关于运维:Nomad系列Nomad网络模式

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Nomad 系列文章

概述

Nomad 的网络和 Docker 的也有很大不同, 和 K8s 的有很大不同. 另外, Nomad 不同版本(Nomad 1.3 版本前后)或是否集成 Consul 及 CNI 等不同组件也会导致网络模式各不相同. 本文具体梳理一下 Nomad 的次要几种网络模式

在Nomad 1.3公布之前，它本身并不反对发现集群中运行的其余应用程序。在集群中调度工作时，这是一个十分根本的要求。Nomad依赖于Consul来发现其余“服务”，并为注册和获取服务记录提供一流的反对，这使得事件变得更容易。Consul通过各种机制提供记录，例如REST API，DNS和Consul模板，这些模板在能够注入到应用程序中的Go模板中出现服务的确切IP/端口。

学习 Nomad 的一个难点在于, Nomad 往往和 Consul 一起运行, 那么对于这种状况来说，一个次要的学习曲线是，咱们必须首先理解Consul是如何工作的，部署一个Consul集群, 同时要死记硬背 2 个软件就很难了。Nomad 1.3 解决了这个问题的一部分（即不须要运行Consul就能够进行根本的服务发现），非常适合刚刚开始应用基于Nomad的网络。

场景一: 在主机上公开利用

从最简略的用例开始：你有一个 redis 容器，你想把它裸露给主机。相当于咱们想要做的docker run是：

docker run --rm -p=6379 redis

此命令公开主机上的动静端口。要查看端口号到底是什么，您能够执行 docker ps 并在 PORTS 下找到相似于 0.0.0.0:49153->6379/tcp 的输入。

$ redis-cli -p 49153                
127.0.0.1:49153> ping
PONG

那么, 在 Nomad 中雷同的操作如何实现?

job "redis" {
  type        = "service"

  group "redis" {
    network {
      mode = "host"
      port "redis" {
        to = 6379
      }
    }

    task "redis" {
      driver = "docker"

      config {
        image = "redis"
        ports = ["redis"]
      }
    }
  }
}

在几行配置中，咱们有一个正在运行的Docker容器，它公开了一个动静端口 30627:

咱们能够通过主机上的 redis-cli 连贯到它：

$ redis-cli -p 30627
127.0.0.1:30627> ping
PONG

🐾Warning：

在 task.config 局部中有 ports 很重要。Nomad将此信息传递给主机上运行的 docker 守护过程。因而，除非您指定在容器中通告哪些端口，否则它不会晓得是否要公开6379。

裸露动态端口

一种不太常见的状况是将应用程序绑定到主机上的动态端口, 只需在 port 块中增加一个 static 行：

    network {
      port "redis" {
        static = 6379
      }
    }

当咱们再次部署雷同的文件时，咱们能够看到端口调配曾经从动静端口更改为咱们调配的动态端口。然而留神须要确保没有其余应用程序侦听同一接口和端口，否则必然会导致抵触。

动态端口典型的应用场景就是: Ingress. 比方 Traefik 能够应用动态端口监听 80 和 443.

场景二: 与同一 Group 内的 Redis 通信

对于这个场景，咱们假如有一个应用程序须要与Redis通信。在这个场景中，Redis用处是长期缓存，所以能够将它们部署在同一个 Group 中。

一个 Group 能够蕴含多个 Task。这里须要晓得的重要一点是，同一 Group 将始终具备本人的共享网络命名空间(相似K8s中Pod中的多个Container具备共享网络命名空间)。这意味着，如果您在组中有2个 Task，则它们都能够拜访雷同的网络命名空间。这容许两个 Task 在同一网络接口上互相通信。

job "hello" {
  type        = "service"

  group "app" {
    network {
      mode = "host"
      port "app" {
        static = 8080
      }
      port "redis" {
        static = 6379
      }
    }

    task "redis" {
      driver = "docker"

      config {
        network_mode = "host"
        image        = "redis"
        ports        = ["redis"]
      }
    }


    task "app" {
      driver = "docker"
      env {
        DEMO_REDIS_ADDR = "${NOMAD_ADDR_redis}"
      }

      config {
        network_mode = "host"
        image        = "mrkaran/hello-app:1.0.0"
        ports        = ["app"]
      }
    }
  }
}

