iiuzl2a63hyj084qgufc175v.overlay1 (10.0.0.5): icmp_seq=1 ttl=64 time=0.767 ms
如果使用 curl兼呵,如下所示兔辅,請(qǐng)求也能解析到不同的容器
root@436702b21a1c:/# curl vote | grep -i "container id"
% Total % Received % Xferd Average Speed Time Time Time Current
Dload Upload Total Spent Left Speed
100 3162 100 3162 0 0 7542 0 --:--:-- --:--:-- --:--:-- 7546
Processed by container ID 9b42319d4f13
root@436702b21a1c:/# curl vote | grep -i "container id"
% Total % Received % Xferd Average Speed Time Time Time Current
Dload Upload Total Spent Left Speed
100 3162 100 3162 0 0 452k 0 --:--:-- --:--:-- --:--:-- 514k
Processed by container ID 1eed67d37cbb
基于 DNS 負(fù)載均衡存在如下問題:
- 某些應(yīng)用程序?qū)?DNS 主機(jī)名緩存到 IP 地址映射筋量,這會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用程序在映射更改時(shí)超時(shí)
- 具有非零 DNS ttl 值會(huì)導(dǎo)致 DNS 條目反映最新的詳細(xì)信息時(shí)發(fā)生延遲
基于 VIP 的負(fù)載均衡
基于 VIP 的負(fù)載均衡克服了基于 DNS 負(fù)載均衡的一些問題沉帮。在這種方法中口注,每個(gè)服務(wù)都有一個(gè) IP 地址蚁阳,并且該 IP 地址映射到與該服務(wù)關(guān)聯(lián)的多個(gè)容器的 IP 地址。在這種情況下寺谤,與服務(wù)關(guān)聯(lián)的服務(wù) IP 不會(huì)改變报咳,即使與該服務(wù)關(guān)聯(lián)的容器死亡并重新啟動(dòng)蒜埋。
下圖描述了基于 VIP 的負(fù)載均衡是如何工作的:
DNS server 會(huì)將服務(wù)名 "vote" 解析到 VIP凌彬,使用 iptables 和 ipvs沸柔,VIP 實(shí)現(xiàn) 2 個(gè)服務(wù)端 "vote" 容器的負(fù)載均衡。
使用如下命令創(chuàng)建 2 個(gè) VIP 模式的服務(wù) “client” 铲敛、 “vote”:
docker service create --replicas 1 --name client --network overlay1 registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/anoy/ubuntu ping anoyi.com
docker service create --name vote --network overlay1 --replicas 2 registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/anoy/vote
查看這 2 個(gè)服務(wù)和它們的服務(wù) IP:
[root@node1 ~]# docker service inspect --format {{.Endpoint.VirtualIPs}} vote
[{tetug0isdx1gri62g7cfm889i 10.0.0.9/24}]
[root@node1 ~]# docker service inspect --format {{.Endpoint.VirtualIPs}} client
[{tetug0isdx1gri62g7cfm889i 10.0.0.7/24}]
在 "client" 的容器中使用如下命令褐澎,可以看到服務(wù)名 "vote" 映射到 VIP "10.0.0.9"
[root@node2 ~]# docker exec -it f3d1c4ef53f8 /bin/bash
root@f3d1c4ef53f8:/# dig vote
;; ANSWER SECTION:
vote. 600 IN A 10.0.0.9
Service IP "10.0.0.9" 使用 Linux 內(nèi)核的 iptables 和 IPVS 負(fù)載均衡到 2 個(gè)容器。iptables 實(shí)現(xiàn)防火墻規(guī)則伐蒋,IPVS 實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡工三。為了證明這一點(diǎn),我們需要使用 nsenter 進(jìn)入容器的網(wǎng)絡(luò)空間 (namespace)先鱼。為此俭正,我們需要找到網(wǎng)絡(luò)的命名空間。
如下是 node2 上的網(wǎng)絡(luò)命名空間:
[root@node2 ~]# cd /run/docker/netns/
[root@node2 netns]# ls
1-tetug0isdx 1-vyy22w04t6 be7330b99a27 d67fa9efb59e ingress_sbox
前 2 個(gè)命名空間是用于 overlay 網(wǎng)絡(luò)焙畔,后面的用于容器掸读。下面的命令用于找到 "client" 容器的網(wǎng)絡(luò)命名空間:
[root@node2 netns]# docker ps
CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES
43a789312e70 registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/anoy/vote:latest "gunicorn app:app -b…" 3 minutes ago Up 3 minutes 80/tcp vote.1.u46ms31e8zjdxtwrxvaec8zub
