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自动化工具后起之秀Ansible的部署实践

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从早期手动加脚本的部署方式,到后来自动化工具(chef, puppet, saltstack, ansible等)的出现,再到如今DevOps的盛行,企业应用部署正式进入平台部署阶段,CD(持续部署)已经成为企业对应用部署的标准需求,运维的交付也不再是以周或天为单位,而是以分钟为单位。

本文主要介绍自动化工具Ansible,及其在普元DevOps平台中的应用部署和日常应用部署中的实践。

本文目录:
一、如何选择合适的自动化工具?
二、Ansible架构图及工作流程
三、DevOps基于Jenkins+Ansible+GitLab的部署实践
四、Ansible日常应用部署实践
五、总结

一、如何选择合适的自动化工具?

面对众多的自动化工具(chef, puppet, saltstack, ansible等),我们该如何选择适合自己的呢?总的来说,无外乎从以下几点来权衡利弊。

活跃度(GitHub活跃度,社区活跃度)
学习成本
使用成本
编码语言
性能

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各种开源的自动化工具在GitHub的关注度是其活跃度最直观的体现,从图中Contributors这一项就可以看出Ansible和SaltStack的开源项目贡献者远远多于其它几种自动化工具。越活跃的开源项目往往意味着更完善的功能和更高效的问题解决率。

Ansible Galaxy和Salt Formulas都提供了丰富的第三方工具,基本覆盖了日常部署应用的所有需求。

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Puppet和Chef使用的开发语言是Ruby,而Saltstack和Ansible使用的开发语言则是在运维开发这个圈子相对吃得开的Pythen,这也是SaltStack和Ansible相对于Puppet和Chef更容易被接收的原因。

很多选择Ansible的朋友,大多都是觉得Ansible上手简单,因为Ansible默认采用SSH连接的方式,不需要安装配置Client,只需要在Server端配置SSH连接信息即可。这也是Ansible相对其他自动化工具的一大优势,但是这一优势带来的影响就是实现机制的差异导致在大规模环境下,Ansible的性能确实要比SaltStack差很多,当然,规模大概在一两百台机器左右Ansible的性能也是可以接受的。如果是做少量机器应用部署的话,性能问题也就不是那么关键了。

综合以上因素,最后我们选择Ansible作为我们DevOps部署功能底层实现的自动化工具。

二、Ansible架构图及工作流程

先来看看这张架构图(来源于网络),看起来是不是很简单,首先对Ansible架构图的各个组成部分作一个说明。

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核心引擎:即图中所看到的Ansible。

核心模块(Core Module):和大多数运维工具一样,将系统和应用提供的能力模块化,一个模块有点像编程中一个功能接口,要使用的时候调用接口并传参就可以了。比如Ansible的service模块,你要保证名为nginx的service处于启动状态,只需要调用service模块,并配置参数name: nginx,state: started即可。

自定义模块(Custom Modules):显而易见,如果Ansible的核心模块满足不了你的需求,你可以添加自定义化的模块。

插件(Plugins):模块功能的补充,如循环插件、变量插件、过滤插件等,也和模块一样支持自定义,这个功能不常用(我没用到过),就不做细说了。

剧本(playbooks):说到这个,先说说Ansible完成任务的两种方式,一种是Ad-Hoc,就是ansible命令,另一种就是Ansible-playbook,也就是ansible-playbook命令。他们的区别就像是Command命令行和Shell Scripts。

连接插件(connectior plugins):Ansible默认是基于SSH连接到目标机器上执行操作的。但是同样的Ansible支持不同的连接方法,要是这样的话就需要连接插件来帮助我们完成连接了。

主机清单(host inventory):为Ansible定义了管理主机的策略。一般小型环境下我们只需要在host文件中写入主机的IP地址即可,但是到了中大型环境我们有可能需要使用动态主机清单来生成我们所需要执行的目标主机(需要云环境支持动态生成Ansible host inventory)。

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Ansible工作流程大致就是这个样子,之后在日常应用部署实践部分对一个应用部署的调用流程再做说明。

三、DevOps基于Jenkins+Ansible+GitLab的部署实践

既然已经决定用Ansible来完成应用部署的底层实现,那我们如何将Ansible和DevOps结合起来呢?

