Wie man einen Docker Swarm skaliert

Einführung

Dieses Tutorial führt Sie durch den Prozess der Skalierung eines Docker Swarm, einer leistungsstarken und flexiblen Container-Orchestrierungsplattform. Sie werden lernen, wie Sie Ihre Docker Swarm-Dienste effektiv skalieren können, um erhöhte Arbeitslasten zu bewältigen und eine hohe Verfügbarkeit sicherzustellen. Darüber hinaus werden wir erweiterte Skalierungstechniken untersuchen, um Ihren Docker Swarm-Cluster für maximale Leistung und Zuverlässigkeit zu optimieren.

Einführung in Docker Swarm

Was ist Docker Swarm?

Docker Swarm ist ein integriertes Cluster- und Orchestrierungstool für Docker-Container. Es ermöglicht es Ihnen, eine Gruppe von Docker-Hosts und ihre Container als ein einzelnes System zu verwalten. Mit Docker Swarm können Sie Ihre Anwendungen auf mehreren Hosts verteilen, um eine hohe Verfügbarkeit und Skalierbarkeit sicherzustellen.

Wichtige Konzepte in Docker Swarm

Swarm: Ein Swarm ist eine Gruppe von Docker-Hosts, die so konfiguriert wurden, dass sie als ein einzelnes System zusammenarbeiten.
Node: Ein Node ist ein einzelner Docker-Host, der Teil des Swarms ist. Nodes können entweder Manager oder Worker sein.
Manager Node: Manager Nodes sind für die Verwaltung des Swarms verantwortlich, einschließlich der Planung von Aufgaben, der Aufrechterhaltung des gewünschten Zustands des Swarms und der Fehlerbehandlung (Failover).
Worker Node: Worker Nodes sind für das Ausführen der eigentlichen Container im Swarm verantwortlich.
Service: Ein Service ist die Definition der Aufgaben, die im Swarm ausgeführt werden sollen. Er gibt an, welches Container-Image verwendet werden soll und welche Befehle ausgeführt werden sollen.
Task: Eine Task ist eine einzelne Instanz eines Services, der auf einem Node ausgeführt wird.

Vorteile von Docker Swarm

Eingebaute Clusterfunktion: Docker Swarm ist in den Docker-Engine integriert, was die Einrichtung und Verwaltung einfach macht.
Hohe Verfügbarkeit: Docker Swarm behandelt automatisch Failover und Lastverteilung, um sicherzustellen, dass Ihre Anwendungen hochverfügbar sind.
Skalierbarkeit: Sie können Ihre Anwendungen einfach skalieren, indem Sie Nodes zum Swarm hinzufügen oder entfernen.
Einfachheit: Docker Swarm bietet eine einfache und intuitive Befehlszeilenschnittstelle zur Verwaltung Ihrer Anwendungen.

graph TD A[Docker Host] --> B[Docker Host] A --> C[Docker Host] B --> D[Docker Container] C --> E[Docker Container] D --> F[Docker Container] E --> G[Docker Container] subgraph Docker Swarm B & C end

Erste Schritte mit Docker Swarm

Um mit Docker Swarm zu beginnen, müssen Sie einen Swarm-Cluster einrichten. Dies kann erreicht werden, indem Sie auf einem Ihrer Docker-Hosts einen Swarm initialisieren und dann zusätzliche Hosts als Worker-Nodes hinzufügen. Hier ist ein Beispiel mit Ubuntu 22.04:

## Initialize the Swarm on the manager node

## Join worker nodes to the Swarm

Sobald Sie einen Swarm eingerichtet haben, können Sie beginnen, Ihre Anwendungen als Services bereitzustellen.

Skalierung von Docker Swarm-Diensten

Skalierung von Diensten

Einer der Hauptvorteile von Docker Swarm ist die Möglichkeit, Ihre Dienste einfach nach Bedarf hoch- oder herunterzuskalieren. Sie können einen Dienst skalieren, indem Sie die Anzahl der Replikate (Tasks) für diesen Dienst erhöhen oder verringern.

Hier ist ein Beispiel, wie Sie einen Dienst in Docker Swarm skalieren können:

## Scale a service to 5 replicas
docker service scale my-service=5

## Scale a service back down to 3 replicas
docker service scale my-service=3

Automatische Skalierung mit Autoscaling

Docker Swarm unterstützt auch die automatische Skalierung, die es Ihnen ermöglicht, Ihre Dienste automatisch basierend auf vordefinierten Regeln oder Metriken zu skalieren. Dies wird als Autoscaling bezeichnet.

Autoscaling in Docker Swarm kann mithilfe der --autoscale-Option beim Erstellen oder Aktualisieren eines Dienstes konfiguriert werden. Sie können die Mindest- und Höchstzahl der Replikate sowie die zu verwendenden Skalierungsmetriken angeben.

Hier ist ein Beispiel, wie Sie Autoscaling für einen Dienst aktivieren können:

## Enable Autoscaling for a service
docker service update --autoscale-max 10 --autoscale-min 3 --autoscale-metric cpu my-service

In diesem Beispiel wird der Dienst automatisch zwischen 3 und 10 Replikaten skaliert, basierend auf der CPU-Nutzung des Dienstes.

Skalierungsstrategien

Docker Swarm unterstützt verschiedene Skalierungsstrategien, die bestimmen, wie Tasks über die Nodes im Swarm verteilt werden. Die verfügbaren Strategien sind:

Strategie	Beschreibung
`spread`	Verteilen Sie die Tasks so gleichmäßig wie möglich über die verfügbaren Nodes. Dies ist die Standardstrategie.
`binpack`	Packen Sie die Tasks auf möglichst wenige Nodes.
`random`	Verteilen Sie die Tasks zufällig über die verfügbaren Nodes.