f3d1c4ef53f8 registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/anoy/ubuntu:latest "ping anoyi.com" 4 minutes ago Up 4 minutes client.1.ycox088aek5ajejezubwsjqf2
[root@node2 netns]# docker inspect f3d1c4ef53f8 | grep -i sandbox
"SandboxID": "be7330b99a274a03a7f58e9e991346dc6f048836a1682c7244a6068acbfb664c",
"SandboxKey": "/var/run/docker/netns/be7330b99a27",
SandboxID 即為 "client" 容器的網(wǎng)絡(luò)命名空間。
使用如下命令,我們就能夠進(jìn)入到 "client" 容器的網(wǎng)絡(luò)命令空間:
nsenter --net=f3d1c4ef53f8 sh
下面寺枉,我們可以看到 iptables 的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則和 IPVS 輸出:
sh-4.2# iptables -nvL -t mangle
Chain OUTPUT (policy ACCEPT 606 packets, 50867 bytes)
pkts bytes target prot opt in out source destination
0 0 MARK all -- * * 0.0.0.0/0 10.0.0.7 MARK set 0x102
0 0 MARK all -- * * 0.0.0.0/0 10.0.0.9 MARK set 0x103
sh-4.2# ipvsadm
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
FWM 258 rr
-> node2:0 Masq 1 0 0
FWM 259 rr
-> 10.0.0.10:0 Masq 1 0 0
-> 10.0.0.11:0 Masq 1 0 0
Service IP "10.0.0.9" 使用 iptables OUTPUT 鏈獲得標(biāo)記 0x103 (十六進(jìn)制 -> 十進(jìn)制:259)抑淫,然后 IPVS 使用此標(biāo)記并將它負(fù)載均衡到 "10.0.0.10" 和 "10.0.0.11" 绷落。
查看 vote 服務(wù)的 2 個(gè)容器的 IP 如下所示姥闪,即 VIP "10.0.0.9" 負(fù)載均衡到不同的容器實(shí)例:
[root@node2 netns]# docker inspect vote.1.u46ms31e8zjdxtwrxvaec8zub | grep IPv4
"IPv4Address": "10.0.0.10"
[root@node1 ~]# docker inspect vote.2.tutj19i4iwu1xn7arsaq815cu | grep IPv4
"IPv4Address": "10.0.0.11"
進(jìn)入 client 服務(wù)的容器,使用 curl 請(qǐng)求 vote 服務(wù)砌烁,輸出結(jié)果如下筐喳,即請(qǐng)求分發(fā)到不同的容器:
root@f3d1c4ef53f8:/# curl vote | grep -i "container id"
% Total % Received % Xferd Average Speed Time Time Time Current
Dload Upload Total Spent Left Speed
100 3162 100 3162 0 0 14409 0 --:--:-- --:--:-- --:--:-- 14438
Processed by container ID c2af209c4e90
root@f3d1c4ef53f8:/# curl vote | grep -i "container id"
% Total % Received % Xferd Average Speed Time Time Time Current
Dload Upload Total Spent Left Speed
100 3162 100 3162 0 0 165k 0 --:--:-- --:--:-- --:--:-- 171k
Processed by container ID 43a789312e70
路由網(wǎng)格 (Routing mesh)
使用路由網(wǎng)格,服務(wù)暴露的端口會(huì)暴露在 Swarm 集群中的所有工作節(jié)點(diǎn)函喉。Docker 是通過創(chuàng)建 "ingress" overlay 網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的避归,所有節(jié)點(diǎn)默認(rèn)使用內(nèi)在的 sandbox 網(wǎng)絡(luò)命名空間成為 "ingress" overlay 網(wǎng)絡(luò)的一部分。
下圖描述了 Routing mesh 如何實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡的:
首先管呵,會(huì)將 Hostname 或 IP 映射到 Sandbox IP梳毙,Sandbox 中的 iptables 和 IPVS 負(fù)責(zé)將請(qǐng)求負(fù)載均衡到 2 個(gè) vote 容器。Ingress sandbox 網(wǎng)絡(luò)命名空間駐留在 swarm 集群中的所有工作節(jié)點(diǎn)捐下,它通過將主機(jī)映射的端口負(fù)載均衡到后端容器來協(xié)助路由網(wǎng)格功能账锹。
使用如下命令創(chuàng)建 vote 服務(wù),使用路由網(wǎng)格暴露端口到所有節(jié)點(diǎn):
docker service create --name vote --network overlay1 --replicas 2 -p 8080:80 registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/anoy/vote
