Масштабируемость и отказоустойчивость кластеров Docker

Отчет

Отчет в формате docx. Обязательное содержимое отчета:

Фамилия и инициалы студента, номер группы, номер варианта;
План и задачи лабораторной работы;
Краткое описание хода выполнения работы;
Скриншоты результатов заданий и ответы на вопросы задания.

Что потребуется перед началом

Работа в операционной системе семейства Linux;
Установленный и настроенный пакет Docker.

Установка docker-compose

# Если не установлена утилита curl
sudo apt install curl

sudo curl -SL https://github.com/docker/compose/releases/download/v2.23.0/docker-compose-linux-x86_64 -o /usr/local/bin/docker-compose
sudo ln -s /usr/local/bin/docker-compose /usr/bin/docker-compose
chmod a+x /usr/local/bin/docker-compose

Подготовка проекта

Скачать проект проект на локальную машину.

Разархивировать проект и зайти в папку с проектом:

cd dockerclusters

Структура директории:

dockerclusters
├── haproxy-static-balancer
│   ├── docker-compose.yml
│   └── haproxy
│       └── haproxy.cfg
├── nginx-static-balancer
│   ├── docker-compose.yml
│   └── nginx
│       ├── Dockerfile
│       └── nginx.conf
├── python-ui-database
│   ├── app
│   │   ├── app.py
│   │   ├── Dockerfile
│   │   └── requirements.txt
│   ├── db
│   │   └── init.sql
│   └── docker-compose.yml
├── test-compose
│   └── docker-compose.yml
└── worker
    └── Dockerfile

Работу можно выполнять:

на виртуальной машине (тогда с помощью scp скопируйте папку из хостовой машины в виртуальную машину или выполните клонирование репозитория методички в виртуальную машину);
в хостовой операционной системе через Docker Desktop.

Дополнительные материалы

Для выполнения лабораторной работы необходимы будут материалы лекций:

Задачи лабораторной работы

Задание 1: Изучить работу docker-compose

Изучить структуру проекта test-compose (src/labs/dockerclusters/test-compose):

cd test-compose
ls .
docker-compose.yml

docker-compose.yml - файл конфигурации запуска любого проекта docker-compose:

version: "3.2"

services:
  whale: #название сервисов. Сервис=контейнер docker
    image: grycap/cowsay #образ, на основании которого строится контейнер
    command: ["/usr/games/cowsay", "hello!"]  #команда, которая передается в контейнер

Стартовать контейнер:

sudo docker compose up

# Примерный результат
Attaching to test-compose-whale-1
test-compose-whale-1  |  ________ 
test-compose-whale-1  | < hello! >
test-compose-whale-1  |  -------- 
test-compose-whale-1  |     \
test-compose-whale-1  |      \
test-compose-whale-1  |       \     
test-compose-whale-1  |                     ##        .            
test-compose-whale-1  |               ## ## ##       ==            
test-compose-whale-1  |            ## ## ## ##      ===            
test-compose-whale-1  |        /""""""""""""""""___/ ===        
test-compose-whale-1  |   ~~~ {~~ ~~~~ ~~~ ~~~~ ~~ ~ /  ===- ~~~   
test-compose-whale-1  |        \______ o          __/            
test-compose-whale-1  |         \    \        __/             
test-compose-whale-1  |           \____\______/   
test-compose-whale-1 exited with code 0

Задача: Заменить надпись на свое имя, запустить контейнер, продемонстрировать результат.

Для замены надписи необходимо открыть файл docker-compose.yml в папке test-compose в редакторе nano

nano docker-compose.yml

Необходимо:

Заменить слово строке: command: ["/usr/games/cowsay", "hello!"]
Сохранить изменения (Ctrl+O, Ctrl+X)
Заново стартовать контейнер
Зафиксировать результат для отчета

