通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps
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6年前
<p>近两年，随着容器、Kubernetes 等技术的兴起，DevOps 这个概念被广泛提及并被大量使用。 本文将会从以下几个方面着手，结合实验展现的方式，让读者真正理解 DevOps 的含义。</p> <ul> <li>DevOps 产生的背景</li> <li>DevOps 与容器、Kubernetes 之间的关系</li> <li>DevOps 的技术实现方式</li> </ul> <h2>DevOps 是什么</h2> <p>DevOps 中的 Dev 指的 Development，Ops 指的是的 Operations，用一句话来说 DevOps 就是打通开发运维的壁垒，实现开发运维一体化。</p> <h3>从瀑布式开发到敏捷开发</h3> <p>谈到 DevOps 的发展史，我们需要先谈一下敏捷开发。</p> <p>首先，敏捷开发是面向软件的，而软件依赖于计算硬件。我们知道，世界上第一台计算机是在 1946 年出现的。因此，软件开发相对于人类历史而言，时间并不长。相对于软件开发方法论的掌握，人们更擅长于工程学，如盖楼、造桥等。为了推动软件开发，1968 年，人们将工程学的方法应用到软件领域，由此产生了软件工程。</p> <p>软件工程的方式有其优点，但带来了不少问题。最关键一点是：软件不同于工程。通过工程学建造的大桥、高楼在竣工后，人们通常不会对大桥高楼的主体有大量使用需求的变更；但软件却不同。对于面向最终用户的软件，人们对于软件功能的需求是会不断变化的。在瀑布式开发的模式下，当客户对应用有变化的需求时，软件厂商得重新开发软件。这将会使企业的竞争力大幅下降。</p> <p>传统的软件开发流程是：产品经理收集一线业务部门和客户的需求，这些需求可能是新功能需求，也可能是对产品现有功能做变更的需求。然后进行评估、分析，将这些需求制定为产品的路线图，并且分配相应的资源进行相关工作。接下来，产品经理将需求输出给开发部门，开发工程师写代码。写好以后，就由不同的部门的人员进行后续的代码构建、质量检验、集成测试、用户验收测试，最后给生产部门。这样带来的问题是，开发周期比较长，并且如果有任何变更，都要重新走一遍开发流程，在商场如战场的今天，软件一个版本推迟发布，可能到发布时这个版本在市场上就已经过时了；而竞争对手很可能由于在新软件发布上快了一步，而迅速抢占了客户和市场。</p> <p>正是由于商业环境的压力，软件厂商需要改进开发方式。</p> <p>2001 年初，在美国滑雪胜地 snowbird，17 位专家聚集在一起，概括了一些可以让软件开发团队更具有快速工作、相应变化的能力的价值观原则。他们称自己为"敏捷联盟"。</p> <p>敏捷开发的主要价值观如下：</p> <p>表 1. 敏捷开发的核心价值观</p> <table> <thead> <tr> <th> </th> <th> </th> <th> </th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td>个体和互动</td> <td>高于</td> <td>流程和文档</td> </tr> <tr> <td>工作的软件</td> <td>高于</td> <td>详尽的文档</td> </tr> <tr> <td>客户合作</td> <td>高于</td> <td>合同谈判</td> </tr> <tr> <td>相应变化</td> <td>高于</td> <td>遵循计划</td> </tr> </tbody> </table> <p>有了敏捷联盟，有了敏捷开发价值观，必然会产生开发的流派。主要的敏捷开发流派有：极限编程（XP）、Scrum、水晶方法等。</p> <p>至此，敏捷开发有理念、有方法、有实践。随着云计算概念的兴起，云计算的不断落地，敏捷开发不仅实现了工具化，也得到了升华。</p> <h3>从敏捷开发到 DevOps</h3> <p>谈到了敏捷开发，那么敏捷开发和 DevOps 有什么关系呢？</p> <p>敏捷开发是开发域里的概念，在敏捷开发基础之上，有如下阶段：</p> <p>敏捷开发->持续集成->持续交付->持续部署->DevOps</p> <p>从敏捷开发到 DevOps，前一个阶段都是后一个阶段的基础；随着阶段的推进，每个阶段概念覆盖的流程越来越多；最终 DevOps 涵盖了整个开发和运维阶段。正式由于每个阶段涉及的范围不同，因此所以每个概念所提供的工具也是不一样的。具体内容我们参照下图：</p> <p>图 1. 从敏捷开发到 DevOps 的进阶</p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/73cbd120437512ee975ada0f4696078a.png"></p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/73cbd120437512ee975ada0f4696078a.png"></p> <p>持续集成（Continuous Integration）指的是：代码集成到主干之前，必须全部通过自动化测试；只要有一个测试用例失败，就不能集成。持续集成的要实现的目标是：在保持高质量的基础上，让产品可以快速迭代。 </p> <p>持续交付（Continuous Delivery）指的是：开发人员频繁地将软件的新版本，交付给质量团队或者用户，以供评审。如果评审通过，代码就被发布。如果评审不通过，那么需要开发进行变更后再提交。 </p> <p>持续部署（Continuous Deployment）指的是：代码通过评审并发布后，自动部署，以交付使用。 </p> <p>DevOps是一组完整的实践，可以自动化软件开发和 IT 团队之间的流程，以便他们可以更快、更可靠地构建、测试和发布软件。 </p> <p>图 2. DevOps 示意图</p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/5466d7ff89a595cf23a16a92c9e041ff.png"></p> <h2>DevOps 的技术实现</h2> <p>DevOps 的技术实现，需要三个方面：标准交付物、容器调度平台、DevOps 工具链。接下来，我们详细看一下这个三个方面的内容。