GitOps的工作原理

╰+攻爆jí腚メ 2022-11-14 11:55 105阅读 0赞

随着DevOps的发展以及采用DevOps思维方式的组织不断增多，DevOps的许多不同方面都日趋成熟。随着DevOps的成熟，在概念和思维方式（DevSecOps，AIOps，SecOps等）领域也在不断发展。GitOps是DevOps中的另一个萌芽概念，**其根源在于使开发人员能够使用git创建CI/CD来自动化多云和多容器编排集群的开发和运营。**

DevOps大家都很熟悉，不做介绍，GitOps是一种集成在DevOps周期中的技术，是一种用于存储，管理和检索K8s，Swarm等容器协调器的部署描述符的方法。现在，它已扩展到可以是IaC文档（Terraform， Cloudformation等），软件配置（Ansible，Puppet等）。

【批注说明：SRE是工作思想（理论指导），DEVOPS是工具链（实践手段）】

英国作家Aldous Huxley曾说：“速度是真正的乐趣之源。”我认为生活如此，软件领域亦然。随着DevOps以及GitOps之类辅助实践的兴起，软件从架构设计到代码被部署到生产环境的速度是越来越快。

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实际上，DevOps是通过定义一组实践和文化的转变，来提高我们生成代码的速度，并保证代码的可靠性。DevOps本身只是一个广义术语，不同的组织和团队在其核心原理上开发出了各种具体的实践，其中包括：ChatOps、DevSecOps、AIOps、以及一种称为GitOps的较新的实践。

GitOps的出现和兴起，主要得益于软件开发行业对于Kubernetes的广泛采用。在各类组织向Kubernetes的迈进过程中，开发团队的逐步成长，以及对于扩展集群的管理实践会变得势在必行。因此GitOps旨在将Git和Kubernetes结合在一起，为开发人员提供某种形式的操作模型、以及基于Kubernetes的基础架构和应用程序。可以说，在Kubernetes开发的过程中，GitOps能够在确保“速度”的基础上，实现软件方案的持续交付。

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下面，我们来看看GitOps的工作原理，它的启动与运行，以及如何在Kubernetes中配合使用GitOps，以团队的DevOps体验。

**工作原理**

GitOps秉承了DevOps的核心理念--“构建它并交付它(you built it you ship it)”。它能够让开发人员在自己所选的Git工具中，提出拉式请求，触发Kubernetes集群的部署，从而使得Git成为唯一的来源。

显然，该思想是将基于推式的管道替换为基于拉式的管道，从而使得开发人员能够直接根据其拉式请求执行部署。而一旦开发人员执行合并或打开请求，该基础结构就会在部署过程中触发一系列的事件。GitOps运算符(operator)只要检测到此类变化，就会导致另一个运算符声明的更改，并将其部署到集群之中。例如，您可以使用如下工具栈来实现GitOps：

*  将Bitbucket作为您的Git VCS(译者注：Version Control System，版本控制系统)工具。
 *  用Docker存储您的各种镜像。
 *  用Amazon S3来存储各种Helm图表。
 *  用AWS Lambda拉取图表，并提交给集群存储库。
 *  用Weaveworks Flux检测集群存储库中的更改，并做相应的调整。

当然，在您的工具栈中，实现此类功能的实际基础架构可能会有所不同，但是其机制却是相似的。

**如下是可以实现的GitOps工作流：**

*  使用Bitbucket管道之类的CI(持续集成)工具，将各种Docker镜像推送到Quay之类的托管(hosting)工具处。
 *  各种云功能函数从主存储bucket处，将不同的配置和helm图表复制到主git存储库中。
 *  诸如Weaveworks Flux之类的GitOps运算符，会根据各种配置图表去更新集群，并通过Lambda函数提取不同的helm图表。

当然，上述技术栈中所描述的每个工具都有着对应的替代方案，开发团队可以选择最适合的工具，以实现DevOps的目标。例如，同属于Atlassian套件的Jira功能就能够轻松地与Bitbucket协同发挥作用。因此，如果一个拉式请求在Bitbucket中被创建，就会自动将Jira中的问题发送到自定义的“部署”上。这将大幅简化从设计到发布的DevOps实践过程。

类似地，当考虑到通过GitOps实现的持续交付机制可能出现失败时，我们可以添加其他的监控工具，以提供急需的可见性。例如，Thundra.io可被用于监控S3触发的AWS Lambda函数，以确保在将更改提交给集群存储库时，不会发生任何故障。

