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概有雲供應商的K8S，為何要自己弄Docker Swarm / 本地K8S ?

潮流特區
MacauYeah ・2024-11-19

其實筆者寫了這麼多篇docker 的文章，可能有朋友會問，為何要自己從零建立Container環境，使用供應商直接提供的K8S服務不是很好嗎？ 按照市場發展，各大雲供應商都越來多，競爭越嚟越激烈，作為用戶方，理應可以得到更合理的價格。不過作為使用VPS多年的筆者，真的沒有覺得雲服務的價格可以便宜到一個不用煩惱的水平，大家還是需要很㥀重地考量自己的業務是不是值得雲端化。 正常來講，在有足夠使用量的前提下，雲端化也是合適的，也真的有產到錢。但問題是大部份情況下公司內部自主開發的應用，都沒有去到這個程度。每個應用去租用一個VPS，即使使用最低配置，用起來的時候覺得不夠快，閒起來的時侯也是浪費錢。 這時，使用 Container 技術，就是讓多個不同的應用，共享同一個或多個VPS的好方法。因為 Container 可以簡易地做到應用之間的隔離，即使不同應用之間有依賴衝突，只要 Contianer 層面沒有衝突就可以共存。 Docker swarm 與 K8S 同為 container 技術，文章最前面，就提到了這個問題，為何不選現有的K8S，反而要自己弄Docker Swarm？其實關鍵亦是價錢的問題。使用K8S固然方便，但就每個節點都得使貴一級的雲端供應商服務，當我們的應用總是流量不足，就更易變得食之無味，棄之可惜。老實講，貴一級的雲端服務，有它存在的價值，很多東西可以做自動化擴展，例如概據流量自動擴容。另外，因為底層 Container 技術有供應商支援，也不用再另外購買支援服務。但這些都是業務有一定流量，才能展現出優勢。 反觀Docker Swarm，就是簡單可入手，初時一個VPS也可以。什至乎不上雲，找幾台舊電腦，實機做也可以。當然K8S也可以實機，不過就簡易程度來講，Docker Swarm 無得輸。待業務真正成長到一個有足夠流量的服務時，才進一步遷移到供應商的原生雲。在初期使用自建的Docker Swarm或小型K8S，可以先加入一些資源統計，以確定是否即裝滿負荷。

