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⚖️ [Docker] Scaling services

⚖️📦➕ Arquitetura da aplicação: Essa é uma aplicação criada para o modelo cliente-servidor usando o Marko para front-end e Node.js para o back-end, e possui uma estrutura monolítica atuando com a arquitetura MVC (Model View Controller) e ODM (Object Document Model) com Mongoose e MongoDB como banco de dados NoSQL.

Na vida real, sabemos que a aplicação é maior que somente dois containers, geralmente temos dois, três ou mais containers para segurar o tráfego da aplicação, distribuindo a carga. Além disso, temos que colocar todos esses containers para se comunicar com o banco de dados em um outro container, mas quanto maior a aplicação, devemos ter mais de um container para o banco também.

E claro, se temos três aplicações rodando, não podemos ter três endereços diferentes, então nesses casos utilizamos um Load Balancer em um outro container, para fazer a distribuição de carga quando tivermos muitos acessos. Ele recebe as requisições e distribui para uma das aplicações, e ele também é muito utilizado para servir os arquivos estáticos, como imagens, arquivos CSS e JavaScript.

Assim, a nossa aplicação controla somente a lógica, as regras de negócio, com os arquivos estáticos ficando a cargo do Load Balancer.

docker-compose.yaml

version: '3'
services:
    nginx:
        build:
            dockerfile: ./docker/nginx.dockerfile
            context: .
        image: douglasq/nginx
        container_name: nginx
        ports:
            - "80:80"
        networks: 
            - production-network
        depends_on: 
            - "node1"
            - "node2"
            - "node3"

    mongodb:
        image: mongo
        container_name: mongodb
        networks: 
            - production-network

    node1:
        build:
            dockerfile: ./docker/alura-books.dockerfile
            context: .
        image: douglasq/alura-books
        container_name: alura-books-1
        ports:
            - "3000"
        networks: 
            - production-network
        depends_on:
            - "mongodb"

    node2:
        build:
            dockerfile: ./docker/alura-books.dockerfile
            context: .
        image: douglasq/alura-books
        container_name: alura-books-2
        ports:
            - "3000"
        networks: 
            - production-network
        depends_on:
            - "mongodb"

    node3:
        build:
            dockerfile: ./docker/alura-books.dockerfile
            context: .
        image: douglasq/alura-books
        container_name: alura-books-3
        ports:
            - "3000"
        networks: 
            - production-network
        depends_on:
            - "mongodb"

networks:
    production-network:
        driver: bridge

Então, para isso foi criada uma ferramenta no Docker chamada Docker Compose, que ele executa e auxilia na build ou criação de vários (múltiplos) containers simultaneamente. Ele funciona seguindo um arquivo de texto, chamado docker-compose.yaml.

Esse arquivo serve para dar um conjunto de passos ao Docker e com ele podemos controlar quais containers sobem primeiro, ou seja, funciona como um processo de BIOS ou um automatizador de containers. O Docker Compose cria uma rede padrão, também é possível criar uma nova rede usando o comando docker network.

Essa aplicação possui servidor, rotas e banco de dados. De novidade, é que agora precisamos criar o NGINX, que é mais um container que devemos subir.

Então, ao utilizarmos a imagem nginx, ou criamos a nossa própria. Como vamos configurar o NGINX para algumas coisas específicas, como lidar com os arquivos estáticos, vamos criar a nossa própria imagem, por isso que na aplicação há o nginx.dockerfile:

dockerfile

FROM nginx:latest
MAINTAINER isaacalves7
COPY /public /var/www/public
COPY /docker/config/nginx.conf /etc/nginx/nginx.conf
EXPOSE 80 443
ENTRYPOINT ["nginx"]
# Parametros extras para o entrypoint
CMD ["-g", "daemon off;"]

Nesse arquivo, nós utilizamos a última versão disponível da imagem do nginx como base, e copiamos o conteúdo da pasta public, que contém os arquivos estáticos, e um arquivo de configuração do NGINX para dentro do container. Além disso, abrimos as portas 80 e 443 e executa o NGINX através do comando nginx, passando os parâmetros extras -g e daemon off.

Por fim, vamos ver um pouco sobre o arquivo de configuração do NGINX, para entendermos um pouco como o load balancer está funcionando.

