树莓派上的Docker集群管理

目前业界主流基本都是在x86架构上使用Docker，除了因为Intel在服务器领域的绝对领导地位之外，x86 CPU的确在性能上有着卓越的表现。

但是近些年来，随着云计算的迅猛发展，引来了数据中心的大规模建设，慢慢地大家对数据中心PUE尤其是CPU功耗有了更高的要求。

ARM CPU虽然性能不如x86，但是在功耗上绝对有着无法比拟的优势，同时我们知道并不是所有的服务都有高性能的CPU需要。

很多厂商在都对ARM服务器投入了研发资源，但是效果上目前来看并不是太好，ARM处理器在服务器领域并没有如在移动端那样被快速接受，主要是因为市场接受度及服务器市场的性能要求所致。

这是AMD之前推出的 ARM 服务器，但是并不是很成功。

但是在物联网（IOT）领域，ARM处理器却是霸主级的地位，毕竟在这个领域功耗胜过一切。

那么我们可以想象，未来会占大市场的IOT设备中，会出现各种尺寸各种架构，内置操作系统也不统一，没有通用程序打包标准，几乎每种设备程序的开发框架均不同，IOT设备中程序部署升级回滚等操作不够灵活，等等这样那样的问题。

而这些问题，我们可以借鉴X86时代的经验，用Docker容器来解决它们！

Docker能降低IOT应用管理的负载度，但是在物理设备和Docker之间，我们还需要一个轻量级的操作系统。这个OS需要是完全可以定制的，可以针对不同设备需求，裁剪或增加对应的程序模块，更小体积更少进程意味着更低的功耗。

根据以上判断和需求，我经过了一番探索，最终选择了RancherOS。

它本身的特性是：

1. 真正容器化的Linux操作系统极致精简，所有服务（包括系统服务）均运行在容器中，可以以容器方式对其进行任意定制

2. 内置了Docker Engine，无需在安装系统后再进行Docker安装

3. 完全开源 https://github.com/rancher/os ，我们可以进行各种深度定制。

4. 最最重要的，支持ARM

在RancherOS的整体架构中，最底层毋庸置疑是Linux kernel，系统启动后的PID 1用system-docker代替，由它来把udev、dhcp、console等系统服务启动，同时会启动user-docker，用户运行的应用程序均跑在user-docker下。

我们以树莓派为例，将RancherOS部署在其之上。这里需要提示的是，RancherOS每个版本release之时，都会放出树莓派的支持版本，比如本次分享使用的v0.7.0版本 https://github.com/rancher/os/releases/download/v0.7.0/rancheros-raspberry-pi.zip 。

通过dd命令将RancherOS写到树莓派的SD卡上，通电点亮树莓派。

这里使用的是 Pi-3B

查看PID 1是system-docker：

通过system-docker ps 查看启动的系统服务：

正常来说，我们都得设置一下docker registry mirror，这样方便pull镜像。RancherOS的配置，都是通过ros config命令来配置，比如设置user-docker的mirror：

$ sudo ros config set rancher.docker.extra_args [--registry-mirror,https://xxxxxxx]
$ sudo system-docker restart docker # 重启user-docker

最终，可以看到：

RancherOS有一个我认为比较好的特性，就是支持很方便的对Docker Engine版本进行切换。

目前Docker迭代的速度并不慢，实际上很多程序不一定会兼容比较新的Engine，Docker Engine版本的管理变得越来越重要。

尤其是在测试环境中，我们有时确实需要变换Docker Engine版本，来构建测试场景：

$ sudo ros engine list #查看当前版本支持的engine有哪些
 disabled docker-1.10.3
 disabled docker-1.11.2
 current  docker-1.12.1
 $ sudo ros engine switch docker-1.11.2 #切换docker-1.11版本

此外，如果对docker engine有更特殊的需求，还可以定制自己的版本，然后让system-docker来加载它。

只需将编译好的docker engine放到scrach镜像中即可：

这部分可以参考：https://github.com/rancher/os-engines

另外，如果习惯了使用相应Linux发行版的命令行，那么也可以加载对应的console镜像（当然如果考虑精简系统也可不必加载）：

此部分需要进行深度定制，可以参考：https://github.com/rancher/os-images

RancherOS更多酷炫的功能，可以访问官方的文档：http://docs.rancher.com/os

RancherOS介绍完毕后，我们可以在单机树莓派上做容器管理了，喜欢命令行的当然最好，喜欢UI管理的，推荐两款可以在树莓派上运行的管理程序。

第一个介绍的是 portainer  https://github.com/portainer/portainer

其有专门的arm镜像 portainer/portainer:arm ，运行后

$ docker run --restart=always -d -p 9000:9000 --privileged -v /var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock portainer/portainer:arm

第二个是 更加简约的 ui-for-docker https://github.com/kevana/ui-for-docker

运行：

$ docker run --restart=always -d -p 9000:9000 -v /var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock hypriot/rpi-dockerui

单机树莓派之后，我们就要考虑如何将多个树莓派组成Docker集群。

一提到Docker集群，我们就会考虑需要编排引擎的支持，无非就是主流的Mesos、Kubernetes、Swarm，还有非主流的Cattle、Nomad之流。

那么在IOT场景下，我们最需要考虑的就是精简，所以我选择了新版的Swarm。

将RancherOS的Engine切换到1.12.3，然后构建Swarm集群。

简单得执行swarm init和join后，我们就得到了一个树莓派Docker集群。

然后我们可以快速执行一个小demo：

swarmkit demo
 $ docker service create --replicas 1 -p 80 --name app armhf/httpd
 $ docker service scale app=2
 $ docker service ps app

更多ARM相关的Docker镜像，可以到这两个地方查找：

https://hub.docker.com/r/armhf
https://hub.docker.com/u/aarch64

RancherOS设计之初是为了构建一个运行Rancher的轻量级操作系统，那么Rancher本身在ARM的支持上也在不断推进中，相应的PR也有提交：https://github.com/rancher/rancher/pull/4704 。

不过目前来看，对rancher-server的ARM化还是比较麻烦，对agent的节点支持ARM相对简单一些，也就是说rancher-server仍然运行在x86架构上，而agent节点可以支持ARM和x86。

Kubernetes的ARM支持在社区中也有很多人在做，比如：https://github.com/luxas/kubernetes-on-arm ，来自社区的分享：

秀一下，我的“家庭树莓派数据中心”：

最后，我要特别感谢RancherOS的开发者们，他们帮助我解决了很多问题；
另外还要特别感谢MBH树莓派社区的伙伴，提供了硬件设备，支持我的技术探索，并提供了很多帮助。

来源：http://niusmallnan.com/2016/11/07/docker-on-rpi/