Wie man Hochverfügbarkeit in einem Docker Swarm sicherstellt

Einführung

Docker Swarm ist ein leistungsstarkes Orchestrierungstool (Orchestration Tool), mit dem Sie Ihre containerisierten Anwendungen verwalten und skalieren können. In diesem Tutorial werden wir untersuchen, wie Sie in einer Docker Swarm-Umgebung (Environment) Hochverfügbarkeit gewährleisten können. Dabei werden wir die wichtigsten Bereitstellungsstrategien (Deployment Strategies) und bewährten Verfahren (Best Practices) behandeln, um sicherzustellen, dass Ihre Dienste zuverlässig laufen.

Skills Graph

Einführung in Docker Swarm

Docker Swarm ist ein natives Cluster- und Orchestrierungstool (Clustering and Orchestration Tool) für Docker-Container. Es ermöglicht Ihnen, eine Gruppe von Docker-Hosts zu verwalten und Anwendungen auf ihnen bereitzustellen, wobei es Hochverfügbarkeit und Skalierbarkeit bietet.

Was ist Docker Swarm?

Docker Swarm ist ein integriertes Feature von Docker, mit dem Sie einen Cluster von Docker-Hosts erstellen und verwalten können, der als Swarm bezeichnet wird. In einem Swarm haben Sie mehrere Docker-Hosts, die als Knoten (Nodes) bezeichnet werden und containerisierte Anwendungen ausführen können. Diese Knoten können physische oder virtuelle Maschinen sein, und sie arbeiten zusammen als ein einzelnes, einheitliches System.

Wichtige Konzepte in Docker Swarm

• Knoten (Node): Ein Docker-Host, der Teil eines Swarms ist. Knoten können entweder Manager oder Worker sein.
• Manager-Knoten (Manager Node): Ein Knoten, der in der Lage ist, den Swarm zu steuern, einschließlich der Planung von Aufgaben (Tasks), der Aufrechterhaltung des Clusterzustands und der Interaktion mit dem Swarm.
• Worker-Knoten (Worker Node): Ein Knoten, der Aufgaben von den Manager-Knoten empfängt und ausführt.
• Service: Eine deklarative Methode, um zu definieren, wie Sie möchten, dass Ihre Anwendung in einem Swarm läuft. Ein Service kann angeben, welches Container-Image verwendet werden soll, die Anzahl der Replikate und andere Konfigurationsdetails.
• Aufgabe (Task): Eine einzelne Instanz eines laufenden Containers in einem Service.

Vorteile von Docker Swarm

• Hochverfügbarkeit: Docker Swarm bietet integrierte Hochverfügbarkeit durch die Verwendung von Manager-Knoten und die Möglichkeit, Dienste über mehrere Knoten zu skalieren.
• Skalierbarkeit: Sie können Ihre Anwendungen einfach skalieren, indem Sie die Anzahl der Replikate für einen Service erhöhen oder verringern.
• Einfachheit: Docker Swarm ist ein natives Feature von Docker, was es einfach macht, es einzurichten und zu verwalten, ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Orchestrierungstools.
• Sicherheit: Docker Swarm bietet sichere Kommunikation zwischen den Knoten mithilfe von TLS-Verschlüsselung.

Erste Schritte mit Docker Swarm

Um mit Docker Swarm zu beginnen, müssen Sie einen Swarm erstellen und Knoten hinzufügen. Hier ist ein Beispiel unter Verwendung von Ubuntu 22.04:

## Initialize the swarm on a manager node

## Join worker nodes to the swarm

Sobald Sie einen Swarm eingerichtet haben, können Sie mit der Bereitstellung von Diensten und der Verwaltung Ihrer Anwendungen beginnen.

Erreichen von Hochverfügbarkeit in Docker Swarm

Um Hochverfügbarkeit in einem Docker Swarm sicherzustellen, müssen Sie mehrere Schlüsselaspekte berücksichtigen, darunter Redundanz, Lastverteilung (Load Balancing) und Failover-Mechanismen.

Redundanz in Docker Swarm

Redundanz ist entscheidend für das Erreichen von Hochverfügbarkeit in einem Docker Swarm. Sie können Redundanz erreichen, indem Sie:

1. Mehrere Manager-Knoten (Manager Nodes) bereitstellen: Docker Swarm empfiehlt, eine ungerade Anzahl von Manager-Knoten (typischerweise 3 oder 5) zu haben, um die Quorum-Regel sicherzustellen und den Zustand des Swarms im Falle von Knotenausfällen aufrechtzuerhalten.

2. Mehrere Worker-Knoten (Worker Nodes) bereitstellen: Sie sollten mehrere Worker-Knoten haben, um sicherzustellen, dass Ihre Dienste skaliert und über den Swarm verteilt werden können.

Lastverteilung in Docker Swarm

Docker Swarm bietet integrierte Lastverteilung durch die Verwendung von Service Discovery und Ingress-Netzwerken (Ingress Networking).