Swarm mode 上線 5 - load balancer | 還有那些事該考量？

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MacauYeah ・2024-11-18

前面介紹了 ingress network ，亦介紹了 proxy gateway 。能做到的基本都做到了，再來就是考量安全性的問題。因為加了 proxy gateway ，前述的例子是所有 service ，都放在同一個 yaml 檔中。好處是，所有相關的東西存放在同一個檔中， gateway ，背後的 service 都一眼看到。但壞處就是有其中一個 service 更新，都要改那個 yaml 檔。更大的問題是， stack deploy 的指令，不單只更新其中一個 service ，就連其他 service 都會自動取得最新 image 而 redeploy 。 對於一個緊密的系統來講，同步更新可能不是大問題。但對於一些預定排程發佈的系統可不能這樣因為副作用而更新了。如果你也有這樣的分開管理需求，可以參考下面做法，把 gateway service 及 upstream service 放在不同的檔案中，然後經過 external network把所有 service 串連起來。 # nginx-stack.yaml, docker stack deploy -c nginx-stack.yaml nginx services: http-gateway: image: http-gateway ports: - 8080:8080 deploy: replicas: 1 update_config: delay: 10s restart_policy: condition: on-failure # manager-stack.yaml services: managerhttp: image: bretfisher/httpenv networks: - nginx_default - default deploy: replicas: 3 update_config: delay: 10s restart_policy: condition: on-failure placement: constraints: - node.labels.zone==manager networks: nginx_default: external: true # dmz-stack.yaml services: dmzhttp: image: bretfisher/httpenv networks: - nginx_default - default deploy: replicas: 2 update_config: delay: 10s restart_policy: condition: on-failure placement: constraints: - node.labels.zone==dmz networks: nginx_default: external: true 這樣，不同 service 的維護人員，就可以獨自控制自己的檔案。在第一次發佈時，確認 nginx-stack.yaml 先行發佈就可以了。對應的發佈指令是docker stack deploy -c nginx-stack.yaml nginx，它會自動産生一個 nginx_default （即 stack名字_default ）的網絡。之後其他service，就可以經networks的設定找到它了。 services: YOUR_SERVICE: networks: - nginx_default - default networks: nginx_default: external: true 上述即使分離檔案，在安全性考量時還是有一個問題，就是 ingress network 的問題。試想一下，dmzhttp （Demilitarized Zone）原本被設定的原因，就是想限制某些訪問只能一些可以公開的服務。但因為經過 ingress network 之後，它們會在所有機器上開放這些 port。那就是，以下面的例子來講，若 dmzhttp 是公開的服務， intrahttp 是內部服務，即使用 intrahttp 使用不同的port 8889。但一經 swarm mode 預設的 ingress network ，在node.labels.zone==dmz的那些節點，還是可以訪問到 intrahttp 。 services: dmzhttp: image: bretfisher/httpenv ports: - 8888:8888 deploy: replicas: 2 update_config: delay: 10s restart_policy: condition: on-failure placement: constraints: - node.labels.zone==dmz intrahttp: image: bretfisher/httpenv ports: - 8889:8888 deploy: replicas: 3 update_config: delay: 10s restart_policy: condition: on-failure placement: constraints: - node.labels.zone==intra 我們前述介紹的 proxy gateway ，其實已經有一定程度可以解決這個問題。因為 proxy gateway 是根據 http 協定中的 host header 去做分流。在邊界網絡進來的「合法」訪問，道理上會好好地經引導到我們的 dmzhttp 。不過網路的邪惡可容小看， proxy gateway 也會有被騙的一日。有特定能力的攻擊者，只需找到目標域名，還是可以接觸到 intrahttp 。 若要做進一步隔離，在這種情況下，我們可以在 dmz , intra 機器中各設定一套 swarm ，完全獨立，這是最安全的做法。但這樣做的管理成本就會變高，因為兩個網段都會有自己的 manager 節點，而且在 dmz 網段的 manager 節點也有被攻擊的可能。 若我們回到單一 swarm 的方向，可以修改各個 service 中的 port 和 deploy 。利用 post mode 中的「host」，配合 deploy mode 中的「global」，完全跳開 ingress network。 services: dmzhttp: image: nginx ports: - target: 80 published: 8888 mode: host deploy: mode: global update_config: delay: 1s restart_policy: condition: any placement: constraints: - node.labels.zone==dmz intrahttp: image: bretfisher/httpenv ports: - target: 8888 published: 8888 mode: host deploy: mode: global update_config: delay: 10s restart_policy: condition: on-failure placement: constraints: - node.labels.zone==intra 上面的例子中， dmzhttp 會在所有 dmz 的機器中，每個節點只運行一份服務，而且直接使用該機的 8888 port ，外面不會再有 ingress network 的 存在。同樣地，intrahttp 會在 intra 的所有節點，運行一份服務，佔用它們的8888 。這兩個服務，即使使用一個 port ，swarm 也不會說有任何問題。因為它們不會經 ingress network 搶佔其他人的 8888。 可能會有讀者問，如果 host mode 這麼安全，為什麼預設會是 ingress network，那我們就要先了理清 ingress network 與 host mode 有有什麼分別？假設我們只運行一個service，它佔用8888。 功能ingress modehost mode replicas 數 同一個 service replicas 為任意數量，什至比節點的數目多 因為有 port 限制，每個節點最多只能運行一份 Virtual IP Virtual IP 任意在節點中跳轉也可以，因為 ingress 會自動找到對應的 service 所在的節點 Virtual IP必需要與 service 所在節點綁定，其他節點訪問不到 load balance 有 沒有 host mode 就像我們傳統在各自的節點上自行佈署自己的程序，各個節點只有一份。所以不會有自動 load balance 的效果，如果客戶端訪問固定的IP，就會得到是固定的接器接受請求。我們有需要，就要在前面加一個 Proxy Gateway (或 HA proxy )。 Virtual IP 也一樣， host mode 下需要好好地自動跟著 service 的生命期，不過幸運的是， Docker 預設己經有自動重啟 service 功能，即前文中的 restart_policy ，它在 host mode 下也適用。如果大家有配合 deploy 中的 global mode ， Virtual IP 的並沒有實際變動。但如果沒有 global mode ，就要再想想辦法了。 最後考慮 load balance 的問題，如果進入點的 service 的真的不太消耗資源，沒有 load balance 也是可以的 ，但若超負荷，就必需要自建 proxy gateway 。經過進入點後，若我有背後的 service 就沒有所謂的 ingress 和 host mode 選擇。

