云原生时代，不可不知的基础设施即代码 (IaC)

💡 IaC 是 DevOps 的必要支撑。

 

近日，在极狐 TechTalk 直播上，极狐(GitLab) 高级网站可靠性工程师 SRE 戚加欣，从 SRE 视角出发，与大家分享了 IaC 基础知识、工具和方法和基于极狐 GitLab 的具体实践经验。

 

以下内容整理自本次分享，enjoy～

何为 IaC？

基于 Thoughtworks 公司云实践领导人 Kief Morris 在《基础设施即代码》一书中对基础设施即代码的定义：

基础设施即代码 (Infrastructure-as-Code，IaC) 指的是通过代码而不是手动流程，来管理和配置基础设施。它把基础设施、工具和服务以及对基础设施的管理本身作为一个软件系统，采纳软件工程实践 (SRE)，以可重复的、可靠的方法来设计、改变和部署软件环境，以声明性的方式取代手工操作。

IaC 发展至今，从概念到落地，从小众到普及，随之诞生了许多 IaC 流行工具（如下图），帮助 DevOps 团队以最佳方式自动化基础设施部署和管理。

为什么 IaC 很重要？

大数据和云计算时代下的新挑战

SRE 的职责之一是为业务提供基础资源，维护各种服务的性能和稳定性。

在传统工作流程中，业务方向运维团队提供一个资源需求工单，运维团队根据需求工单，手动配置软硬件基础资源给业务方。在企业规模小、业务变化小的前提下，可能一台虚拟机就可以支撑公司的所有业务，该方式可以基本满足需求。

随着大数据和云计算时代的到来，依靠分布式服务器构建起来的 “云” 集群带来了强大的计算能力；资源的动态伸缩、高扩展性也使得集群的架构变得更加复杂多元，给 SRE 的工作带来了新的挑战：

➤ 日益增长的需求

企业信息化和数字化程度不断提升，IT 基础设施规模和复杂度也在不断增加。

➤ 手动操作瓶颈

大规模复杂集群给手动操作带来瓶颈，通过人力运维必定是不可取的，依靠自动化工具进行管理成为必然。

➤ 脱离的反馈

长期以来，开发者和运维人员的协作方式是分裂的，沟通反馈环是相互脱离的，导致生产效率低、故障排除慢。

➤ 手动操作错误

手动操作不可避免地会有失误，规模扩大导致更大的人为失误。

IaC 帮助企业降本增效，并实现 GitOps 目标

GitOps 是一个软件开发框架，它使组织能够持续交付软件应用程序，同时使用 Git 作为单一事实来源有效地管理 IT 基础设施。

GitOps 是 DevOps 的一个子集，它结合了 IaC 和 DevOps 最佳实践，创建了一个操作模型，用于管理架构并根据 Git 存储库的状态即时复制系统的云基础架构。

IaC 协助企业以多种方式管理其 IT 基础设施需求，基于以下主要优势，帮助企业降本增效；同时，结合 Git 的代码管理与版本控制，和 CI/CD 自动化，可以实现更高一级的 GitOps 目标。

➤ 自动化

通过自动化加快基础设施配置速度，并借助可见性优势帮助企业内的其他团队提升工作速度、强化工作效率。

➤ 声明式

以声明式方式，直接指定定基础设施的理想状态，如想要的资源、必需的属性等，而不是过程。IaC 工具会自动配置理想的基础设施，可多次执行且结果相同，无需人为干预。

➤ 可重用性

可轻松使用同一份代码多次创建和销毁多个资源。

➤ 可验证

可集成单元测试或端到端测试，验证理想状态与当前状态的基础设施的差异。如果结果与预期不一致，就对代码进行迭代，直到结果通过测试并与预期一致。

➤ 提高一致性

基于代码化实现环境创建的单一可信来源，使得每次均能提供相同环境，实现基础设施配置的全面标准化，消除配置漂移。

「不可变基础设施」时代来临

• 可变基础设施：指在生产中改变基础设施组件，而整个服务或应用继续正常运行的做法。其好处是在基础设施中有更多的一致性和可靠性，以及更简单更可预测的部署过程。它可以缓解或完全防止可变基础设施中常见的问题。
• 不可变基础设施：指基础设施和应用结合在一起，创建成一个完整的服务或应用程序。如果任何组件需要改变，它不会被改变或重新配置，它们都被更新并有效地重新部署在一个实例中。一个新的迭代被组装、测试、验证和启动，而旧的迭代则被停止，其资源被释放以重新使用。

不可变的基础设施已经获得了青睐，特别是在云和微服务环境中，这些环境具有高度的可扩展性，涉及更多相互依赖的组件和服务。与打补丁和重新配置单个基础设施组件相比，重新发布成套的不可变的服务和组件更有效率和效果。