下圖顯示了 Sandbox坷襟、容器和每個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)之間的映射關(guān)系:
如圖所示奸柬,Sandbox 和 vote 容器是 "ingress" 網(wǎng)絡(luò)的一部分,它有助于路由網(wǎng)格婴程。client 容器和 vote 容器是 "overlay1" 網(wǎng)絡(luò)的一部分廓奕,它有助于內(nèi)部負(fù)載均衡。所有容器都是默認(rèn) "docker_gwbridge" 網(wǎng)絡(luò)的一部分档叔。
遵循 iptables 中的 NAT 規(guī)則顯示桌粉,端口 8080 上的主機(jī)流量發(fā)送到 node1 里的 Sandbox:
[root@node1 ~]# iptables -nvL -t nat
Chain DOCKER-INGRESS (2 references)
pkts bytes target prot opt in out source destination
0 0 DNAT tcp -- * * 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 tcp dpt:8080 to:172.18.0.2:8080
315 18876 RETURN all -- * * 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0
進(jìn)入 node1 上的 Sandbox 網(wǎng)絡(luò)命名空間 (ingress_sbox),查看 iptables 的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則和 IPVS 輸出:
[root@node1 netns]# nsenter --net=ingress_sbox sh
sh-4.2# iptables -nvL -t mangle
Chain PREROUTING (policy ACCEPT 0 packets, 0 bytes)
pkts bytes target prot opt in out source destination
0 0 MARK tcp -- * * 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 tcp dpt:8080 MARK set 0x105
sh-4.2# ipvsadm
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
FWM 261 rr
-> 10.255.0.5:0 Masq 1 0 0
-> 10.255.0.6:0 Masq 1 0 0
端口 8080 標(biāo)記為 0x105 (十六進(jìn)制 -> 十進(jìn)制:261)衙四,IPVS 使用此標(biāo)記將它負(fù)載均衡到 "10.255.0.5" 和 "10.255.0.6" 番甩。
查看 vote 服務(wù)的 2 個(gè)容器的 IP 如下所示,即主機(jī)端口 8080 的流量會(huì)負(fù)載均衡到不同的容器實(shí)例:
[root@node1 netns]# docker inspect 6173afd5fab8 | grep IPv4
"IPv4Address": "10.255.0.6"
"IPv4Address": "10.0.0.14"
[root@node2 ~]# docker inspect b07e95c5c681 | grep IPv4
"IPv4Address": "10.255.0.5"
"IPv4Address": "10.0.0.13"
驗(yàn)證負(fù)載均衡届搁,在 node1 上通過 node2 的 IP 和 8080 端口請(qǐng)求 vote 服務(wù):
[root@node1 netns]# curl node2:8080 | grep -i "container id"
% Total % Received % Xferd Average Speed Time Time Time Current
Dload Upload Total Spent Left Speed
100 3162 100 3162 0 0 199k 0 --:--:-- --:--:-- --:--:-- 192k
Processed by container ID 6173afd5fab8
[root@node1 netns]# curl node2:8080 | grep -i "container id"
% Total % Received % Xferd Average Speed Time Time Time Current
Dload Upload Total Spent Left Speed
100 3162 100 3162 0 0 7551 0 --:--:-- --:--:-- --:--:-- 7546
Processed by container ID b07e95c5c681
在 node2 上通過 node1 的 IP 和 8080 端口請(qǐng)求 vote 服務(wù):
[root@node2 ~]# curl node1:8080 | grep -i "container id"
% Total % Received % Xferd Average Speed Time Time Time Current
Dload Upload Total Spent Left Speed
100 3162 100 3162 0 0 7531 0 --:--:-- --:--:-- --:--:-- 7546
Processed by container ID 6173afd5fab8
[root@node2 ~]# curl node1:8080 | grep -i "container id"
% Total % Received % Xferd Average Speed Time Time Time Current
Dload Upload Total Spent Left Speed
100 3162 100 3162 0 0 169k 0 --:--:-- --:--:-- --:--:-- 171k
Processed by container ID b07e95c5c681