Docker Compose y Docker Swarm: or­que­s­ta­ción de co­n­te­ne­do­res Docker

La pla­ta­fo­r­ma de co­n­te­ne­do­res Docker permite di­s­tri­buir apli­ca­cio­nes en la red a modo de tareas de forma rápida y cómoda y ahorrando recursos. Todo lo que se necesita para ello es Swarm, el ad­mi­ni­s­tra­dor de clústeres de Docker que con la de­no­mi­na­ción de “Swarm Mode” se incluye como función nativa de la Docker engine desde la versión 1.12.0 y con ello forma parte del software nuclear de la pla­ta­fo­r­ma. Docker Swarm permite escalar las apli­ca­cio­nes basadas en co­n­te­ne­do­res, ge­s­tio­ná­n­do­las en tantas in­s­ta­n­cias y en tantos nodos de red como se requiera. Si, por el contrario, quieres ejecutar en un clúster una apli­ca­ción mu­l­ti­co­n­te­ne­dor, conocida también como “stack” (lote), es mejor recurrir a la he­rra­mie­n­ta Docker Compose. A co­n­ti­nua­ción, te aclaramos los conceptos básicos de la or­que­s­ta­ción de Docker con Swarm y Compose así como los pasos para im­ple­me­n­tar­los según los códigos uti­li­za­dos de ejemplo.

Swarm es un software creado por los pro­gra­ma­do­res de Docker que permite agrupar una serie de hosts de Docker en un clúster y gestionar los clústeres de forma ce­n­tra­li­za­da así como orquestar los co­n­te­ne­do­res. Aunque hasta la versión 1.11 de Docker había que im­ple­me­n­tar Swarm como una he­rra­mie­n­ta aparte, las versiones po­s­te­rio­res de la pla­ta­fo­r­ma de co­n­te­ne­do­res soportan un modo nativo swarm (también conocido como modo enjambre), por lo que cuando los usuarios instalan el Docker engine, también tienen a su di­s­po­si­ción este gestor de clústeres.

Docker Swarm se basa en una ar­qui­te­c­tu­ra maestro-esclavo. Cada clúster de Docker está formado al menos por un nodo maestro (también llamado ad­mi­ni­s­tra­dor o manager) y tantos nodos esclavos (llamados de trabajo o workers) como sea necesario. Mientras que el maestro de Swarm es re­s­po­n­sa­ble de la gestión del clúster y la de­le­ga­ción de tareas, el esclavo se encarga de ejecutar las unidades de trabajo (tasks o tareas). Además, las apli­ca­cio­nes de co­n­te­ne­do­res se di­s­tri­bu­yen en servicios en las cuentas de Docker elegidas.

En la jerga de Docker, “service” o servicio designa una es­tru­c­tu­ra abstracta con la que se pueden definir aquellas tareas que deben eje­cu­tar­se en el clúster. Cada servicio está formado por un conjunto de tareas in­di­vi­dua­les que se procesan en co­n­te­ne­do­res in­de­pe­n­die­n­tes en uno de los nodos del clúster. Cuando se crea un servicio, el usuario determina la imagen de co­n­te­ne­dor en la que se basa y los comandos que se ejecutan en el co­n­te­ne­dor, ope­rá­n­do­se sobre la base de la imagen. Docker Swarm soporta dos modos de definir servicios swarm: servicios globales o re­pli­ca­dos.

• Servicios re­pli­ca­dos: se trata de tareas que se ejecutan en un número de réplicas definido por el usuario. A su vez, cada réplica es una instancia del co­n­te­ne­dor definido en el servicio. Los servicios re­pli­ca­dos se pueden escalar, pe­r­mi­tie­n­do a los usuarios crear réplicas adi­cio­na­les. Si así se requiere, un servidor web como NGINX se puede escalar en 2, 4 o 100 in­s­ta­n­cias con una sola línea de comandos.

• Servicios globales: si un servicio se ejecuta en modo global, cada nodo di­s­po­ni­ble en el clúster inicia una tarea para el servicio co­rre­s­po­n­die­n­te. Si al clúster se le añade un nodo nuevo, el maestro de Swarm le atribuye una tarea para el servicio global de forma inmediata. Este tipo de servicios se re­co­mie­n­da para las apli­ca­cio­nes de monitoreo o los programas antivirus.

Uno de los campos en los que se puede aplicar Docker Swarm es el reparto de cargas, pues con el modo enjambre Docker dispone de funciones in­te­gra­das de balanceo de carga. Si se ejecuta, por ejemplo, un servidor web NGINX con cuatro in­s­ta­n­cias, Docker di­s­tri­bu­ye las consultas entrantes de forma in­te­li­ge­n­te entre las in­s­ta­n­cias del servidor web di­s­po­ni­bles.

