Docker Swarm 集群实战指南：从搭建到生产落地的完整攻略

Docker Swarm 集群实战指南：从搭建到生产落地的完整攻略

在容器编排领域，Kubernetes 的强大无需多言，但对于中小规模应用或追求轻量化部署的场景，Docker 原生的 Swarm 集群工具更具优势 ------ 无需额外部署复杂组件，与 Docker 引擎深度集成，上手成本低且能满足高可用、弹性扩缩容的核心需求。本文将从核心概念拆解、集群搭建实战、生产环境落地三个维度，带你全面掌握 Docker Swarm 的使用技巧。

一、Docker Swarm 核心概念解析

Docker Swarm 的本质是将多台 Docker 主机抽象为一个虚拟集群，通过统一入口管理所有节点的容器资源。理解以下核心概念，是掌握 Swarm 集群的基础：

1.1 集群架构核心组件

组件	核心作用	关键说明
管理节点（Manager Node）	集群控制中心，负责配置管理、服务调度、状态同步	需部署奇数个（3/5 个） 保证高可用，通过 Raft 一致性协议同步配置，避免脑裂
工作节点（Worker Node）	接收管理节点指令，运行容器实例	无集群管理权限，数量可根据算力需求灵活扩展
服务（Service）	集群编排核心单元	定义容器镜像、副本数、网络配置等规则，替代单机 docker run 命令
任务（Task）	服务的最小执行单元	对应一个具体容器实例，服务副本数为 3 时会创建 3 个任务分发到不同节点
栈（Stack）	多服务组合管理单元	基于 Compose 文件（版本 ≥3.0），支持一键部署/更新/销毁关联应用（如前端+后端+数据库）

1.2 关键网络与存储概念

概念	类型	核心作用
Overlay 网络	跨节点虚拟网络	实现不同节点容器互通，内置服务发现（容器可通过服务名直接通信）
Ingress 网络	特殊 Overlay 网络	Swarm 自动创建，用于服务负载均衡，外部请求通过 IPVS 路由到可用容器
集群卷（Volume）	数据持久化存储	支持本地卷/网络卷（NFS/GlusterFS），跨节点共享数据需用网络卷保证一致性

二、Docker Swarm 集群搭建实战

2.1 前置准备条件

1. 操作系统：所有节点系统一致（推荐 Ubuntu 20.04+/CentOS 7+）；
2. 网络配置：关闭防火墙或放行关键端口：
   • 2377/tcp（集群管理）
   • 7946/tcp/udp（节点通信）
   • 4789/udp（Overlay 网络）；
3. Docker 环境：所有节点安装 Docker ≥19.03，启动服务并配置镜像加速；
4. 网络互通：节点间可通过 IP/主机名访问，无网络隔离。

2.2 集群搭建步骤

（1）初始化管理节点

在选定的主管理节点执行初始化命令，指定内网 IP 确保其他节点可访问：

docker swarm init --advertise-addr 192.168.1.100

执行成功后会输出工作节点/管理节点的加入命令（含唯一令牌），需妥善保存。

（2）添加高可用管理节点

为避免单节点故障，需添加备用管理节点（总数保持奇数，推荐 3 个）：

# 1. 主管理节点生成加入令牌
docker swarm join-token manager

# 2. 备用管理节点执行生成的命令（示例）
docker swarm join --token SWMTKN-1-xxxx 192.168.1.100:2377

（3）添加工作节点

# 1. 主管理节点生成工作节点令牌
docker swarm join-token worker

# 2. 所有工作节点执行生成的命令（示例）
docker swarm join --token SWMTKN-1-xxxx 192.168.1.100:2377

（4）验证集群状态

在任意管理节点执行命令查看节点列表：

docker node ls

输出示例（3 管理节点 + 2 工作节点）：

ID                            HOSTNAME   STATUS    AVAILABILITY   MANAGER STATUS   ENGINE VERSION
abc123...                     manager-1  Ready     Active         Leader           20.10.21
def456...                     manager-2  Ready     Active         Reachable        20.10.21
ghi789...                     manager-3  Ready     Active         Reachable        20.10.21
jkl012...                     worker-1   Ready     Active         None             20.10.21
mno345...                     worker-2   Ready     Active         None             20.10.21

