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对于许多组织而言，构建和部署单体应用的日子已是过去时，将开发工作集中在微服务成为新主流。微服务架构将应用程序分解为小的、互相连接的微服务，其原子性被定义为技术边界、业务服务边界或两者的组合，通常使用提供数据持久性的共享基础设施服务，并通过RPC等方式实现通信。

操作支持微服务架构的基础设施具有一定的挑战性，但利大于弊(如可扩展性、生产力的提高以及技术选择的灵活性)。

本质上，这一方法是从新旧操作系统的基本原理中衍生出来的。容器化的兴起是这一新方法的催化剂，它由先进的Linux内核特性支持，随后又经Docker推广。然而，我们仍受缚于TCP/IP网络堆栈所提供的功能及其特性，当决定在部署应用程序中选择哪种网络模式和端口时，这一点便在Marathon中得到了体现。

幸运的是，如DC/OS这样的平台，可以较为容易的运行此类服务。接下来，让我们一起来看看以云原生方式运行同一应用程序的多个副本时，后台会发生什么。在本文中，我们将研究各种可选选项及其含义，并通过研究主机操作系统层面的实践来理解其中的含义。

01应用程序示例为了让您对示例有一个更加清晰的了解，我们将使用一个简单的应用程序。当通过HTTP访问时，这个应用程序会将Pi返回到小数点后十位。它用Go语言编译一个二进制文件，再通过容器以无状态微服务的形式运行。它只需一个选项-“-端口”，用于控制我们的应用程序侦听HTTP请求。查看此演示程序代码请访问 https://github.com/dcos-labs/httpi02主机模式网络Marathon有三种网络模式分别是：主机、容器/桥接、容器。主机模式是最为人熟知的网络模式，在主机模式下，运行在容器中的网络服务会像在主机本身上运行时一样凸显出来，如同一个“传统的”守护进程或服务。让我们使用以下配置部署一个简单的应用程序，以作示例：

{

  "id": "httpi",

  "networks": [ { "mode": "host" } ],

  "portDefinitions": [

    {"port": 0, "name": "http"}

  ],

  "container": {

    "type": "DOCKER",

    "docker": {

      "image": "dcoslabs/httpi:latest",

      "forcePullImage": true

    }

  },

  "instances": 1,

  "cpus": 0.1,

  "mem": 32

}

以上的应用程序定义示例会指示Marathon使用Docker containerizer来调度我们的应用程序，且其网络应为默认 - “主机”。我们有一个标记为“http”的单端口定义，它的值设置为0，这意味着Marathon将替我们进行选择。我们可以通过执行以下操作来部署并查看已分配的端口：

$ dcos marathon app add httpi_host.json

$ dcos marathon app show /httpi | jq -r '.tasks[].ports[]'

16327

我们正在部署的应用程序考虑到一个环境变量，这个环境变量是由Marathon为我们设置的，名为PORT_HTTP，如在portDefinitions部分中所命名的一样。这将被传递给小型Golang应用程序，并指示它监测该环境变量中指定的值。这意味着我们能够使用HTTP客户端连接到运行容器的主机，并看到返回的Pi值：

$ dcos marathon app show /httpi | jq -r '.tasks[].ipAddresses[]'

{

  "ipAddress": "172.16.9.84",

  "protocol": "IPv4"

}

然后在我们的DC/OS 主节点上:

$ dcos node ssh --master-proxy --leader --user=centos

[centos@ip-172-16-9-84 ~]$ curl http://172.16.9.84:16327

3.1415926536

以客户端请求的角度来看，如下方示意图：

接下来，让我们看一下Docker在相关代理上为我们配置的内容。首先，让我们找出我们的单例模式运行在哪个代理上：

$ dcos node ssh --master-proxy --user centos --mesos-id $(dcos marathon app show /httpi | jq -r '.tasks[].slaveId')

现在我们可以检查一些特定于Docker容器的设置，确认Marathon是否正确完成任务。例如，以下是从运行的容器转储某些显著选项的两个命令(注意，为了简洁起见，没有包含输出)：

[centos@ip-172-16-9-84 ~]$ sudo docker inspect mesos-4d89f563-28ee-4bf8-ba1b-7690503cdb8c | jq -r '.[].NetworkSettings'