Docker Compose permite definir las apli­ca­cio­nes mu­l­ti­co­n­te­ne­dor, conocidas como stacks, y eje­cu­tar­las en un nodo in­di­vi­dual o en un clúster. La he­rra­mie­n­ta recurre para ello a una consola de línea de comandos con el fin de gestionar el ciclo de vida completo de sus apli­ca­cio­nes.

En el universo Docker los stacks o lotes son grupos de servicios in­te­r­co­ne­c­ta­dos que comparten las de­pe­n­de­n­cias del software y que se escalan y orquestan de forma conjunta. Un stack de Docker permite definir las diversas fu­n­cio­na­li­da­des de una apli­ca­ción en un archivo central, este es, docker-compose.yml, iniciarlo, eje­cu­tar­lo co­n­ju­n­ta­me­n­te en un sistema de tiempo de ejecución y ge­s­tio­nar­lo de forma central.

De­pe­n­die­n­do del sistema operativo en el que se ejecute Docker es posible que haya que instalar Compose por separado. Aunque Docker Compose ya se incluye en la gama de funciones de la pla­ta­fo­r­ma de co­n­te­ne­do­res si se utiliza la apli­ca­ción como in­s­ta­la­ción de es­cri­to­rio Docker para Mac o Docker para Windows, habrá que proceder a la in­s­ta­la­ción manual de la he­rra­mie­n­ta si se utiliza Docker con Linux o con Windows Server 2016. Asimismo, la toolbox de Docker también está di­s­po­ni­ble para los sistemas de Mac y Windows.

En primer lugar hay que abrir la terminal y ejecutar el comando que aparece a co­n­ti­nua­ción para poder descargar del re­po­si­to­rio de GitHub los archivos binarios de Compose:

Concede a todos los usuarios el derecho de poder ejecutar archivos binarios:

Para comprobar si la he­rra­mie­n­ta se ha instalado co­rre­c­ta­me­n­te se introduce el comando:

Si la in­s­ta­la­ción se ha ejecutado con éxito recibirás el número de versión de la he­rra­mie­n­ta en la terminal.

Inicia Po­we­r­She­ll como ad­mi­ni­s­tra­dor y ejecuta el siguiente comando para descargar los archivos binarios de Compose desde el re­po­si­to­rio GitHub:

Inicia los archivos eje­cu­ta­bles para instalar Docker Compose.

Para poder operar una app mu­l­ti­co­n­te­ne­dor en un clúster con Docker es necesario utilizar un enjambre (tra­du­c­ción de swarm), esto es, un clúster de Docker engine en swarm mode, así como la he­rra­mie­n­ta de Docker Compose.

En este tutorial se describen en primer lugar los pasos a seguir para poder instalar Docker Swarm. Más adelante se procede a aclarar cómo se crean apli­ca­cio­nes mu­l­ti­co­n­te­ne­dor con Docker Compose y se de­s­plie­gan en el clúster.

Con el término enjambre se describe a una cantidad ar­bi­tra­ria de Docker engines en modo swarm. Cada Docker engine funciona en un nodo separado que se integra en un clúster.

 Para crear un clúster de Docker hay que seguir tres pasos:

1. Preparar los hosts de Docker
2. Ini­cia­li­zar Swarm
3. Integrar los hosts de Docker en el enjambre

Para preparar los nodos de Docker se re­co­mie­n­da recurrir a la he­rra­mie­n­ta de apro­vi­sio­na­mie­n­to Docker machine. Esto facilita la im­ple­me­n­ta­ción de Docker host, también conocido como do­c­ke­ri­zed host, un host virtual incluido en el motor de Docker. Con Docker machine puedes preparar las cuentas para tu enjambre en cualquier in­frae­s­tru­c­tu­ra y ge­s­tio­nar­las de forma remota. Son varias las pla­ta­fo­r­mas en la nube, como Amazon Web Services (AWS) o Digital Ocean, que ofrecen plugins de co­n­tro­la­do­res para Docker machine con los que es posible reducir el trabajo ligado al apro­vi­sio­na­mie­n­to de los hosts de Docker a una simple línea de código. Para crear un Docker host (aquí: docker-sandbox) en la in­frae­s­tru­c­tu­ra de Digital Ocean, se puede usar el código que aparece a co­n­ti­nua­ción:

En AWS puedes crear un Docker host con el siguiente comando (aquí: aws-sandbox):

Si ya se ha creado el número pe­r­ti­ne­n­te de hosts virtuales para el enjambre, es posible ge­s­tio­nar­los a través de Docker machine y agru­par­los en un clúster con Docker Swarm. Accede primero a los nodos que se pretenden usar como swarm maestro. Docker machine pro­po­r­cio­na el siguiente comando para construir una conexión en­cri­p­ta­da SSH con el Docker Host.