同理，我们也可以利用Thundra.io的集成功能，将警报发送给Opsgenie之类的报警工具，进而通知合适的值班人员，以快速解决那些由拉式请求触发的部署所引发的任何问题。

可见，我们完全可以通过向GitOps引擎添加更多的功能，以提高GitOps实践过程中的可靠性和便利性。

**给带来的Kubernetes的便利性**

总的说来，GitOps能够为Kubernetes的部署提供融合、幂等、确定性和自动化等方面的功能。根据Kubernetes强大的收敛机制，它将不断尝试去改变集群的状态，让各种收敛应用都具有相同的结果。而且这些都会自动而迅速地被触发。

Kubernetes的编排器(orchestrator)会持续将各种更改应用到集群中，直到集群收敛到配置更新所定义的状态为止，也就是要满足开发人员或SRE人员所期望的配置状态。这不但适用于所有的Kubernetes资源，还能够被用到自定义资源(Custom Resource Definitions，CRD)或Kubernetes的扩展。

整个GitOps的过程始于在Git存储库中定义某个所需的状态，然后Git被定位为唯一的来源。此外，我们需要保障提交过来的更改能够与群集相配，以便标记处群集是已经收敛到了所需的状态，还是已偏离了该状态。

当期望状态与实际状态不相同时，Kubernetes中的收敛运算符会主动尝试着补足这两个状态之间的差异，即：根据那些针对Git的提交，触发更改的“差异”警报，以标识处仍然需要进一步的收敛。因此，这就意味着，所有的提交都会产生对于集群的可验证的、且幂等的更改。当然，Kubernetes也可能按需产生回滚。就其机制而言，回滚可以被看作是进一步收敛到以前的状态。

最后，如果系统中不再存在“差异”警报、或仅存在“聚合”警报，那么该机制就认为实际状态已经达到了所需的状态。实际上，我们可以使用回调、或回写事件的方法，来设置此类聚合状态。

至此，我们可以认识到：GitOps依赖于IAC(译者注：基础架构即代码)的概念。即：以编程的方式定义了基础架构，而基础架构的实际状态也会随着发生相应的变化。这种就是我们在前文中提到的基于拉式的部署方式，它与传统的基于推式的部署有所不同。

**相关工具**

如您所知，DevOps是一个广阔的领域，它不仅仅限于软件行业。而GitOps则只是在软件行业朝着更加敏捷、可靠的方向发展过程中，一种新兴的开发实践。更准确地说，随着技术趋势的变化，开发实践必须适应可用的技术，而GitOps是团队和组织如何跟踪技术发展，持续推进开发实践的一种优秀示例。值得一提的是，诸如Weaveworks Flux之类的运算符，可以很好地帮助您在集群启用GitOps。当然，您也可以选用Spinnaker之类的其他代替方案。

此外，考虑到持续部署可能会给生成环境带来风险，我们可以通过添加诸如Thundra.io和Opsgenie之类的工具，来对系统进行全覆盖性的测试，以减少风险点，保证一定的可观察性和事件管理能力。

**CI / CD是OPS的核心**

CI / CD是GitOps工作原理的核心。CI / CD 的持续集成是由Git之类的版本控制存储库实现的：开发人员可以对其代码库进行不断的细微改进，而不必每隔几个月或几年就推出巨大的整体式新版本。它的持续部署件通过自动化系统测试和部署新的代码来生产。

事实上，尽管我们一直在谈论代码，这通常会使我们联想起队C或Java或JavaScript之类的编程语言编写的可执行代码的看法。但是在GitOps中，我们管理的“代码”主要由配置文件组成。这不仅仅是一个小细节，而是GitOps整个工作的核心。正如我们已经说过的，这些配置文件是描述系统外观的“单一事实来源”。它们是声明性的，而不是指导性的。这意味着配置文件不会说“启动十台服务器”，而只会说“该系统包括十台服务器”。

GitOps公式的CI（持续集成）部分允许开发人员可以快速推出对这些配置文件的调整和改进。当自动化软件代理尽其所能确保应用程序的活版本反映配置文件中的描述时，CD（持续交付）部分就发生了—用GitOps语言聚合到声明式模型。

**总结**

总的来说，我们可以将GitOps视为一种实践，它能够利用Kubernetes的核心力量，来加快软件从设计到发布的全部过程。我们只有掌握了GitOps的工作原理，才能充分发挥Kubernetes在容器服务方面的巨大潜力，为持续部署与持续交付保驾护航。

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