Sie können die Skalierungsstrategie beim Erstellen oder Aktualisieren eines Dienstes angeben:

## Use the "binpack" scaling strategy
docker service create --strategy-binpack my-service

Überlegungen zur Skalierung

Beim Skalieren Ihrer Docker Swarm-Dienste sollten Sie einige wichtige Aspekte beachten:

Ressourcenverfügbarkeit: Stellen Sie sicher, dass Ihre Swarm-Nodes über genügend Ressourcen (CPU, Arbeitsspeicher, Speicher) verfügen, um die erhöhte Last zu bewältigen.
Netzkapazität: Stellen Sie sicher, dass Ihre Netzwerkinfrastruktur den erhöhten Datenverkehr und die Lastverteilung bewältigen kann.
Dienstabhängigkeiten: Berücksichtigen Sie die Abhängigkeiten zwischen Ihren Diensten und wie die Skalierung eines Dienstes andere Dienste beeinträchtigen kann.
Überwachung und Alarmierung: Richten Sie eine Überwachung und Alarmierung ein, um die Leistung und die Auslastung Ihrer Swarm-Dienste zu verfolgen.

Indem Sie diese Skalierungskonzepte und bewährten Verfahren verstehen, können Sie Ihre Docker Swarm-Anwendungen effektiv skalieren, um den sich ändernden Anforderungen gerecht zu werden.

Fortgeschrittene Skalierungstechniken

Platzierungskontrollen (Placement Constraints)

Platzierungskontrollen ermöglichen es Ihnen, zu steuern, wo Tasks innerhalb des Swarms platziert werden. Dies kann für fortgeschrittene Skalierungsszenarien nützlich sein, wie beispielsweise:

Platzieren von Tasks auf bestimmten Nodes basierend auf Hardware-Ressourcen oder Standort
Trennen verschiedener Dienste oder Komponenten auf verschiedene Nodes
Sicherstellen der hohen Verfügbarkeit, indem Tasks über mehrere Verfügbarkeitszonen verteilt werden

Hier ist ein Beispiel, wie Sie Platzierungskontrollen verwenden können:

## Create a service with a placement constraint
docker service create --constraint 'node.labels.region==us-east' my-service

In diesem Beispiel werden die Dienst-Tasks auf Nodes mit der Bezeichnung region=us-east platziert.

Rolling Updates

Docker Swarm unterstützt Rolling Updates, die es Ihnen ermöglichen, Ihre Dienste mit minimaler Ausfallzeit zu aktualisieren. Während eines Rolling Updates werden neue Tasks schrittweise bereitgestellt, und alte Tasks werden entfernt, sobald die neuen verfügbar sind.

Sie können die Parallelität und die Verzögerung der Aktualisierung konfigurieren, um das Tempo des Rolling Updates zu steuern:

## Perform a rolling update with a parallelism of 2 and a delay of 10 seconds
docker service update --update-parallelism 2 --update-delay 10s my-service

Skalierung mit replizierten und globalen Diensten

Docker Swarm unterstützt zwei Arten von Dienst-Bereitstellungsmodi:

Replizierte Dienste (Replicated Services): In diesem Modus geben Sie die gewünschte Anzahl von Replikaten für den Dienst an, und Swarm stellt sicher, dass die angegebene Anzahl von Tasks ausgeführt wird.
Globale Dienste (Global Services): In diesem Modus wird eine einzelne Instanz des Dienstes auf jedem Node im Swarm ausgeführt.

Replizierte Dienste sind nützlich für die Skalierung zustandsloser Anwendungen, während globale Dienste nützlich sind für die Ausführung von Infrastrukturdiensten oder Agenten, die auf jedem Node vorhanden sein müssen.

Hier ist ein Beispiel für die Erstellung eines replizierten und eines globalen Dienstes:

## Create a replicated service
docker service create --replicas 5 my-service

## Create a global service
docker service create --mode global my-agent

Skalierung mit Node-Bezeichnungen (Labels) und Kontrollen

Sie können Node-Bezeichnungen und Kontrollen verwenden, um bestimmte Nodes für die Skalierung auszuwählen. Dies kann für Szenarien nützlich sein wie:

Skalierung von bedarfsgesteuerten Diensten auf bestimmten Node-Typen (z.B. GPU-fähige Nodes)
Skalierung von zustandsbehafteten Diensten auf Nodes mit lokalem Speicher
Skalierung von Diensten in bestimmten Verfügbarkeitszonen oder Regionen

Hier ist ein Beispiel für die Verwendung von Node-Bezeichnungen und Kontrollen:

## Add a label to a node
docker node update --label-add gpu=true node1

## Create a service that uses the gpu label
docker service create --constraint 'node.labels.gpu==true' my-gpu-service

Indem Sie diese fortgeschrittenen Skalierungstechniken kombinieren, können Sie hochskalierbare und widerstandsfähige Docker Swarm-Bereitstellungen erstellen, die Ihren spezifischen Anforderungen entsprechen.

Zusammenfassung

Am Ende dieses Tutorials werden Sie ein umfassendes Verständnis davon haben, wie Sie einen Docker Swarm skalieren können. Sie werden in der Lage sein, Ihren Docker Swarm-Cluster effektiv zu verwalten und zu optimieren, um sicherzustellen, dass Ihre Anwendungen erhöhten Datenverkehr bewältigen können und eine hohe Verfügbarkeit aufrechterhalten. Egal, ob Sie ein Docker-Anfänger oder ein erfahrener Benutzer sind, diese Anleitung wird Ihnen das Wissen und die Werkzeuge geben, die Sie benötigen, um Ihren Docker Swarm mit Zuversicht zu skalieren.