Una vez se establece la conexión con los nodos deseados se puede recurrir al siguiente comando para ini­cia­li­zar el enjambre.

El comando docker swarm init, que puede aco­m­pa­ñar­se con opciones (véase la do­cu­me­n­ta­ción de Docker ), define como manager de swarm a los nodos se­le­c­cio­na­dos y crea dos tokens alea­to­rios: un token manager y un token de trabajo.

Además el comando docker swarm init genera una entrada de terminal que contiene toda la in­fo­r­ma­ción necesaria para añadir más cuentas a tu enjambre.

Tras haber ini­cia­li­za­do el enjambre con el nodo se­le­c­cio­na­do como swarm manager, se procede a añadir todos los nodos que se requieran como manager o worker. Para ello, se escribe el comando docker swarm join combinado con el token co­rre­s­po­n­die­n­te.

3.1 Añadir nodos worker: para añadir a tu enjambre un nodo worker hay que acceder a través de docker machine al nodo co­rre­s­po­n­die­n­te y ejecutar el siguiente comando:

El indicador –token, que contiene el token de acceso al clúster, es un elemento obli­ga­to­rio del comando docker swarm join.

En el ejemplo aquí pre­se­n­ta­do el comando contiene el token worker generado an­te­rio­r­me­n­te así como la dirección IP bajo la que está di­s­po­ni­ble el manager swarm. Si no se dispone en ese momento del token co­rre­s­po­n­die­n­te, se puede conseguir mediante docker swarm join-token worker.

3.2 Añadir nodos master: si se quiere añadir al enjambre un nodo manager adicional, hay que es­ta­ble­cer primero el token manager. A co­n­ti­nua­ción se ejecuta el comando docker swarm join-token manager en la cuenta de ad­mi­ni­s­tra­dor en la que has ini­cia­li­za­do el enjambre y se siguen las in­s­tru­c­cio­nes.  

Docker genera un token manager que puede eje­cu­tar­se junto al comando docker swarm join y la dirección IP definida en un Docker host para poder in­te­grar­lo como manager en el enjambre.

3.3 Vista de todos los nodos del enjambre: eje­cu­ta­n­do el comando de ad­mi­ni­s­tra­ción docker node ls en uno de los nodos manager puedes tener una vista de todos los nodos in­te­gra­dos en el enjambre.

Los nodos manager se marcan en la vista general como Leader.

En la primera parte de esta guía se ha explicado cómo preparar Docker hosts con Docker machine y co­m­pe­n­diar­los en swarm mode como clúster. Ahora pre­se­n­ta­mos cómo se pueden definir di­fe­re­n­tes servicios como apli­ca­cio­nes mu­l­ti­co­n­te­ne­dor compactas y eje­cu­tar­las en un clúster con ayuda de Docker Compose.

La pre­pa­ra­ción de apli­ca­cio­nes mu­l­ti­co­n­te­ne­dor en un clúster se consigue en cinco pasos:

1. Crear un registro Docker local
2. Definir una app mu­l­ti­co­n­te­ne­dor como stack
3. Probar la app mu­l­ti­co­n­te­ne­dor con Docker Compose
4. Cargar la imagen en el registro
5. Ejecutar un stack en el clúster

Dado que un enjambre de Docker lo componen un número de­te­r­mi­na­do de Docker engines, solo es posible operar las apli­ca­cio­nes en un clúster si todas las Docker engines im­pli­ca­das tienen acceso a la imagen de la apli­ca­ción. Para ello se requiere un servicio central que permita gestionar las imágenes y di­s­po­ne­r­las en el clúster, servicio que se conoce como registro.

1.1 Iniciar registro como servicio en el clúster: para iniciar un registro servidor local en el clúster como servicio se requiere el comando docker service create con el siguiente esquema:

1.2. Probar el estado del servicio de registro: para ello se usa el comando docker service ls, que muestra una lista de todos los servicios que estén eje­cu­tá­n­do­se en el clúster de Docker.

1.3. Probar la conexión al registro con cURL: comprueba que puedes acceder a tu registro a través de cURL con el comando:

Si el registro funciona como se espera, cURL debería mostrar la siguiente salida en la terminal:

En el siguiente paso se crean todos los archivos que se requieren para la im­ple­me­n­ta­ción de un stack en un clúster de Docker y se archivan en un di­re­c­to­rio conjunto del proyecto.

2.1 Crear una carpeta de proyecto: a co­n­ti­nua­ción hay que crear una carpeta de proyecto y asignarle un nombre, que en este tutorial es stackdemo.