[centos@ip-172-16-9-84 ~]$ sudo docker inspect mesos-4d89f563-28ee-4bf8-ba1b-7690503cdb8c | jq -r '.[].Config.Env'

当我们运行应用程序的多个实例时会发生什么？每个实例都使用一个唯一的端口，那么其他应用程序如何知道连接到哪里？DC/OS有几个选项可以管理流量如何发现并到达其预期目的地，其中包括通过dcos-net实现第4层负载均衡和通过Marathon-LB实现第7层负载均衡。接下来，我们将通过一个示例向您介绍上述情况。03使用dcos-net的容器/桥接模式和负载均衡让我们使用以下配置重新部署我们的应用程序：

{

  "id": "/httpi",

  "cpus": 0.1,

  "instances": 5,

  "mem": 32,

  "networks": [ { "mode": "container/bridge" } ],

  "requirePorts": false,

  "container": {

    "portMappings": [

      {

        "labels": {

          "VIP_0": "/httpi:3141"

        },

        "protocol": "tcp",

        "name": "http"

      }

    ],

    "type": "DOCKER",

    "volumes": [],

    "docker": {

      "image": "dcoslabs/httpi:latest",

      "forcePullImage": true,

      "privileged": false,

      "parameters": []

    }

  }

}

这将指示Marathon部署我们服务的五个副本，并且通过使用VIP_0标签集替我们配置单个VIP或虚拟IP。我们还指示了我们的containerizer使用容器/桥接模式网络。这意味着部署的容器将具有连接主机网桥的虚拟以太网接口。“portMappings”部分为我们提供了一种方法，可告知Marathon我们将要部署的服务。通过这样做，它可以配置基本的containerizer和我们在容器中运行的应用程序，并确定哪个服务应该暴露哪个端口，以及如何将其映射以提供外部连接。尽管我们可以在使用主机或容器端口时指定其他设置，但Marathon也可以替我们进行选择和分配。这将通过PORT_HTTP的环境变量向我们的应用程序暴露。通过此配置和上述标签，DC/OS还可以创建DNS资源记录，作为客户端可以定位的VIP的别名。默认情况下，使用的协议是：..l4lb.thisdcos.directory：，因此在我们的示例中，这将变成httpi.marathon.l4lb.thisdcos.directory:3141。同样，从主节点或任何代理节点中，我们现在可以使用以下方法测试：

$ curl http://httpi.marathon.l4lb.thisdcos.directory:3141

3.1415926536

那么如何确保它能够运行我们服务的任何一个后端节点？如果我们解析'httpi.marathon.l4lb.thisdcos.directory'，得到的IP地址是11.249.78.219，但是，此集群中的主机实际上没有分配该IP的接口。dcos-net使用了另一个Linux内核网络功能，称为IPVS或IP虚拟服务器。要查询已放入主机的IPVS配置，我们需要安装一个提供必要命令的包：

sudo yum install -y ipvsadm

[..]

Installed:

  ipvsadm.x86_64 0:1.27-7.el7

完成！

接下来：

$ sudo ipvsa

dm -Ln

IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)

Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags

  -> RemoteAddress:Port       Forward Weight ActiveConn InActConn

TCP  11.249.78.219:3141 wlc

  -> 172.16.15.168:9896       Masq 1  0      0

  -> 172.16.15.168:26186      Masq 1  0      0

  -> 172.16.17.198:8584       Masq 1  0      0

  -> 172.16.40.67:7143        Masq 1  0      0

  -> 172.16.40.67:14666       Masq 1  0      0

IPVS负责将目标为11.249.78.219端口3141的TCP流量重定向到上面列出的五个主机中的任何一个，并且DC/OS将替我们应用此服务，而无需我们做任何额外的工作。另一方面，我们还可以通过DNS检索IP地址和端口列表；Mesos-DNS创建了一个SRV资源记录，我们可以查询该记录返回我们服务的类似列表。描述该协议的文件可在此处找到(https://github.com/mesosphere/mesos-dns/blob/master/docs/docs/naming.md)，或者您可以执行以下操作：

$ dig +short _httpi._tcp.marathon.mesos SRV

0 1 9896 httpi-7n7a6-s2.marathon.mesos.