Swarm mode 上線 5 - load balancer | proxy gateway 代理伺服器

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MacauYeah ・2024-11-11

前面的例子，我們已經成功設定 ingress Network，也加了 virtual ip 。如果大家的目標是單一 web 應用，應該就已經很足夠。但作為一個足夠節儉的老闆，怎會讓一個 Swarm 只跑一個 Web 應用？但問題來了，一個 docker swarm service 就已經佔用一個公開端口 (例如上述的8888，或是更常見的443)。怎麼可以做到多個 service 分享同一個端口？答案就是回到傳統的 Web Server 當中，使用它們的 virtual host 及 proxy 功能，以達到這一效果。我們就以 Nginx 為例，去建立一個守門口的網關 (gateway) 。 以下就是一個最簡單的例子，最前端的 http-gateway (nginx) 對外公開端口 8080 ，它根據 virtual host，去分派對應的請求去 dmzhttp (bretfisher/httpenv) 及 managerhttp (bretfisher/httpenv) 。構架圖就是以下這樣。 ┌───────────┐ ┌──────────────►│ dmzhttp │ │ └───────────┘ │ ┌───────────────┐ │ http-gateway │ ────────►│ (nginx:8080) │ └──┬────────────┘ │ │ ┌─────────────┐ └─────────────►│ managerhttp │ └─────────────┘ 換成 docker stack ，就大概如下 services: http-gateway: image: http-gateway ports: - 8080:8080 deploy: replicas: 1 update_config: delay: 10s restart_policy: condition: on-failure dmzhttp: image: bretfisher/httpenv deploy: replicas: 2 update_config: delay: 10s restart_policy: condition: on-failure managerhttp: image: bretfisher/httpenv deploy: replicas: 3 update_config: delay: 10s restart_policy: condition: on-failure docker stack有一個很好的功能，就是 service 名會自動成為同一段網絡中的 hostname 。即是http-gateway中，它可以經DNS，找到 dmzhttp 、 managerhttp，也就是它的 nginx 可以設定成如下的樣子。 # default.conf server { listen 8080; listen [::]:8080; server_name managerhttp; resolver 127.0.0.11 valid=30s; location ^~ / { set $upstream_manager managerhttp; proxy_cache off; proxy_pass http://$upstream_manager:8888$request_uri; } } server { listen 8080; listen [::]:8080; server_name dmzhttp; resolver 127.0.0.11 valid=30s; location ^~ / { set $upstream_dmz dmzhttp; proxy_cache off; proxy_pass http://$upstream_dmz:8888$request_uri; } } 上面的例子中，就是一般的 virtual host + nginx proxy 設定。特別要說明的是 resolver 那一行，它指向 docker DNS (127.0.0.11)， 而且還可以讓nginx在找不到上游時，不要馬上死亡。這樣 docker swarm 中各個 service 隨時加加減減，有保命的作用。 最後我們的 http-gateway 就是 nginx image + default.conf 上述的 docker 就可以用以下方式打包。 # Dockerfile # docker image build -t http-gateway ./ FROM nginx:latest COPY default.conf /etc/nginx/conf.d/default.conf 上面的 docker stack 和 nginx config，只要同步增加 service 及對應的 proxy pass，就可以o讓同一個端口，根據不同hostname做分流。當然，如果大家可以共用端口及 hostname 也可以，分流就改用 nginx location 來設定，不過這是更加偏向 nginx 的內容，日後有機會再介紹。本篇就先集中於 docker 相關的議題。 在安全性的角度， docker 還有一些配置可以做，就是讓 dmzhttp 和 managerhttp 在不同的機器上發佈。假設我們的網絡分開兩段，一段是 manager 專用，一段是 dmz 專用。在建立 docker swarm 後，我們可以為不同的節點加入對應的標簽。 docker node update --label-add zone=manager YOUR_MANAGER_NODE docker node update --label-add zone=dmz YOUR_DMZ_NODE 然後我們通過修改 docker stakc 中的 placement -> constraints ，限制不同的 service 在不同的節點上運行。 services: http-gateway: image: http-gateway ports: - 8080:8080 deploy: replicas: 1 update_config: delay: 10s restart_policy: condition: on-failure dmzhttp: image: bretfisher/httpenv deploy: replicas: 2 update_config: delay: 10s restart_policy: condition: on-failure + placement: + constraints: + - node.labels.zone==dmz managerhttp: image: bretfisher/httpenv deploy: replicas: 3 update_config: delay: 10s restart_policy: condition: on-failure + placement: + constraints: + - node.labels.zone==manager 使用上面的例子，我們就可以達到簡單分離的效果。但大家緊記，這個分離效果始終是一個規則式功能，它與防火牆的隔離還是有本質上的區別。除了利用傳統的防火牆技術外，我們的docker swarm network，其實也可以做更多隔離，我們日後再慢慢加強這個例子。