具体阐明如下:

您能够看到咱们在同一 Group 下定义了 task app 和task redis 。这意味着Nomad将在同一客户端上独特定位这两个Task（因为它们不仅偏向于共享雷同的网络命名空间，而且还共享公共调配目录-这使得跨工作共享文件变得非常容易）。
咱们应用 NOMAD_ADDR_redis 来获取 redis task 的 IP:Port 组合。这在运行时由Nomad注入。您能够在这里找到运行时环境变量的列表。
这是疾速测试/开发设置的现实抉择，因为您不心愿服务发现等问题，并且心愿以最小的代价连贯到您的应用程序。

如果您要从基于 docker-compose 的环境迁徙，以上配置非常适合(然而实现还是不同, Nomad利用了主机网络)，您能够将此模板用于您的服务。这种办法的最大限度是它应用主机网络。

场景三: 跨不同的 Group 进行通信

如上所述, 如果您有相干的 Task（如init task，您心愿在 task 开始前获取文件），同一个 Group 很有用(相似K8s Pod 的 init container)。然而应用 group 的毛病是您不能独立地扩大 task。在下面的例子中，咱们将Redis和App放在同一个 Group 中，但这意味着如果你减少同一个 Group 的 count 来扩大 app，你最终也会扩大Redis容器。这是不可取的，因为Redis可能不须要与应用程序成比例地扩大。

创立多个 Group 的办法是将工作拆分到各自的组中：

job "hello" {
  type        = "service"

  group "app" {
    count = 1

    network {
      mode = "host"
      port "app" {
        static = 8080
      }
    }

    task "app" {
      driver = "docker"
      env {
        DEMO_REDIS_ADDR = "localhost:6379"
      }

      config {
        image = "mrkaran/hello-app:1.0.0"
        ports = ["app"]
      }
    }
  }

  group "redis" {
    count = 1

    network {
      mode = "host"
      port "redis" {
        static = 6379
      }
    }

    task "redis" {
      driver = "docker"

      config {
        image = "redis"
        ports = ["redis"]
      }
    }
  }
}

提交此 Job 后，您将取得2个调配ID（每个 Group 会创立一个 alloc ）。这里的关键点是这两个 Group 都有本人的网络命名空间。因而，咱们实际上没有任何办法能够拜访其余应用程序（咱们不能向下面这样依赖主机网络，因为无奈保障这两个 Group 都部署在同一个节点上）。

当初因为组是离开的， app 容器不晓得 redis （反之亦然）：

env | grep NOMAD
NOMAD_REGION=global
NOMAD_CPU_LIMIT=4700
NOMAD_IP_app=127.0.0.1
NOMAD_JOB_ID=hello
NOMAD_TASK_NAME=app
NOMAD_SECRETS_DIR=/secrets
NOMAD_CPU_CORES=1
NOMAD_NAMESPACE=default
NOMAD_ALLOC_INDEX=0
NOMAD_ALLOC_DIR=/alloc
NOMAD_JOB_NAME=hello
NOMAD_HOST_IP_app=127.0.0.1
NOMAD_SHORT_ALLOC_ID=a9da72dc
NOMAD_DC=dc1
NOMAD_ALLOC_NAME=hello.app[0]
NOMAD_PORT_app=8080
NOMAD_GROUP_NAME=app
NOMAD_PARENT_CGROUP=nomad.slice
NOMAD_TASK_DIR=/local
NOMAD_HOST_PORT_app=8080
NOMAD_MEMORY_LIMIT=512
NOMAD_ADDR_app=127.0.0.1:8080
NOMAD_ALLOC_PORT_app=8080
NOMAD_ALLOC_ID=a9da72dc-94fc-6315-bb37-63cbeef153b9
NOMAD_HOST_ADDR_app=127.0.0.1:8080