</p> <h3>DevOps 的技术实现 1：标准交付物</h3> <p>DevOps 的目的在于让开发和运维一体化、让开发和运维相互之间的沟通更加顺畅、迅捷，从而使企业更能适应市场的变化。</p> <p>当然，真正实现开发运维一体化，并非只是让开发和运维的人坐在一起那么简单。从技术角度，DevOps 首先需要有一个包含了“操作系统+Runtime+应用”的标准交付物。除此之外，还需要通过整个 DevOps 流程来打通。</p> <p>在 IT 早期，厂商硬件和系统平台的差异化过大，在不同硬件和系统平台进行应用的无缝迁移几乎是不可想象的。随着 X86 服务器以及 vSphere 等虚拟化技术的普及，操作系统（包括操作系统上的应用）可以在不同 X86 服务器厂商的硬件平台上在线无缝迁移。硬件差异化不断缩小甚至消失，软件的重要性不断提升，IT 界真正进入软件定义一切的时代。在这个背景下，业务提出了更高的要求，如何将应用在不同操作系统之间实现无缝迁移，将开发和生产统一，做到“构建一次，到处运行”。</p> <p>容器技术的概念最初出现在 2000 年，当时称为 FreeBSD jail，这种技术可将 FreeBSD 系统分区为多个子系统。</p> <p>但直到 Docker 的出现（2008 年），容器才真正具备了较好的可操作性和实用性。因为 Docker 提供了容器的镜像构建、打包等技术，使容器具备了一次打包，到处运行的能力。</p> <p>对于客户而言，Docker 只能在一个 Linux 上运行，是“单机版”，很难符合企业对高可用的需求。此外，docker 也缺乏和持久存储、虚拟网络相关的功能。</p> <h3>DevOps 的技术实现 2：容器调度平台</h3> <p>2014 年 Kubernetes 的出现，奠定了今天容器调度平台的事实标准的基础。</p> <p>因为通过 Kubernetes，我们不仅实现了容器在多个计算节点上的统一调度，还可以将容器对接持久存储、对接虚拟网络等。换句话说，Kubernetes 使容器具备企业级的功能。</p> <p>图 3. Kubernetes 架构</p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/274932afac281fa57356cc21cb11869e.jpg"></p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/274932afac281fa57356cc21cb11869e.jpg"></p> <h3>DevOps 的技术实现 3：DevOps 工具链</h3> <p>在有了容器和 Kubernetes 以后，我们还需要相关的 DevOps 工具链。</p> <p>目前在 IT 界，DevOps 相关的工具很多，其中大多数是开源的工具，如下图。</p> <p>图 4. DevOps 工具链</p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/e2d6537d4f60e454a85682dbf1968728.png"></p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/e2d6537d4f60e454a85682dbf1968728.png"></p> <p>在后面的文章中，我们会选择几种常用的 DevOps 工具，然后进行试验展现。</p> <h3>总结：DevOps 与容器和 Kubernetes 的关系</h3> <p>PaaS、DevOps 的概念，在容器和 Kubernetes 普及之前就存在了。广义上的 PaaS、DevOps 的建设，会包含：人、流程、工具等多方面内容。IT 厂商提供的 PaaS、DevOps 以指工具层面的落地为主、以流程咨询为辅。</p> <p>在 Kubernetes 和容器普及之前，我们通过虚拟机也可以实现 PaaS、CI/CD，只是相对速度较慢，因此普及性不高（想象一下通过 X86 虚拟化来实现中间件集群弹性伸缩的效率）。而正是容器的出现，为 PaaS、DevOps 工具层面的落地提供非常好的承载平台，使得这两年容器云风生水起。这就好比 4G（2014 年出现）和微信（2011 年出现）之间的关系：在手机网速 3G 时代，流量按照兆收费的时候，（即使有）大家对于微信语音聊天、微信视频也不会太感兴趣。</p> <p>所以说， Docker 使容器具备了较好的可操作性、可移植性，Kubernetes 使容器具备企业级使用的条件。而 IT 界众多基于 Kubernetes 和 Docker 企业级的容器平台，又成为了 Devops 工具落地的新一代基础架构。</p> <h2>DevOps 工作流展示</h2> <h3>常用 DevOps 工具介绍</h3> <ul> <li>Kubernetes 集群：包含 Docker 和 Kubernetes。</li> <li>Gogs: 通过 Go 编写的本地代码仓库，功能与 github 类似。</li> <li>Jenkins/Jenkins Slave Pods：持续集成工具。</li> <li>Nexus :工件管理器，能够解决本地缓存构建依赖项。</li> <li>SonarQube：开源代码分析工具，它可以分析常见编程错误的源代码。</li> </ul> <p>以上的 DevOps 工具，都可以以容器方式部署到 Kubernetes 集群中。在实验环境中，有一个两个节点的 Kubernetes 集群，用于进行实验展现。</p> <p>图 5. Kubernetes 集群</p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/939be1405985f1b4bb6284a86bcf140d.png"></p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/939be1405985f1b4bb6284a86bcf140d.png"></p> <p>在 Kubernetes 集群中创建三个 Namespace：cicd、dev、stage。其中 cicd Namespace 存放的是 DevOps 相关工具链。dev、stage 是模拟开发和生产两个环境。