Swarm mode 上線 5 - load balancer | 負載平衡器

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MacauYeah ・2024-10-28

前面我們一直談 swarm 的設定，但對於真實的服務，我們還要考慮客戶端是如何連接我們的伺服器群集。通常網路服務，客戶端都會經過域名轉換成IP，然而通過IP連線服務。 Ingress Network 假設我們 swarm 內有5個節點，那到底域名應該指向我們哪一個節點的 IP 呢？ 如果我們不考慮節點死機的話，其實5個節點的IP都可以。因為 swarm 會自動把同一個公開的 port ，在每一個節點上都可以訪問到。 以下例子，即使只有一個 container 運行，佔用 port 8888，它還是會在5個節點上全開。 swarm 通過自己的 ingress network，它所有節點的 8888 串連起來。 services: http: image: bretfisher/httpenv ports: - 8888:8888 deploy: replicas: 1 update_config: delay: 10s restart_policy: condition: on-failure 我們可以在每個節點上，都會找到這個 ingress network，而且那個Network ID，應該是一樣的 > docker network ls | grep ingress t7rmk6g9zybm ingress overlay swarm 如果上述的 service 的 replicas 調成大於1的數量， ingress network 還會方便地自動 round robin (輪替) 地分派流量，達到最簡單的負載平衡。 Virtual IP 前述的設定，我們有一最大的假設，就是節點不會死機。但實際情況下，各種原因，例如安全性更新、重啟中，都會讓節點暫時無法使用。即使所有 service 都是會自動 failover (故障轉移)，但客戶端還是用舊機 IP ，它還是無法訪問。因為該機 IP 已無法使用，除非我們連 IP 也懂 failover。這時， Virtual IP 就是我們的救命靈藥。 在 ubuntu 上，我們可以經過 keepalived 去設定 Virtual IP apt-get update && apt-get install keepalived -y 然後設定 keepalived ， 假設 172.22.1.5 是我們的 Virtual IP 。 然後每個節點都要加入conf # vim /etc/keepalived/keepalived.conf # assume failover ip is 172.22.1.5 vrrp_instance VI_1 { # change interface according to machine status interface eth1 state MASTER # 101 for node1, 102 for node2 # you can start seq from other value, remind unqiue for each node is ok; virtual_router_id 101 # lower value will become master # ex, node1 priority 100, node2 priority 200, node3 priority 150. # if node 1, 2, 3 alive, node2 will become master. # if node 2 gone, node 3 will become master. priority 100 advert_int 1 authentication { auth_type PASS auth_pass YOUR_RANDOM_PASSWORD } virtual_ipaddress { 172.22.1.5 } } 上述需要特別注意的是 virtual_router_id : 每個節點應該都要不一樣，以作唯一標識。 priority : 每個節點應該都要不一樣，最大的那個節點，就會優先使用 Virtual IP 。 auth_pass : 每個節點都相同，但大家在抄時，記得更改。 還有的是開通 iptables ，讓各個節點可以經網絡廣播的方式互相看到對方。 iptables -I INPUT -d 224.0.0.0/8 -j ACCEPT iptables -I INPUT -p vrrp -j ACCEPT systemctl restart keepalived