0 1 26186 httpi-9kxtg-s3.marathon.mesos.

0 1 8584 httpi-kdkgr-s3.marathon.mesos.

0 1 7143 httpi-y14gy-s1.marathon.mesos.

0 1 14666 httpi-ekjsh-s1.marathon.mesos.

请注意，第三列对应于运行我们服务的容器所分配的端口。就容器本身而言，我们可以检查给定代理节点上的网桥配置，如下所示。首先，选择运行我们服务的代理：

$ dcos marathon app show /httpi | jq -r '.tasks[].slaveId'

602c0829-41e6-4910-91e5-16a38fa82c0a-S2

602c0829-41e6-4910-91e5-16a38fa82c0a-S3

602c0829-41e6-4910-91e5-16a38fa82c0a-S4

602c0829-41e6-4910-91e5-16a38fa82c0a-S3

602c0829-41e6-4910-91e5-16a38fa82c0a-S4

然后是SSH：

$ dcos node ssh --master-proxy --user centos --mesos-id 602c0829-41e6-4910-91e5-16a38fa82c0a-S3

此节点包含两个在Docker容器中运行的应用程序副本：

$ sudo docker ps --format "table {{.Names}}\t{{.Status}}"

NAMES                                    STATUS

mesos-1e44c87b-4c24-479b-a3ce-70bb33ddfc25   Up 32 minutes

mesos-881e3841-b58f-49dc-b20c-31253aa2cafb   Up 32 minutes

我们可以看到，还有两个与网桥(称为docker0)关联的接口，一端是一对VETH设备，另一端是我们的容器。

$ sudo bridge li

69: veth10f72e2 state UP @(null):  mtu 1500 master docker0 state forwarding priority 32 cost 2

71: vethd365035 state UP @(null):  mtu 1500 master docker0 state forwarding priority 32 cost 2

这也可以通过使用“docker”命令检查与给定容器关联的网络进行验证。我们使用“jq”过滤我们关心的属性：

$ sudo docker inspect mesos-1e44c87b-4c24-479b-a3ce-70bb33ddfc25 | jq -r '.[].NetworkSettings.Networks.bridge.NetworkID'

cc5a44426e0c1f7b9605e03eb5c2205ae0726a7f6b666f068424f8ab0f2fe293

$ sudo docker network inspect cc5a44426e0c1f7b9605e03eb5c2205ae0726a7f6b666f068424f8ab0f2fe293 | jq -r '.[].Containers'

{

  "1bd64c0d55ae69254c0284213782b946f6c4bea30629152e37023df0d614089b": {

    "Name": "mesos-881e3841-b58f-49dc-b20c-31253aa2cafb",

    "EndpointID": "4db549817f410c5e44f0ff3b9c7d88738248fcfbd245fda33fd6818c49566e40",

    "MacAddress": "02:42:ac:11:00:02",

    "IPv4Address": "172.17.0.2/16",

    "IPv6Address": ""

  },

  "e99fd806dc8e4e01ea4cba8ccc5139bac1f7104595344e2ae7987b23d485d8e9": {

    "Name": "mesos-1e44c87b-4c24-479b-a3ce-70bb33ddfc25",

    "EndpointID": "a8d3084179e339f14aeef1ea771db6eefb232cb4b7837c4e1577f9fbf8095cfb",

    "MacAddress": "02:42:ac:11:00:03",

    "IPv4Address": "172.17.0.3/16",

    "IPv6Address": ""

  }

}

容器本身有一个IP地址，该地址是从定义为Docker配置部分的网络中自动分配的。最后，网络地址转换(NAT)将客户端连接与目标IP和端口连接起来，一旦该请求到达我们的DC/OS节点，它将负责将其定向到适当的容器：

$ sudo iptables -n -t nat -L DOCKER

Chain DOCKER (2 references)

target prot opt source           destination 

RETURN all  -- 0.0.0.0/0        0.0.0.0/0 

DNAT   tcp  -- 0.0.0.0/0        0.0.0.0/0        tcp dpt:16106 to:172.17.0.2:16106