</p> <p>图 6. Kubernetes 集群的 Namespaces</p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/6a9f3ea427b63237a1acded5efa214e1.png"></p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/6a9f3ea427b63237a1acded5efa214e1.png"></p> <p>接下来，我们看一下在 cicd Namespace 中部署的 DevOps 工具链：</p> <p>图 7. Kubernetes 集群中部署的 DevOps 工具</p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/4789a41901970e9aca612475ec126142.png"></p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/4789a41901970e9aca612475ec126142.png"></p> <p>在工具链部署成功以后，我们分别登录工具的 UI 界面进行查看。</p> <p>我们首先查看代码仓库 Gogs 中的源代码：</p> <p>图 8. Gogs 中的源码</p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/4dbafa4c72c2561e95c30854b93bcbb2.png"></p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/4dbafa4c72c2561e95c30854b93bcbb2.png"></p> <p>接下来，我们登录 Jenkins（后续的主要操作将会基于 Jenkins）：</p> <p>图 9. Jenkins 界面</p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/dbb44aa72ae5b609030a1461a3889463.png"></p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/dbb44aa72ae5b609030a1461a3889463.png"></p> <p>Nexus 用于存放构建成功、并经过 Code Review 的 war 包，我们查看 Nexus 的界面：</p> <p>图 10. Nexus 界面</p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/60ed0e634bd7792e2955615054daafdd.png"></p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/60ed0e634bd7792e2955615054daafdd.png"></p> <p>SonarQube 负责 Code review：</p> <p>图 11. SonarQube 界面</p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/ccfff4bf8c0f53693d886b99b675acbf.png"></p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/ccfff4bf8c0f53693d886b99b675acbf.png"></p> <h3>Jenkins Pipeline 工作流分析</h3> <p>整个 Devops 的流程，通过 Jenkins 的 Pipeline 串接起来。在 Jenkins 中，我们可以通过编写 Jenkins File，或者通过 Jenkins 浏览器页面的操作来完成 Pipeline 的定制。两者的实现效果是一样的，本文以书写 Jenkins File 方式展现。通过一个 Jenkins File，打通整个 DevOps 流程。</p> <p>我们查看 Jenkins File 的内容并进行解释。</p> <p>第一步，从 Gogs 拉取源代码，然后调用 maven 进行代码编译：</p> <p>清单 1. Pipeline 第一阶段</p> <pre> </pre> <p>第二步，构建成功以后，调用 mvn 进行测试。</p> <p>清单 2. Pipeline 第二阶段</p> <pre> </pre> <p>第三步，调用 SonarQube 进行代码 review。</p> <p>清单 3. Pipeline 第三阶段</p> <pre> </pre> <p>第四步，将测试成功的代码存档到 Nexus:</p> <p>清单 4. Pipeline 第四阶段</p> <pre> </pre> <p>第五步，Pipeline 会将构建成功的 war 包，以二进制的方式注入到 JBoss EAP 的 docker image 中。</p> <p>清单 5. Pipeline 第五阶段</p> <pre> </pre> <p>接下来，Pileline 先将这个 docker image 部署到 dev 环境，然后引入审批工作流，批准后部署到生产。</p> <p>清单 6. Pipeline 中的审批流</p> <pre> </pre> <h3>DevOps 工具链演示</h3> <p>首先，登录到 Jenkins 上，查看已经创建好的 Pipeline。</p> <p>图 12. Jenkins 的 Pipeline</p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/ade2b594ac272bebcd400d2922bba882.png"></p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/ade2b594ac272bebcd400d2922bba882.png"></p> <p>点击“开始构建”，触发工作流（工作流也可以通过提交代码自动触发）：</p> <p>图 13. 触发工作流</p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/09f9260941c19750da8328b1ea1017fa.png"></p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/09f9260941c19750da8328b1ea1017fa.png"></p> <p>Pipeline 的第一个阶段是 Build App。</p> <p>图 14. 