Задание 2: Изучить методы балансировки нагрузки между узлами кластера

Изучить структуру проектов: Haproxy balancer (src/labs/dockerclusters/haproxy-static-balancer):

cd ../haproxy-static-balancer
.
├── docker-compose.yml 
└── haproxy
    └── haproxy.cfg

docker-compose.yml:

version: '3'

services:
  worker1:
    build: # собираем образ воркера на основании контейнера с nginx.Контейнер отдает нам статическую страницу с значением WORKER_ID 
      context: ../worker
      dockerfile: Dockerfile
      args:
        - WORKER_ID=1  # Аргумент, который мы передаем в контейнер
    expose:
        - 80 # Порт, по которому запущен nginx внутри контейнера
  worker2:
    build:
      context: ../worker
      dockerfile: Dockerfile
      args:
        - WORKER_ID=2
    expose:
        - 80 # Порт, по которому запущен nginx внутри контейнера
  haproxy:
    image: haproxy
    volumes:
        - ./haproxy:/usr/local/etc/haproxy # путь к файлу конфигурации haproxy
    links: # Связываем воркеры и балансировщик. ВАЖНО- имена контейнеров воркеров нам пригодятся для настройки балансировки
        - worker1
        - worker2
    ports:
        - "8080:80"  # Преобразование внешнего порта, входная точка балансировки в контейнер балансировки по порту 8080 
    expose:
        - 80   # haproxy Внешние порты для контейнеров, по которым будет идти балансировка

haproxy.cfg:

defaults
    log global # Пишем в лог все события
    mode http # Какой тип проксирования трафика - http, tcp
    timeout connect 5000ms # настройки времени соединений
    timeout client 50000ms
    timeout server 50000ms
    stats uri /status # проверка статуса соединения по этому адресу
frontend balancer
    bind 0.0.0.0:80 # балансировщик будет принимать соединения с локальной машины по этому порту от клиента
    default_backend web_backends
backend web_backends # Настраиваем куда балансировщик будет перенаправлять входящие запросы- это два наших воркер контейнера по порту 80
    balance roundrobin # Метод балансировки, см. материалы лекции
    server web1 worker1:80
    server web2 worker2:80

../worker/Dockerfile:

FROM nginx:alpine # базовый образ веб сервера nginx, построенный на базе дистрибутива Linux Alpine

ARG WORKER_ID # Аргумент, передаваемый в докер файл снаружи при построении

RUN echo "WORKER $WORKER_ID" > /usr/share/nginx/html/index.html # Записываем его в статическую страницу для веб-вервера

EXPOSE 80

Запустить контейнеры:

pwd
src/labs/dockerclusters/haproxy-static-balancer
# Убедились что мы в нужной папке

sudo docker-compose up

Пример вывода:

Running 4/4
 ⠿ Network haproxy-static-balancer_default      Created                                                                                                                         1.3s
 ⠿ Container haproxy-static-balancer-worker2-1  Created                                                                                                                         2.8s
 ⠿ Container haproxy-static-balancer-worker1-1  Created                                                                                                                         2.9s
 ⠿ Container haproxy-static-balancer-haproxy-1  Created                                                                                                                         0.8s
Attaching to haproxy-static-balancer-haproxy-1, haproxy-static-balancer-worker1-1, haproxy-static-balancer-worker2-1
haproxy-static-balancer-worker1-1  | /docker-entrypoint.sh: /docker-entrypoint.d/ is not empty, will attempt to perform configuration
haproxy-static-balancer-worker1-1  | /docker-entrypoint.sh: Looking for shell scripts in /docker-entrypoint.d/
haproxy-static-balancer-worker1-1  | /docker-entrypoint.sh: Launching /docker-entrypoint.d/10-listen-on-ipv6-by-default.sh
haproxy-static-balancer-worker2-1  | /docker-entrypoint.sh: /docker-entrypoint.d/ is not empty, will attempt to perform configuration
haproxy-static-balancer-worker2-1  | /docker-entrypoint.sh: Looking for shell scripts in /docker-entrypoint.d/
haproxy-static-balancer-worker2-1  | /docker-entrypoint.sh: Launching /docker-entrypoint.d/10-listen-on-ipv6-by-default.sh
haproxy-static-balancer-worker2-1  | 10-listen-on-ipv6-by-default.sh: info: Getting the checksum of /etc/nginx/conf.d/default.conf
haproxy-static-balancer-worker1-1  | 10-listen-on-ipv6-by-default.sh: info: Getting the checksum of /etc/nginx/conf.d/default.conf
haproxy-static-balancer-worker1-1  | 10-listen-on-ipv6-by-default.sh: info: Enabled listen on IPv6 in /etc/nginx/conf.d/default.conf
haproxy-static-balancer-worker1-1  | /docker-entrypoint.sh: Launching /docker-entrypoint.d/20-envsubst-on-templates.sh
haproxy-static-balancer-worker2-1  | 10-listen-on-ipv6-by-default.sh: info: Enabled listen on IPv6 in /etc/nginx/conf.d/default.conf
haproxy-static-balancer-worker2-1  | /docker-entrypoint.sh: Launching /docker-entrypoint.d/20-envsubst-on-templates.sh
haproxy-static-balancer-worker2-1  | /docker-entrypoint.sh: Launching /docker-entrypoint.d/30-tune-worker-processes.sh
haproxy-static-balancer-worker1-1  | /docker-entrypoint.sh: Launching /docker-entrypoint.d/30-tune-worker-processes.sh
haproxy-static-balancer-worker1-1  | /docker-entrypoint.sh: Configuration complete; ready for start up
haproxy-static-balancer-worker2-1  | /docker-entrypoint.sh: Configuration complete; ready for start up
haproxy-static-balancer-worker1-1  | 2022/10/26 20:31:12 [notice] 1#1: using the "epoll" event method
haproxy-static-balancer-worker1-1  | 2022/10/26 20:31:12 [notice] 1#1: nginx/1.23.2
haproxy-static-balancer-worker1-1  | 2022/10/26 20:31:12 [notice] 1#1: built by gcc 11.2.1 20220219 (Alpine 11.2.1_git20220219) 
haproxy-static-balancer-worker1-1  | 2022/10/26 20:31:12 [notice] 1#1: OS: Linux 5.15.0-52-generic
haproxy-static-balancer-worker1-1  | 2022/10/26 20:31:12 [notice] 1#1: getrlimit(RLIMIT_NOFILE): 1048576:1048576
haproxy-static-balancer-worker1-1  | 2022/10/26 20:31:12 [notice] 1#1: start worker processes
haproxy-static-balancer-worker1-1  | 2022/10/26 20:31:12 [notice] 1#1: start worker process 30
haproxy-static-balancer-worker1-1  | 2022/10/26 20:31:12 [notice] 1#1: start worker process 31
haproxy-static-balancer-worker1-1  | 2022/10/26 20:31:12 [notice] 1#1: start worker process 32
haproxy-static-balancer-worker1-1  | 2022/10/26 20:31:12 [notice] 1#1: start worker process 33
haproxy-static-balancer-worker2-1  | 2022/10/26 20:31:12 [notice] 1#1: using the "epoll" event method
haproxy-static-balancer-worker2-1  | 2022/10/26 20:31:12 [notice] 1#1: nginx/1.23.2
haproxy-static-balancer-worker2-1  | 2022/10/26 20:31:12 [notice] 1#1: built by gcc 11.2.1 20220219 (Alpine 11.2.1_git20220219) 
haproxy-static-balancer-worker2-1  | 2022/10/26 20:31:12 [notice] 1#1: OS: Linux 5.15.0-52-generic
haproxy-static-balancer-worker2-1  | 2022/10/26 20:31:12 [notice] 1#1: getrlimit(RLIMIT_NOFILE): 1048576:1048576
haproxy-static-balancer-worker2-1  | 2022/10/26 20:31:12 [notice] 1#1: start worker processes
haproxy-static-balancer-worker2-1  | 2022/10/26 20:31:12 [notice] 1#1: start worker process 31
haproxy-static-balancer-worker2-1  | 2022/10/26 20:31:12 [notice] 1#1: start worker process 32
haproxy-static-balancer-worker2-1  | 2022/10/26 20:31:12 [notice] 1#1: start worker process 33
haproxy-static-balancer-worker2-1  | 2022/10/26 20:31:12 [notice] 1#1: start worker process 34
haproxy-static-balancer-haproxy-1  | [NOTICE]   (1) : New worker (8) forked
haproxy-static-balancer-haproxy-1  | [NOTICE]   (1) : Loading success.