首先想到的是API,Ansible倒是有一套Python的API接口,但想来在DevOps中做Ansible Python接口的集成封装不太容易,再就是Ansible通过命令行提供服务,并没有启动进程及监听端口,没想通如何在DevOps中调用Ansible接口,自己对Python亦不是太熟,因此便放弃了这种方式。

之后便了解到了Ansible Tower,Ansible Tower是Ansible的web界面,采用REST API作为接口,先安装起来看看效果。

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上图为首页及任务执行页面截图,从它相对简洁的页面我们就能看出它提供的大部分功能。

首页推送最近使用的Job和最近Job执行情况。
主机管理。
实时的playbooks输出和浏览。
执行历史数据预览及报表。
基于角色的访问控制。
REST API。

任务页面截图是一个安装部署Nexus的Task,在它的历史任务执行页面可以清晰的看到任务执行的实时输出,任务执行的变量信息,以及任务每一步的耗时情况等。

Ansible Tower看起来还是挺不错的,不仅提供了主机管理,任务管理,任务历史及实时输出等能力,还提供了直观实用的报表。奈何,因为它收费的原因,还是被PASS掉了。

正苦思冥想之际,有幸得见一篇文章《Jenkins+Ansible+Gitlab自动化部署三剑客》,文中提到的这种使用方式与我们DevOps本身的很多设计点不谋而合。

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在CI(持续集成)的设计上,我们本身也是将Jenkins作为集成工具来使用的,同时Jenkins2版本的Pipeline as Code也给CD(持续部署)带来了无限的可能。当然,也增加了一定的学习成本,那就是Pipeline的核心Groovy,一种基于JVM(Java虚拟机)的敏捷开发语言。

Jenkins给我映像较深的一点就是它强大的扩展性,它同样支持Ansible的扩展插件Ansible plugin,在Pipeline中使用插件和其他类型的Job略有不同,创建一个Pipeline Job之后,可以使用Pipeline Syntax配置插件和参数,然后Jenkins会自动生成可以在Pipeline中使用的代码片段。

再来说GitLab,当然,也可以是其他Jenkins支持的代码版本控制系统。它在整个过程中担任什么样的角色呢?试想,我们所需要管理的部署机器和产品对应着的部署脚本,如果单单只是保存在某个Server端,如何进行编写维护以及更新,如何形成运维日积月累过程中的经验与知识产物。

这里GitLab可以很好的帮助我们进行Playbooks的管理,我们只需要将Playbooks提交到仓库,然后在通过Jenkins执行部署之前,将Playbooks拉取到Job的workspace中,然后调用执行就可以了。

如何将DevOps与这种Jenkins+Ansible+GitLab的实现方式结合起来呢?

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我们DevOps部署大致操作流程如下:

资源:创建部署需要的环境信息,可以是物理机,虚拟机以及容器云环境。
设计:设计部署容器,比如部署mysql和tomcat并设置tomcat依赖mysql的关系。然后提交设计。
转换:配置部署策略以及部署模式,设置部署容器的参数,创建部署计划并执行部署。
运维:部署容器运维,启停、卸载、伸缩、回滚等操作。

实现方式大致可以简化为:根据模板化的表设计动态生成部署配置页面,页面参数传递结合静态的部署模板(groovy)生成Jenkins的config.xml文件,然后调用Jenkins的API接口创建Jenkins的部署Job。

那我们要进行一个部署容器的扩展,我们需要做哪些工作呢?

1.在模板化的表设计中新添加部署容器(如mysql)的相关信息(组件依赖,属性定义字段等)。

2.按照既定的规则在脚本目录添加groovy模板(安装,卸载,运维等)。

3.在脚本库中添加groovy模板中对应调用的ansible playbooks。

四、Ansible日常应用部署实践

因为DevOps应用及其集成的第三方工具也需要自动化部署,刚好又接触了Ansible这样一款自动化工具,所以就写了一套快速部署DevOps应用及一些第三方工具的playbooks。

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单看这张图,大家可能觉得有点不明所以,我们结合DevOps平台部署的playbooks目录结构及文件类容对此部署设计做一个说明。

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Ansible机器分组:就是Ansible的host inventory文件,内容为机器分组信息及组变量,在DevOps平台部署中担任配置文件的角色,部署前只需要修改此文件即可(修改应用的安装配置和对应每个分组的部署机器)。