DNAT   tcp  -- 0.0.0.0/0        0.0.0.0/0        tcp dpt:3651 to:172.17.0.3:3651

在端口1606上访问我们的DC/OS节点的流量将被重定向到172.17.0.2:16106，而对于：3651，将被重定向到172.17.0.3:3651。从上面的命令可以看出，这两个地址与我们的容器分配的地址相对应。对于给定的DC/OS节点，它看起来类似于下面的内容，其中蓝色框表示的是我们容器化服务的实例：

因此端到端，忽略HTTP协议的细节：

• 客户端HTTP请求访问http://httpi.marathon.l4lb.thisdcos.directory:3141；
• httpi.marathon.l4lb.thisdcos.directory解析为IP地址11.249.78.219;
• 每个主机上的IPVS规则都会转换并透明地重定向我们的请求，并从与集群中节点对应的关联地址列表中进行选择。在本例中，我们将使用172.16.15.168:9896；
• 或继续向IP对应172.16.15.168的节点请求，并hit TCP端口9896；
• 目标主机上的目标NAT规则将此IP和端口元组映射到与容器中运行的服务相对应的IP和端口元组；
• 建立TCP连接，我们的HTTP请求最终可以得到响应。

这种方法的缺陷在于，它需要为我们的服务提供适当的IPVS入口。如果我们需要向DC/OS集群之外的客户端露出某些内容，会发生什么情况？这时候就得使用Marathon-LB或EdgeLB了。04使用Marathon-LB实现负载均衡对于流量来自集群之外的客户端，我们需要将负载均衡能力移到堆栈稍高的位置。

dcos-net网络作用于第4层，即传输层，使用需要客户端配置的机制。换句话说，它不适用于需要从其他地方将流量路由到集群的网络。此时，我们就需要Marathon-LB或Edge-LB了，它们可作用于第4层(TCP)和第7层(HTTP/HTTPS)。同样，Marathon允许我们通过应用程序服务定义来表示元数据，这样负载均衡器就可以动态和按需配置网络访问。让我们来看一个使用容器/桥接模式网络的示例。首先，我们需要通过运行以下命令将Marathon-LB安装到集群中：$ dcos package install marathon-lb --yes现在，我们可以更新我们的服务定义并按如下方式重新部署：

{

  "id": "/httpi",

  "cpus": 0.1,

  "instances": 5,

  "mem": 32,

  "networks": [ { "mode": "container/bridge" } ],

  "requirePorts": false,

  "labels":{

    "HAPROXY_GROUP": "external",

    "HAPROXY_0_MODE": "http",

    "HAPROXY_0_PORT": "3141"

  },

  "container": {

  "portMappings": [

   {

     "labels": {

       "VIP_0": "/httpi:3141"

     },

     "protocol": "tcp",

     "name": "http"

   }

  ],

  "type": "DOCKER",

  "volumes": [],

  "docker": {

     "image": "dcoslabs/httpi:latest",

     "forcePullImage": true,

     "privileged": false,

     "parameters": []

    }

  }

}

这里的变化基本上可归结为一组新“标签”，前缀为“HAPROXY”。这些标签由Marathon-LB读取，并用于替我们配置负载均衡器。一旦部署完毕，我们就可以点击分配到我们的公共代理节点(运行Marathon-LB的HAPROXY服务的节点)的IP地址，并从我们的微服务接收到响应：