工作流第一个阶段</p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/e4a54583a6e12690030a1d69978f1183.png"></p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/e4a54583a6e12690030a1d69978f1183.png"></p> <p>Build App 成功的 logs 如下，我们可以看到生成了 war 包：</p> <p>清单 7. 构建应用成功的日志</p> <pre> </pre> <p>Pipeline 继续执行，在 Test 成功以后，开始进行 Code Analysis：</p> <p>图 15. 工作流阶段 2-3</p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/0ba5852b8a3705db5d76f21ca280df02.png"></p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/0ba5852b8a3705db5d76f21ca280df02.png"></p> <p>Test 阶段执行成功的 log：</p> <p>清单 8. 测试成功的日志</p> <pre> </pre> <p>Code Analysis 阶段执行成功的日志，我们看到日志显示代码分析成功，并建议通过浏览器访问 SonarQube：</p> <p>清单 9. 代码分析成功的日志</p> <pre> </pre> <p>我们登录 SonarQube，查看结果：</p> <p>图 16. SonarQube 执行结果</p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/9271441cff60d385a0bc0bf10bb91a51.png"></p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/9271441cff60d385a0bc0bf10bb91a51.png"></p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/124833a3c879eef6343c6f785d426aa1.png"></p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/124833a3c879eef6343c6f785d426aa1.png"></p> <p>接下来，Pilepine 进入到 Create Image Builder 阶段，其关键的步骤是将构建成功的 war 包以二进制的方式注入到 docker image 中：</p> <p>清单 10. 构建镜像的日志</p> <pre> </pre> <p>Create Image Builder 执行成功以后，会生成包含应用的 docker image。接下来是 Create Dev 和 Deploy Dev，即在 dev 环境部署包含应用的 docker image。当 Deploy Dev 成功以后，会引入工作流，提示是否批准将应用部署到 Stage，如下图：</p> <p>图 17. 工作流审批流程</p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/cca1ca8d6f9c4a0467510c9f2d321d77.png"></p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/cca1ca8d6f9c4a0467510c9f2d321d77.png"></p> <p>选择 Promote，应用会部署到 Stage，Pipeline 流程走完。</p> <p>图 18. 工作流执行完毕</p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/0f02cecb4e5c25ca3a9d7a6f96de9a26.png"></p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/0f02cecb4e5c25ca3a9d7a6f96de9a26.png"></p> <p>最后，通过浏览器访问成功部署到 Dev/Stage Namespace 中的应用：</p> <p>图 19. 应用 UI 访问</p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/ddd0a87c8b674a49688e859fd09c8689.png"></p> <p><img alt="通过 Kubernetes 和容器实现 DevOps" src="https://simg.open-open.com/show/ddd0a87c8b674a49688e859fd09c8689.png"></p> <p>至此，您可以看到应用访问结果，说明 DevOps 全流程已经打通。</p> <h2>总结</h2> <p>通过本文，相信读者对 DevOps 的概念和工具链已经有了大致的了解。也对通过 Kubernetes 集群和容器实现 DevOps 有了一定的理解。</p> <h2>参考资源</h2> <ul> <li>查看 <a href="/misc/goto?guid=5048128588463097645" rel="nofollow,noindex">DevOps 工具链图</a> ，了解更多相关信息 </li> <li>了解 <a href="/misc/goto?guid=5048128588573327132" rel="nofollow,noindex">从敏捷开发到 DevOps 发展阶段</a></li> <li>测试代码： <a href="/misc/goto?guid=5048128588672362179" rel="nofollow,noindex">https://github.com/siamaksade/openshift-cd-demo</a></li> </ul> <p>来自：https://www.ibm.com/developerworks/cn/cloud/library/cl-lo-devops-via-kubernetes-and-containers/index.html?ca=drs-&utm_source=tuicool&utm_medium=referral </p>