1. Service Discovery: Docker Swarm weist automatisch jeder Dienst eine virtuelle IP-Adresse (VIP) zu, die es Clients ermöglicht, auf den Dienst zuzugreifen, ohne die genaue Position der Container zu kennen.
2. Ingress-Netzwerke: Das Ingress-Netzwerk von Docker Swarm bietet einen lastverteilten Einstiegspunkt für Ihre Dienste und verteilt eingehenden Datenverkehr auf die verfügbaren Dienstreplikate.

Failover-Mechanismen in Docker Swarm

Docker Swarm verfügt über mehrere Failover-Mechanismen, um Hochverfügbarkeit sicherzustellen:

1. Automatisches Knoten-Failover: Wenn ein Worker-Knoten ausfällt, werden die Manager-Knoten automatisch die Aufgaben vom ausgefallenen Knoten auf andere verfügbare Knoten neu planen.
2. Manager-Knoten-Failover: Wenn ein Manager-Knoten ausfällt, werden die verbleibenden Manager-Knoten automatisch einen neuen Leiter wählen, um den Zustand des Swarms aufrechtzuerhalten und die Verwaltung des Clusters fortzusetzen.
3. Dienst-Failover: Wenn ein Container innerhalb eines Dienstes ausfällt, wird Docker Swarm automatisch einen neuen Container erstellen, um den ausgefallenen zu ersetzen und sicherzustellen, dass die gewünschte Anzahl von Replikaten aufrechterhalten wird.

Indem Sie diese Funktionen nutzen, können Sie hochverfügbare und widerstandsfähige Docker-Anwendungen mit Docker Swarm erstellen.

Best Practices für die Bereitstellung

Beim Bereitstellen von Anwendungen in einem Docker Swarm ist es wichtig, Best Practices zu befolgen, um Hochverfügbarkeit, Skalierbarkeit und Wartbarkeit sicherzustellen. Hier sind einige wichtige Best Practices für die Bereitstellung, die Sie berücksichtigen sollten:

Containerisieren Sie Ihre Anwendungen

Stellen Sie sicher, dass Ihre Anwendungen ordnungsgemäß containerisiert sind und die Best Practices für das Erstellen von Docker-Images befolgen. Dies umfasst:

• Die Verwendung eines minimalen Basisimages
• Die Optimierung der Image-Ebenen (Layers)
• Die Implementierung von mehrstufigen Builds (Multi-Stage Builds)
• Die Vermeidung des Ausführens von Prozessen als Root

Verwenden Sie Docker Secrets

Docker Swarm bietet eine sichere Möglichkeit, sensible Informationen wie Passwörter, API-Schlüssel und Zertifikate mithilfe von Docker Secrets zu verwalten. Dies hilft Ihnen, sensible Daten nicht in Ihrem Anwendungscode oder in Umgebungsvariablen zu speichern.

## Create a secret
echo "mypassword" | docker secret create my-secret -

## Use the secret in a service
version: '3.8'
services:
my-app:
image: my-app:latest
secrets:
- my-secret
secrets:
my-secret:
external: true

Nutzen Sie Docker Configs

Ähnlich wie Docker Secrets ermöglichen es Ihnen Docker Configs, nicht sensible Konfigurationsdaten wie Konfigurationsdateien, Umgebungsvariablen und Skripte auf eine zentrale und versionskontrollierte Weise zu verwalten.

Implementieren Sie Health Checks

Verwenden Sie die integrierte Health Check-Funktion von Docker, um die Gesundheit Ihrer Container zu überwachen und sicherzustellen, dass fehlerhafte Container automatisch ersetzt werden.

version: "3.8"
services:
  my-app:
    image: my-app:latest
    healthcheck:
      test: ["CMD", "curl", "-f", "http://localhost:8080/healthz"]
      interval: 30s
      timeout: 10s
      retries: 3

Verwalten Sie Secrets und Configs mit LabEx

Um die Verwaltung von Secrets und Configs zu vereinfachen, können Sie LabEx verwenden, eine leistungsstarke Plattform, die eine sichere und benutzerfreundliche Schnittstelle für die Verwaltung dieser sensiblen Ressourcen bietet.

Fazit

Indem Sie diese Best Practices für die Bereitstellung befolgen, können Sie sicherstellen, dass Ihre auf Docker Swarm basierenden Anwendungen hochverfügbar, skalierbar und sicher sind.

Zusammenfassung

Indem Sie die in diesem Tutorial beschriebenen Techniken und Best Practices implementieren, können Sie Hochverfügbarkeit in Ihrer Docker Swarm-Umgebung (Environment) erreichen. Dies hilft Ihnen, die Resilienz und Zugänglichkeit Ihrer containerisierten Anwendungen aufrechtzuerhalten und sicherzustellen, dass sie Ausfällen standhalten und weiterhin effektiv für Ihre Benutzer zur Verfügung stehen.