$ http 93.186.40.121:3141

HTTP/1.1 200 OK

Content-Length: 12

Content-Type: text/plain; charset=utf-8

Date: Mon, 22 Jul 2019 16:00:09 GMT

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由于我们在部署服务时应用了正确的配置选项，所以这一切都已经为我们自动配置，这要归功于DC/OS的功能。每次我们通过添加或删除容器来扩展或缩小我们的服务时，Marathon-LB都会为所有成员更新其配置。05容器模式网络第三个也是最高级的方案——为每个容器分配专用IP地址的配置。使用此模式，容器可以获得自己的Linux网络命名空间(因此也获得专用网络堆栈)，且连接由基础软件定义网络(SDN)提供程序技术进行管理。通过为每个容器分配专用IP，它消除了对任何端口映射安排的需要。它还允许网络管理员使用防火墙规则隔离和控制流量，从而促进服务隔离。最后，容器的网络与主机隔离，在发生危机情况时提供额外的安全保障。DC/OS同时支持CNI(容器-网络接口)和CNM(容器网络模型)标准，这意味着现有的SDN解决方案(如Calico、Cilium和Flannel)都可以适用。DC/OS还提供了自己的虚拟网络解决方案，称为DC/OS Overlay，我们将使用该解决方案来演示容器模式网络的功能。让我们再次部署我们的应用程序，但这次我们将指定“容器”网络模式，并使用名为“dcos”的默认覆盖网络：

{

  "id": "/httpi",

  "cpus": 0.1,

  "instances": 5,

  "mem": 32,

  "networks": [ { "mode": "container", "name": "dcos" } ],

  "requirePorts": false,

  "labels":{

    "HAPROXY_GROUP": "external",

    "HAPROXY_0_MODE": "http",

    "HAPROXY_0_PORT": "3141"

  },

  "container": {

    "portMappings": [

      {

        "containerPort": 3141,

        "labels": {

          "VIP_0": "/httpi:3141"

        },

        "protocol": "tcp",

        "name": "http"

      }

    ],

    "type": "DOCKER",

    "volumes": [],

    "docker": {

      "image": "dcoslabs/httpi:latest",

      "forcePullImage": true,

      "privileged": false,

      "parameters": []

    }

  }

}

部署后，检查“dcos marathon app show”命令的输出，以查看以下内容：

$ dcos marathon app show /httpi | jq -r '.tasks[].ipAddresses[].ipAddress'

9.0.2.130

9.0.3.130

9.0.3.132

9.0.4.130

9.0.3.131

我指定了最初要部署的应用程序的5个副本，因此分配了5个地址，即每个容器一个。我们可以在给定代理的容器配置中作进一步探讨：

sudo docker inspect mesos-c2e5a5a4-e3e3-45a2-ae15-3eb696d5b122 | jq -r '.[].NetworkSettings.Networks.dcos'

{

  "IPAMConfig": null,

  "Links": null,

  "Aliases": [

"f90839231484"

  ],

  "NetworkID": "14d322c9f1896002eafed61d466c74d3ab667a1d9f8bf1431fd63ac2fe1b3320",

  "EndpointID": "900f49089bbbe5eb7f0ec2d1899fe5e4f03863198985dd8ed787b495d616b7a2",

  "Gateway": "9.0.3.129",

  "IPAddress": "9.0.3.131",

  "IPPrefixLen": 25,

  "IPv6Gateway": "",

  "GlobalIPv6Address": "",

  "GlobalIPv6PrefixLen": 0,

  "MacAddress": "02:42:09:00:03:83",

  "DriverOpts": null

}

用与先前“容器/桥接模式”示例相同的方式暴露应用程序的网络端口和服务功能。使用应用程序服务定义中包含的同组标签，Marathon-LB将替我们创建适当的负载均衡器配置。这一次，它将指向自动分配给每个容器的IP地址和端口，而不是服务运行代理的IP地址。如果您想全面了解基础技术是如何组合在一起的，请参阅文档《DS/OS覆盖设计指南》(https://docs.d2iq.com/mesosphere/dcos/1.13/overview/design/overlay/)。或者，您可以参考以下的快速解析：

• 启动服务时，容器在规定的覆盖网络上分配一个专用IP地址；
• 可选的网络在安装DC/OS时就已定义好。在刚才的示例中，我们使用了默认的“dcos”，即9.0.0.0/8；
• 覆盖网络使用VXLAN在集群中承载DC/OS节点之间的流量;

• 只要集群中的所有节点能够相互连接，在任意节点上运行的任意应用程序(无论地理位置或云平台提供商如何)，都可以使用其专用IP地址连接到另一个容器上的服务。

当您在微服务环境中部署和扩展服务时，许多复杂性问题都可以被容器编排引擎(如DC/OS)迎刃而解。希望本文可以帮助您了解如何通过DC/OS和Marathon选择应用程序的部署方式和其服务暴露方式。推荐阅读：

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