NGINX

No arquivo nginx.conf, dentro server, está a parte que trata de servir os arquivos estáticos. Na porta 80, no localhost, em /var/www/public, ele será responsável por servir as pastas css, img e js. E todo resto, que não for esses três locais, ele irá jogar para o node_upstream.

No node_upstream, é onde ficam as configurações para o NGINX redirecionar as conexões que ele receber para um dos três containers da nossa aplicação. O redirecionamento acontecerá de forma circular (fila circular - estrutura de dados), ou seja:

  1. A primeira conexão irá para o primeiro container;
  2. A segunda irá para o segundo container;
  3. A terceira irá para o terceiro container;
  4. Na quarta, começa tudo de novo, e ela vai para o primeiro container e assim por diante.

Agora, começamos a descrever os nossos serviços (services):

Um serviço é uma parte da nossa aplicação dockerizada, lembrando do diagrama acima.

Temos um nó com NGINX, três nós com Node.js, e um nó com MongoDB como serviços. Logo, se queremos construir cinco containers, vamos construir cinco serviços, cada um deles com um nome específico.

Então, vamos começar construindo o NGINX, que terá o nome nginx. Em cada serviço, devemos dizer como devemos construí-lo, como devemos fazer o seu build.

O serviço será construído através de um Dockerfile, então devemos passá-lo onde ele está. E também devemos passar um contexto, para dizermos a partir de onde o Dockerfile deve ser buscado. Como ele será buscado a partir da pasta atual, vamos utilizar o ponto:

Construída a imagem, devemos dar um nome para ela, por exemplo douglasq/nginx. E quando o Docker Compose criar um container a partir dessa imagem, vamos dizer que o seu nome será nginx.

Sabemos também que o NGINX trabalha com duas portas, a 80 (HTTP) e a 443(HTTPS). Como não estamos trabalhando com HTTPS, vamos utilizar somente a porta 80, e no próprio arquivo, podemos dizer para qual porta da nossa máquina queremos mapear a porta 80 do container. Vamos mapear para a porta de mesmo número da nossa máquina.

No YAML, toda vez que colocamos um traço, significa que a propriedade pode receber mais de um item. Agora, para os containers conseguirem se comunicar, eles devem estar na mesma rede, então vamos configurar isso também. Primeiramente, devemos criar a rede, que não é um serviço, então vamos escrever do começo do arquivo, sem as tabulações:

O nome da rede será production-network e utilizará o driver bridge: Com a rede criada, vamos utilizá-la no serviço.

Isso é para construir o serviço do NGINX, agora vamos construir o serviço do MongoDB, com o nome mongodb. Como ele será construído a partir da imagem mongo, não vamos utilizar nenhum Dockerfile, logo não utilizamos a propriedade build. Além disso, não podemos nos esquecer de colocá-lo na rede que criamos.

Falta agora criarmos os três serviços em que ficará a nossa aplicação: node1, node2 e node3. Para eles, será semelhante ao NGINX, com Dockerfile alura-books.dockerfile, contexto da rede production-network e porta 3000: Com isso, a construção dos nossos serviços está finalizada.

Por último, quando subimos os containers na mão, temos uma ordem, primeiro devemos subir o mongodb, depois a nossa aplicação, ou seja, node1, node2 e node3 e após tudo isso subimos o nginx. Mas como que fazemos isso no docker-compose.yml? Nós podemos dizer que os serviços da nossa aplicação dependem que um serviço suba antes deles, o serviço do mongodb. Da mesma forma, dizemos que o serviço do nginx depende dos serviços node1, node2 e node3.

Subindo os serviços

Com o docker-compose.yml pronto, podemos subir os serviços, mas antes devemos garantir que temos todas as imagens envolvidas neste arquivo na nossa máquina. Para isso, dentro da pasta do nosso projeto, executamos o seguinte comando:

Inicio/Build do Docker Compose

docker-compose build

Depois de buildar os serviços, eles podem ser vistos em:

docker images

Após isso, podemos inserir o comando:

docker-compose up # ou docker-compose up -d

Listando e verificando o docker-compose

docker-compose ps

Para e remove todos os containers do docker-compose

docker-compose down

Verificando que os containers estão se comunicando

docker exec -it alura-books-1 ping alura-books-2
docker exec -it alura-books-1 ping node2

Reinicializando containers

docker-compose restart