Leader：当前主管理节点；Reachable：备用管理节点。

2.3 核心管理操作实战

（1）服务管理

# 1. 创建 Nginx 服务（3 副本，端口映射 80:80）
docker service create --name nginx-service --replicas 3 -p 80:80 nginx:1.24

# 2. 查看服务列表
docker service ls

# 3. 查看服务详情（运行节点、任务状态）
docker service ps nginx-service

# 4. 扩缩容服务（调整至 5 副本）
docker service scale nginx-service=5

# 5. 升级服务镜像（1.24 → 1.25）
docker service update --image nginx:1.25 nginx-service

# 6. 删除服务
docker service rm nginx-service

（2）栈（Stack）部署多服务应用

创建 docker-compose.yml 文件（定义 Web + MySQL 组合）：

version: "3.8"
services:
  web:
    image: nginx:1.24
    ports:
      - "80:80"
    deploy:
      replicas: 3
      restart_policy:
        condition: on-failure  # 故障时自动重启
        max_attempts: 3       # 最大重启次数
      placement:
        constraints: [node.role == worker]  # 仅调度到工作节点
  db:
    image: mysql:8.0
    environment:
      - MYSQL_ROOT_PASSWORD=123456
    volumes:
      - db-data:/var/lib/mysql  # 挂载持久化卷
    deploy:
      placement:
        constraints: [node.labels.type == db-node]  # 调度到带 db-node 标签的节点

volumes:
  db-data:  # 定义持久化卷

栈部署与管理命令：

# 部署栈（myapp 为栈名，-c 指定 Compose 文件）
docker stack deploy -c docker-compose.yml myapp

# 查看栈中服务
docker stack services myapp

# 销毁栈（删除所有关联服务）
docker stack rm myapp

（3）节点与网络管理

# 1. 给节点打标签（用于调度约束）
docker node update --label-add type=db-node worker-1

# 2. 禁止节点调度（维护前操作）
docker node update --availability drain worker-1

# 3. 恢复节点调度
docker node update --availability active worker-1

# 4. 创建 Overlay 网络（多服务通信）
docker network create --driver overlay my-overlay-network

# 5. 创建 NFS 网络卷（跨节点共享数据）
docker volume create --driver local \
  --opt type=nfs \
  --opt o=addr=192.168.1.200,rw \
  --opt device=:/nfs/share \
  my-nfs-volume

三、生产环境落地经验与思考

3.1 集群架构设计建议

结合电商后台服务（日均 PV 10 万+）落地案例，生产环境推荐架构：

组件	配置建议	部署要求
管理节点	3 台，2 核 4G	分布在不同机柜，避免物理机故障
工作节点	4 核 8G 起步	分可用区部署（如机房 A 4 台 + 机房 B 4 台）
网络	自定义 Overlay 网络	按业务隔离，外部流量通过 Nginx 接入 Ingress 网络
存储	核心数据：NFS/EFS；非核心数据：本地卷	核心数据保证一致性，非核心数据提升读写性能

3.2 高可用与稳定性保障

1. 管理节点高可用：必须部署 3/5 个管理节点，Raft 协议要求多数节点在线才能正常提供服务；

2. 服务重启策略 ：所有服务配置重启规则，防止容器异常退出：

   restart_policy:
     condition: on-failure
     max_attempts: 3
     delay: 5s

3. 资源限制 ：为每个服务设置 CPU/内存限制，避免耗尽节点资源：

   deploy:
     resources:
       limits:
         cpus: '0.5'    # 最大 0.5 核
         memory: 512M   # 最大 512MB
       reservations:
         cpus: '0.2'    # 预留 0.2 核
         memory: 256M   # 预留 256MB

4. 滚动更新与回滚 ：升级时控制并行数和延迟，避免服务不可用：

   # 滚动升级（每次更新 1 个副本，间隔 10 秒）
   docker service update --image nginx:1.25 --update-parallelism 1 --update-delay 10s nginx-service
   
   # 升级失败回滚
   docker service rollback nginx-service

3.3 安全与配置管理

1. 私有镜像仓库 ：生产环境必须使用私有仓库（Harbor/AWS ECR），镜像打版本标签（禁止 latest）；

2. 敏感信息管理 ：使用 Docker Secret 存储密码/密钥，避免硬编码：

   # 创建 Secret（从标准输入读取密码）
   echo "123456" | docker secret create mysql_root_pwd -

   在 Compose 文件中引用：

   services:
     db:
       image: mysql:8.0
       secrets:
         - mysql_root_pwd
       environment:
         - MYSQL_ROOT_PASSWORD_FILE=/run/secrets/mysql_root_pwd
   secrets:
     mysql_root_pwd:
       external: true

3.4 监控与故障排查

（1）监控工具选型

• 资源监控：Prometheus + Grafana（节点/容器 CPU、内存、磁盘）；
• 日志收集：ELK 栈 / Sematext（实时分析容器日志）。

（2）常用排查命令

# 实时查看服务日志
docker service logs -f nginx-service

# 查看节点资源使用情况
docker stats

# 查看集群详细信息
docker info

# 检查节点健康状态
docker node inspect --format '{{.Status}}' worker-1

3.5 选型场景思考

维度	Docker Swarm	Kubernetes
适合场景	中小规模集群（≤50 节点）、无状态服务、快速部署、运维人力有限	大规模集群（≥100 节点）、复杂有状态服务、高级调度需求
核心优势	轻量、易上手、Docker 原生集成	功能强大、生态丰富、社区成熟
学习/运维成本	低	高