DevOps部署角色:对应的site.yml是应用部署的入口文件,这里将DevOps应用分成8个角色,分别是devops、mysql、jenkins、nexus、sonarqube、gitlab、cmdb、jira。每个部署角色对应多个role。

Ansible Role:可以理解为Ansible中可复用的最小的操作单元,这里考虑的不只是DevOps的部署了,考虑到playbooks文件在今后的日常使用中也会使用到,比如要安装一个jenkins,只需要在inventory中添加机器信息,然后定义入口文件使用repo(考虑到无外部网络访问权限情况,配置内网源)和jenkins两个role即可。

执行命令行ansible-playbook –i devops.inventory site.yml即可开始执行部署,首先会根据site.yml入口文件中hosts中配置的信息去devops.inventory中获取主机及主机变量信息,然后根据remote_user配置和ansible.cfg中配置的SSH连接信息去执行连接,然后根据roles配置的角色去执行相应的Task。接下来我们看看Ansible Role的目录结构和内容。

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Roles主要依赖于目录及文件的命名和摆放。目录说明如下:
file:copy模块文件默认路径,这里存放安装文件和一些不需要修改的固定文件。

handlers:在发生改变时执行调用的task。如在tasks目录下main.yml中有一步修改配置文件后调用handlers,当执行时该步状态为changed就会调用handlers中的task。

tasks:存放role任务文件的目录,main.yml就是任务入口文件。

templates:template模块文件默认路径,用于存放配置文件和会改变的文件,文件中会定义变量信息,在传递时进行变量的替换。

vars:role的变量目录,可以存放role的变量配置信息,为了方便用户统一配置,这里未使用role变量,而是采用了inventory中的组变量。

以下为在Playbooks中用到的一些技巧

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register:注册变量。

场景:在mysql5.6版本安装完成后会生成默认root用户的密码并写进~/.mysql_secret文件,那我们要在安装完成之后用这个root密码执行初始化操作就可以使用这种注册变量的方式。

扩展用法:判断某个文件或文件夹是否存在,来控制task是否执行。当when语句的结果为true时才执行task。

Include:文件加载,在一个任务文件中调用另一个任务文件。

场景:一个常用的任务片段在现今或之后的任务文件中都可能用到,我们可以将它单独抽离编写一个任务文件,然后再其它文件通过include引用即可。

扩展用法:通过定义变量或注册变量的方式,动态控制是否执行一个任务文件。

ignore_errors:是否忽略错误。

场景:执行某一步,即使该步返回错误依然继续其他的任务。常用与command和shell模块。如示例,在安装mysql时先去删除机器可能自带的mariadb-libs,在不存在mariadb-libs包时会报错,忽略此错误。

wait_for: 校验文件或端口的状态。

场景:等待一个端口启动、关闭或一个文件的生成、删除,常见于启动应用后等待应用端口启动,然后执行接下来的任务。

扩展用法:用来校验端口是否启动或文件是否存在。

setup:获取目标机器信息,并注册成主机变量。

场景:获取目标主机ip信息,并将ip写进某个配置文件。任务执行第一步就会默认会调用setup模块获取目标机器信息,只需要在脚本中直接使用变量ansible_default_ipv4.address就可以引用主机ip地址。

template:自定义模板。

场景:大多数情况,我们只需要把配置文件中某些需要变更的变量抽成配置即可,但像nginx这种需要动态配置或相对复杂的配置文件,就可能会用到Jinja2强大的模板自定义的能力了,最后这张图是安装DevOps集群环境是根据group分组中的ip以及组变量中的端口配置动态生成nginx config文件的一个片段。

五、总结

Ansible作为自动化工具中的后起之秀,因其简单易用,无代理架构的特性,已经被广大的自动化运维爱好者和初学者所接受并使用,如果不做二次开发,甚至都不需要对Python有深入的了解,实际上它丰富的模块也已经基本满足日常运维所有的需求。依稀记得第一次接触到Ansible是在部署openshift(基于k8s的容器云平台)的时候,这种复杂应用的部署通过简单的几行配置就完成了,不只是运维,相信对Linux系统有所了解的研发人员也可以通过Ansible完成复杂应用的部署。

关于作者
张子康
普元研发工程师,曾参与神华灾备云平台、万达DevOps平台等项目。对云计算相关技术有浓厚的兴趣,熟悉IaaS,k8s,docker等技术,在DevOps项目中主要负责集成环境的搭建以及部署功能的底层实现。

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