El di­re­c­to­rio del proyecto sirve para guardar todos los archivos ne­ce­sa­rios para gestionar una app mu­l­ti­co­n­te­ne­dor. Esta incluye un archivo con el código fuente de la app, un archivo de texto en el que se define el software requerido para que funcione la apli­ca­cion, así como un Do­c­ke­r­fi­le y un Co­m­po­se­fi­le.

2.2 Crear una app: hay que crear una apli­ca­ción Python con el contenido que aparece a co­n­ti­nua­ción y guardarla en el di­re­c­to­rio del proyecto con el nombre app.py.

El ejemplo app.py muestra una apli­ca­ción web sencilla cuya página de inicio muestra el saludo "Hello World!" e incluye el número de veces que se tuvo acceso a la app. Se basa en el framework de código abierto Flask y la base de datos en memoria de código abierto Redis. 2.3 Definir los re­qui­si­tos: hay que crear un archivo de texto re­qui­re­me­nts.txt con el siguiente contenido y de­po­si­tar­lo en el di­re­c­to­rio del proyecto.

En re­qui­re­me­nts.txt se define es­pe­cí­fi­ca­me­n­te el software en el que se basa la apli­ca­ción.

2.4 Crear un Do­c­ke­r­fi­le: también se requiere la creación de otro archivo de texto llamado Do­c­ke­r­fi­le, al que hay que añadir el contenido que aparece a co­n­ti­nua­ción. Una vez creado se guarda en el di­re­c­to­rio del proyecto.

El fichero docker-compose.yml permite in­te­r­co­ne­c­tar diversos servicios, eje­cu­tar­los como unidad y ge­s­tio­nar­los de forma ce­n­tra­li­za­da.

En el ejemplo actual se definen dos servicios: un servicio web y un servicio redis.

• Servicio web: la base de un servicio web es una imagen que se crea en la carpeta stackdemo según el archivo Docker que ha creado el usuario.

• Servicio Redis: para el servicio Redis no se usa ninguna imagen. En lugar de ello se accede a una imagen de acceso público (redis:alpine)di­s­po­ni­ble en Docker hub.

Primero hay que probar la app mu­l­ti­co­n­te­ne­dor de forma local eje­cu­tá­n­do­la en los nodos manager.

3.1 Iniciar app: se puede iniciar un stack con el comando docker-compose up junto con el indicador --d. El indicador activa el “detached mode”, en cuyo caso todos los co­n­te­ne­do­res se ejecutan en segundo plano. De esta forma la terminal está preparada para la entrada de comandos adi­cio­na­les.

3.3. Probar un stack con cURL: prueba tu stack eje­cu­ta­n­do el programa de líneas de comandos cURL con la dirección de host local (localhost oder 127.0.0.1)

3.4 De­s­co­ne­c­tar la app: si se quiere de­s­co­ne­c­tar el stack, hay que ejecutar el comando docker-compose down con el indicador –volumes.

Antes de que una apli­ca­ción mu­l­ti­co­n­te­ne­dor se pueda ejecutar en el clúster, en el registro del servicio deben fa­ci­li­tar­se todas las imágenes ne­ce­sa­rias para ello. El ejemplo solo incluye la imagen creada por el propio servicio web (la imagen redis está di­s­po­ni­ble a través de un registro público de Docker Hub).

Con el término “push” se hace re­fe­re­n­cia en la jerga de Docker a la subida de una imagen creada lo­ca­l­me­n­te en un registro central. Para ello Docker Compose crea el comando docker-compose push que debe eje­cu­tar­se en el di­re­c­to­rio del proyecto.

Todas las imágenes pre­se­n­ta­das en docker-compose.yml, que han sido creadas de forma local, se cargan en el registro.

La apli­ca­ción mu­l­ti­co­n­te­ne­dor se puede ejecutar en el clúster si la imagen del stack está di­s­po­ni­ble en el servicio de registro local.

5.1 Ejecutar un stack en el clúster: también es posible ejecutar un stack en un clúster con una simple línea de comando. La pla­ta­fo­r­ma de co­n­te­ne­do­res dispone para ello del comando siguiente:

A co­n­ti­nua­ción se ejecuta el comando docker stack deploy en un nodo manager del enjambre.

5.2 Acceder al estado del stack: es posible con el siguiente comando.

Docker muestra el ID, modos, réplicas, imágenes y puertos de todos los servicios que se están eje­cu­ta­n­do en el stack.

5.3 Probar cURL con la apli­ca­ción: para probar la apli­ca­ción mu­l­ti­co­n­te­ne­dor, accede a esta a través de la dirección de host local en el puerto 8000.

5.4 De­s­co­ne­c­tar el stack: es necesario utilizar docker stack rm con el nombre del stack.

5.5 De­s­co­ne­c­tar el registro servicio: hay que recurrir al comando docker service rm con el nombre de servicio, en este caso, registry.