服务发现

app Group 须要在连贯到 redis 之前发现它。有多种办法能够做到这一点，但咱们将介绍两种更常见的规范办法。

应用 Nomad Native Service Discovery

这是在Nomad 1.3中推出的性能。在这次公布之前，Nomad 不得不依附 Consul 来实现这一工作。然而有了Nomad中内置的原生服务发现，事件就简略多了。让咱们对作业文件进行以下更改。在每个 Group 中，咱们将增加一个 service 定义：

  group "app" {
    count = 1

    network {
      mode = "host"
      port "app" {
        to = 8080
      }
    }

    service {
      name     = "app"
      provider = "nomad"
      port     = "app"
    }
    // task is the same
  }

  group "redis" {
    count = 1

    network {
      mode = "host"
      port "redis" {
        to = 6379
      }
    }

    service {
      name     = "redis"
      provider = "nomad"
      port     = "redis"
    }
    // task is the same
  }

如上，咱们增加了一个新的 service 块，并删除了 static 端口。当咱们应用服务发现时，不须要绑定到动态端口。

提交作业后，咱们能够应用 nomad service list 命令确保服务已注册到Nomad。

nomad service list    
Service Name  Tags
app           []
redis         []

要理解特定服务的详细信息，咱们能够应用 nomad service info ：

$ nomad service info app      
Job ID  Address          Tags  Node ID   Alloc ID
hello   127.0.0.1:29948  []    d92224a5  5f2ac51f
$ nomad service info redis
Job ID  Address          Tags  Node ID   Alloc ID
hello   127.0.0.1:22300  []    d92224a5  8078c9a6

如上, 咱们能够看到每个服务中的动静端口调配。要在咱们的应用程序中应用此配置，咱们将其模板化：

    task "app" {
      driver = "docker"

      template {
        data = <<EOH
{{ range nomadService "redis" }}
DEMO_REDIS_ADDR={{ .Address }}:{{ .Port }}
{{ end }}
EOH

        destination = "secrets/config.env"
        env         = true
      }

      config {
        image = "mrkaran/hello-app:1.0.0"
        ports = ["app"]
      }
    }

咱们增加了 template 节，它将在容器中插入环境变量。咱们遍历 nomadService 并获取 redis 服务的地址和端口。这使得其余节点上的工作能够不便地发现彼此。

应用 Consul 服务发现

只需调整 service 块中的 provider ，咱们就能够应用Consul代理进行服务发现。

    service {
      name     = "app"
      provider = "consul"
      port     = "app"
    }


    task "app" {
      driver = "docker"

      template {
        data = <<EOH
{{ range service "redis" }}
DEMO_REDIS_ADDR={{ .Address }}:{{ .Port }}
{{ end }}
EOH

🐾Warning:

留神 range nomadService 也改为了 range service

前提是要确保正在运行Consul并已将Nomad连贯到它。具体请参阅该文档。

其余的事件简直放弃不变。只用两行代码就能够在Nomad/Consul之间切换来发现服务。

另外, 应用Consul会有更多的劣势：

能够应用DNS查问服务的地址：

doggo redis.service.consul @tcp://127.0.0.1:8600
NAME                    TYPE    CLASS   TTL ADDRESS     NAMESERVER     
redis.service.consul.   A       IN      0s  172.20.10.3 127.0.0.1:8600

可由Nomad以外的应用程序拜访。如果 consul 被Nomad集群外的其余应用程序应用，它们依然能够取得对应的地址（应用DNS或REST API）

当然，Nomad Native Service Discovery 非常适合本地/边缘环境设置，甚至是生产中的较小用例，因为它不再须要 Consul！

场景四: 限度对某些 Namespace 的拜访

在上述所有场景中，咱们发现服务会裸露给本地Nomad客户端。如果您在集群上运行多个 Namespace，您可能心愿基本不公开它们。此外，您可能心愿表白应用程序能够拜访特定服务的细粒度管制。所有这些都能够通过服务网格实现。Nomad提供了一种通过Consul Connect建设“服务网格”的办法。Consul Connect能够进行mTLS和服务受权。在引擎盖下，它是一个与您的应用程序一起运行的Envoy代理（或sidecar）。 Consul 代理为您配置Envoy配置，因而这所有都十分无缝。

要做到这一点，咱们首先须要的是 bridge 网络模式。此网络模式实际上是一个CNI插件，须要在 /opt/cni/bin 中独自装置。依照这里提到的步骤:

    network {
      mode = "bridge"
      port "redis" {
        to = 6379
      }
    }