Зайти в окно браузера и набрать: localhost:8080.

предупреждение

Если вы работаете на виртуальной машине, не забудьте выполнить проброс порта 8080.

Обновите страницу несколько раз и вы увидите, как цифра меняется:

предупреждение

Для того, чтобы увидеть, что цифра меняется, необходимо отключить кэширование в браузере.

Задача: Собрать статистику на 10 запросах для разных методов балансировки и объяснить результаты, сделать снимок экрана для отчета:

RoundRobin
RoundRobin с добавлением веса
LeastConnection
LeastConnection с добавлением веса
(Дополнительно) Самостоятельно изучить балансировку контейнеров с использованием nginx, попробовать те же методы балансировки nginx-balancer (src/labs/dockerclusters/nginx-static-balancer)
(Дополнительно) Написать скрипт сбора статистики на 1000 запросах для получения более четких данных распределения

В конце работы остановить контейнеры (Ctrl+C)!

Задание 3: Многокомпонентый проект docker-compose

Изучить структуру проекта сервис-база данных приложения развернутого в кластере из двух контейнеров (src/labs/dockerclusters/python-ui-database)

cd ../python-ui-database
.
├── app # - простое веб-приложение на python, работающее с базой
│   ├── app.py
│   ├── Dockerfile
│   └── requirements.txt
├── db - скрипт создания базы данных
│   └── init.sql
└── docker-compose.yml
└── .env  - файл, содержащий парметры конфигурациисреды запуска 

docker-compose.yml:

version: "3"

networks:
  dockerclusters:
    driver: bridge

services:
  app:
    build: ./app # контекст для сборки, по-умолчанию ищет Dockerfile в этой директории
    links: # связь контейнеров друг с другом, один из способов организации сетевого взаимодействия
      - db
    ports: # проброс портов <Host>:<Container>
      - "8090:5000"
    networks:
      - dockerclusters
    environment: # передаем параметры связи с базой контейнеру приложения
      MYSQL_USER: ${MYSQL_USER}
      MYSQL_HOST: ${MYSQL_HOST}
      MYSQL_PORT: ${MYSQL_PORT}
      MYSQL_ROOT_PASSWORD: ${MYSQL_ROOT_PASSWORD}
      PORT: 5000

  db:
    image: mysql:5.7
    ports:
      - "32000:3306" # 32000 - порт для подключения к базе внешним клиентом
    networks:
      - dockerclusters
    volumes: # привязка каталога на диске хост машины к контейнеру
      - ./db:/docker-entrypoint-initdb.d/:ro # привязка каталога на диске со скриптами для баы данных хост машины к контейнеру
    environment:
      MYSQL_ROOT_PASSWORD: ${MYSQL_ROOT_PASSWORD} # тут есть небольшой нюанс в dockre-compose, по-умолчанию параметры из .env не пробрасываются внутрь контейнера, необходиомо их явно задавать, даже если имена совпадают. Это сделано для контроля входных параметров контейнера

  phpmyadmin: # админ клиент для базы mysql
    image: phpmyadmin/phpmyadmin:latest
    restart: always
    links:
      - db
    environment:
      PMA_HOST: db
      PMA_PORT: 3306
      PMA_USER: ${MYSQL_USER}
      PMA_PASSWORD: ${MYSQL_ROOT_PASSWORD}
    ports:
      - "8080:80" # админ клиент выставляется по этому порту
    networks:
      - dockerclusters

.env:

# значения передаются в docker-compose, но не в контейнеры
MYSQL_USER=root
MYSQL_ROOT_PASSWORD=root
MYSQL_HOST=db
MYSQL_PORT=3306

Задача:

1.Текущее содержимое базы

Зайти в окно браузера и набрать: localhost:8090, вы увидите текущее содержимое базы, сделать снимок экрана для отчета:

2. Добавить запись в базу используя встроенный контейнер phpmyadmin

Зайти в окно браузера и набрать: localhost:8080
В дереве слева выбрать knights->favorite_colors
Вставить запись в таблицу, сделать снимок экрана для отчета:
Зайти в окно браузера и набрать: localhost:8090, вы увидите добавленную запись, сделать снимок экрана для отчета

3. Подключиться к базе с использованием внешнего клиента

Для этой цели мы можем переиспользовать контейнер app из предыдущего пункта Откройте новое окно консоли

docker ps
CONTAINER ID   IMAGE                          COMMAND                  CREATED          STATUS         PORTS                                                    NAMES
ad536661d2e6   python-ui-database-app         "/bin/sh -c 'python …"   4 minutes ago    Up 4 minutes   0.0.0.0:8090->5000/tcp, :::8090->5000/tcp                python-ui-database-app-1
de188ea0cd37   phpmyadmin/phpmyadmin:latest   "/docker-entrypoint.…"   27 minutes ago   Up 4 minutes   0.0.0.0:8080->80/tcp, :::8080->80/tcp                    python-ui-database-phpmyadmin-1
433a362a0747   mysql:5.7                      "docker-entrypoint.s…"   27 minutes ago   Up 4 minutes   33060/tcp, 0.0.0.0:32000->3306/tcp, :::32000->3306/tcp   python-ui-database-db-1


#python-ui-database-app  - нужный нам образ

docker run -e MYSQL_HOST=python-ui-database-db-1 -e MYSQL_PORT=3306 -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=root -e MYSQL_USER=root -e PORT=8099 -p 8099:8099 --network=dockerclusters python-ui-database-app

предупреждение

В переменной окружения MYSQL_HOST передается название контейнера базы данных, которое можно посмотреть через команду docker ps (в нашем случае python-ui-database-db-1). Также можно указать имя контейнера в docker-compose.yml через атрибут сервиса container_name. Имя контейнера будет являться Hostname в сети dockerclusters. Поэтому нам новое приложение python-ui-database-app необходимо подключить к сети dockerclusters, чтобы мы смогли взаимодействовать с базой данных.

Зайти в окно браузера и набрать: localhost:8099, вы должны увидеть содержимое базы, сделать снимок экрана для отчета

4. (Дополнительно) Добавить запись в базу используя внешний клиент, например Beekepper

5. (Дополнительно) Добавить в проект еще один сервис app (по аналогии с заданием 2), добавить балансировщик нагрузки для сервисов app, используя либо контейнер nginx либо haproxy

Контрольные вопросы

Какие способы организации работы с сетью есть в Docker?
Как определяются списки в стандарте YAML?
При "пробросе" портов контейнера docker-compose что стоит на первом месте- порт хоста или порт контейнера?
Какой метод балансировки нагрузки в каком случае используется?

Отчет​

Что потребуется перед началом​

Установка docker-compose​

Подготовка проекта​

Дополнительные материалы​

Задачи лабораторной работы​

Задание 1: Изучить работу docker-compose​

Задание 2: Изучить методы балансировки нагрузки между узлами кластера​

Задание 3: Многокомпонентый проект docker-compose​

1.Текущее содержимое базы​

2. Добавить запись в базу используя встроенный контейнер phpmyadmin​

3. Подключиться к базе с использованием внешнего клиента​

4. (Дополнительно) Добавить запись в базу используя внешний клиент, например Beekepper​

Контрольные вопросы​

Отчет

Что потребуется перед началом

Установка docker-compose

Подготовка проекта

Дополнительные материалы

Задачи лабораторной работы

Задание 1: Изучить работу docker-compose

Задание 2: Изучить методы балансировки нагрузки между узлами кластера

Задание 3: Многокомпонентый проект docker-compose

1.Текущее содержимое базы

2. Добавить запись в базу используя встроенный контейнер phpmyadmin

3. Подключиться к базе с использованием внешнего клиента

4. (Дополнительно) Добавить запись в базу используя внешний клиент, например Beekepper

Контрольные вопросы