使用 IaC 可以实现「不可变基础设施」这种新的运维逻辑。以数据库升级为例：

在不可变基础设施逻辑下，不是直接在原有数据库环境上进行升级，而是通过打包软件，打包到虚拟机镜像当中，通过逐个替换原有集群中的镜像的方式，将服务逐步升级。

IaC 工具有哪些？

目前，市面上有很多流行的 IaC 工具，它们具有一些共性：

• 使用 Yaml、Json、Jsonnet、HCL2 等 DSL 语言代码化定义；
• 以声明式编程模式为主；
• 完全开源或开放基本组件模式，并有额外的商业服务帮助企业从产品中提取额外价值的功能；
• 支持多云/混合云模式，无云厂商绑定。

上述工具在解决不同问题上，各有所长：

• 创建/改变/销毁基础设施资源，如计算、存储、网络组件或平台服务，如数据库、Kubernetes 集群等；
• 在基础设施之上部署/更新应用程序；
• 管理应用程序所使用的配置。

那么如何选择 IaC 工具呢？需要根据实际情况参考以下维度进行选择：

• 使用哪种操作系统来构建云资源：Windows 或 Linux？
• 在使用哪个云供应商？AWS、Azure 和谷歌云还是国内云厂商。
• 将使用哪种编程语言？Yaml、Json、Python、Golang？

同时，各个工具在使用范畴范围上也有所不同，如下图：

极狐 GitLab 上的 IaC 实践

极狐 GitLab 也提供了 7 大功能支持 IaC，包括：

代码管理及版本控制

IaC 本身是代码。极狐 GitLab 作为一体化安全 DevOps 平台，管理代码是基本功能，十分擅长。

极狐 GitLab SRE 团队即将 IaC 全部托管于极狐 GitLab 上。

CI/CD

极狐 GitLab 提供基于 Terraform 的 IaC 流水线模板，支持以 Pipeline as Code 的方式引用，无需任何额外配置即可实现 IaC 自动化流水线的创建和运行，降低用户的使用门槛，快速支撑用户实现基础设施的代码化和自动化。

合并请求 (MR)

IaC 使得用户能够摆脱传统基础设施变更中复杂和繁重的流程，通过采用软件研发中最经典的代码检视（Code Review）实践，从代码维度对基础架构的更改进行验证、审核与协作，确保基础环境的服务连续性。

极狐 GitLab 为此提供了基于合并请求 (MR) 的解决方案，通过在合并请求页面中可视化 Terraform 的代码更改、测试结果和预期效果，大幅提升基础变更管理提交和审批的协作效率。

基础设施注册表

有了极狐 GitLab 基础设施注册中心，你可以将极狐 GitLab 项目作为基础设施包的私有注册中心，用极狐 GitLab CI/CD 创建和发布包，然后从其他私有项目中消费。

基础设施即代码（IaC）扫描

基础设施即代码（IaC）扫描可以扫描你的 IaC 配置文件的已知漏洞。

目前，IaC 扫描支持 Terraform、Ansible、AWS CloudFormation 和 Kubernetes 的配置文件。

管理 Terraform 状态

代码与实际资源之间还有状态文件的映射，进行对比即可得知目标状态与实际状态的差距。极狐 GitLab 提供状态文件托管，确保版本一致。

极狐 GitLab SaaS 基础设施架构

极狐 GitLab SaaS 的基础设施架构，目前已经实现了 100% 的 IaC 管理，基本没有手动操作。IaC 工具链路关系如下图所示：

极狐 GitLab SaaS IaC 开发流程与其他软件开发流程一致，如下图所示：

• 当产生需求时，创建 Issue ，同时创建 Merge Request（后续代码变更在此 Merge Request 上进行），提交 commit 进行相关修改；
• 一旦有代码提交，就会触发 CI/CD，完成从构建、测试、安全扫描到部署整个流程，从而完成 Issue 和 Merge Request 的一一关联。

IaC 最佳实践

IaC 实践，同样遵循代码开发最佳实践，包括：

• 模块化、高内聚、低耦合、抽象；
• 分层，比如对一些服务提供模块，对另一些服务使用模块，对代码进行隔离；
• 自动测试少不了，确保线上代码都是经过 Staging 环境验证 de；
• 代码可读性，便于 Review 和协作；
• Code Review；
• CI/CD。

以模块化与分层为例，如下图，极狐 GitLab Terraform 项目分成了专门提供模块的项目（左）与专门应用模块的项目（右）。

完成了模块包装，在后续使用中，只需要指定目标与版本，即可引用整个封装好的模块。