Swarm mode 上線 4 | IP 設定

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MacauYeah ・2024-07-23

單機模式 IP設定 平常我們自己做測試，網絡功能通常用預設的就好。但當我們的Docker Container需要存取在區域網內的其他資源，避晚IP網段相衝是必需要的事。 大部份情況下，單機Docker使用的預設IP段會是 172.17.0.0/16 172.18.0.0/16 ... 若然現在區域網中，有一段172.18.0.0/24，大家不想Docker踩到其中，可以修改設定檔，加入預設的default-address-pools，以後它就只會從指定的區段使用。 # vim /etc/docker/daemon.json { "default-address-pools": [ { "base": "172.17.0.0/16", "size": 24 }, { "base": "172.19.0.0/16", "size": 24 }, { "base": "172.20.0.0/16", "size": 24 } ] } 其中base，是docker可以操作的總區域，size指的是Docker要自行分段的話，每段的大小是多少，上述的例子，就代表未來可能有以下Docker 網段。 172.17.0.0/24 172.17.1.0/24 ... 172.17.255.0/24 172.19.0.0/24 172.19.1.0/24 ... 172.19.255.0/24 172.20.0.0/24 172.20.1.0/24 ... 172.20.255.0/24 修改完設定後，重啟Docker就會生效。當然，重啟前，先刪除所有不在預設範圍的所有Container。 Swarm模式 IP設定 Swarm模式，與單機差不多，它需要在初始化Swarm就要定義，而且它不能與單機的網段有重疊。單機會預設使用Private IPv4 Class B，Swarm則是預設使用Private IPv4 Class A段，所以我們若就更改，就使用10.x.x.x吧。 docker swarm init --default-addr-pool 10.1.0.0/16 --default-addr-pool-mask-length 24 經上述例子初始化的 ingress 網段，將會是 10.1.0.0/24，隨後每個stack 則會是 10.1.1.0/24 10.1.2.0/24 10.1.3.0/24 重置Swarm 跟單機的情況類似，如果已建立Swarm後才修改網段，還是要整個刪掉重來。 每個節點都要執行以下指令。 docker swarm leave --force 實測swarm leave這個指令也會把所有運行中的stack刪掉。 各節點重新建立swarm # in node 1, init new swarm with new ip docker swarm init --default-addr-pool 10.1.0.0/16 --default-addr-pool-mask-length 24 # in node 1, get new manager token docker swarm join-token manager # in node 2 and node 3, join node 1 with new token docker swarm join --token XXXXX YOUR_NEW_NODE1_IP:2377 雙管齊下 如果大家同想要修定單機及Swarm的網段，還要留意有一個特別的網段docker_gwbridge。它雖然是Swarm的附帶產物，但它則是受單機的網段控制。也就是，如果大家有需要同時修改單機及Swarm的網段，則需要手動刪除Swarm及docker_gwbridge 在每個節點先刪掉舊有的Swarm及docker_gwbridge，並關掉docker docker swarm leave --force docker network rm docker_gwbridge 在每個節點為docker_gwbridge修改設定，然後重起docker # vim /etc/docker/daemon.json { "default-address-pools": [ { "base": "172.17.0.0/16", "size": 24 } ] } 然後像前述一樣，重起Swarm。

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