Redis 中的服务被 Consul Connect Ingress 所调用：

    service {
      name     = "redis"
      provider = "consul"
      port     = "6379"
      connect {
        sidecar_service {}
      }
    }

这是一个空块，因为咱们不须要在这里定义任何上游。其余值将为默认值。

接下来，咱们为 app 创立一个服务，这是一个Consul Connect Egress：

    service {
      name     = "app"
      provider = "consul"
      port     = "app"
      connect {
        sidecar_service {
          proxy {
            upstreams {
              destination_name = "redis"
              local_bind_port  = 6379
            }
          }
        }
      }
    }

这里咱们为 redis 定义一个上游。在这里，当 app 想要与redis通信时，它会与 localhost:6379 对话，这是Envoy sidecar正在监听的本地端口。咱们能够应用 netstat 来验证：

$ netstat -tulpvn
Active Internet connections (only servers)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address           Foreign Address         State       PID/Program name    
tcp        0      0 127.0.0.2:19001         0.0.0.0:*               LISTEN      -                   
tcp        0      0 0.0.0.0:23237           0.0.0.0:*               LISTEN      -                   
tcp        0      0 127.0.0.1:6379          0.0.0.0:*               LISTEN      -                   
tcp6       0      0 :::8080                 :::*                    LISTEN      1/./hello.bin

流量从这个端口发送到它通告的端口上的另一个Envoy代理（并且Consul主动配置）。该Envoy代理进一步将流量发送到端口6379上的 redis 容器。代理流量通过mTLS进行平安加密并受权（通过Consul Intentions -本文不做介绍）。

场景五: 向最终用户公开服务

在第一个场景中，咱们探讨了如何应用动态端口。事实证明，如果你想定义一个Traffic Ingress服务，它十分有用。与K8s不同的是，Nomad没有任何Ingress Controller，所以最好的办法是将这些Web代理作为 system job 部署在每个节点上（这意味着它能够确保在每个客户端节点上运行），并将它们绑定到动态端口（比方443/80）。而后，配置 LB 并将所有Nomad节点注册为 Target IP，其端口将是您定义的动态端口。这些Ingress代理（比方Traefik/Nginx）能够通过下面提到的任何模式与您的应用程序通信。

📝Notes:

在上一篇文章中, 咱们并没有配置 LB 前面对接所有 Traefik.
相同, 咱们间接拜访某一个特定节点的 Traefik 的 80/443 端口.

通常，您心愿为入口代理应用“基于主机”的路由模式来做出路由决策。

例如，如果您有一个指向ALB的 a.example.org DNS记录。当初，当申请达到ALB时，它会转发到任何一个Traefik/NGINX。为了使 NGINX 正确地将流量路由到a service，您能够应用“Host”报头。

总结

这些是我所晓得的一些常见的网络模式。因为其中一些概念并不是非常简单，我心愿解释有助于带来一些清晰。

对于这个主题还有很多，比方 Consul Gateway 和多种CNI，它们能够调整集群中的网络的底层细节，但这些都是一些十分高级的主题，超出了本文的范畴。后续有机会能够再做开展.

📚️参考文档

Understanding Nomad Networking Patterns – YouTube
Understanding Networking in Nomad | Karan Sharma (mrkaran.dev)

三人行, 必有我师; 常识共享, 天下为公. 本文由东风微鸣技术博客 EWhisper.cn 编写.

关于运维:Nomad系列Nomad网络模式

系列文章

概述

场景一: 在主机上公开利用

裸露动态端口

场景二: 与同一 Group 内的 Redis 通信

场景三: 跨不同的 Group 进行通信

服务发现

应用 Nomad Native Service Discovery

应用 Consul 服务发现

场景四: 限度对某些 Namespace 的拜访

场景五: 向最终用户公开服务

总结

📚️参考文档

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关于运维:Nomad系列Nomad网络模式

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概述

场景一: 在主机上公开利用

裸露动态端口

场景二: 与同一 Group 内的 Redis 通信

场景三: 跨不同的 Group 进行通信

服务发现

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场景四: 限度对某些 Namespace 的拜访

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