GitOps入门与实践:如何集成Git和K8S?


也许你之前听说过GitOps,但是对其并不了解。在本文中,我将对其进行简单介绍,它其实是一个应用程序开发和管理中的一个术语,其核心思想是将应用系统的声明性基础架构和应用程序存放在Git的版本控制库中。我们将介绍GitOps是什么,它将如何影响组织以及如何与Kubernetes保持同步。



什么是GitOps

GitOps是一种实现持续交付的模型,利用Git开发工具对云原生应用程序进行操作和管理。当将应用程序部署到Kubernetes时,Git应该是唯一的事实来源。当开发人员更改应用程序时,Git将自动把它们push到Kubernetes进行部署。而且,如果Kubernetes内的运行状态发生变化但与Git内的状态不一致,则它们会从Git内恢复到已知状态。

GitOps与CI/CD:它们之间有什么联系?

GitOps和CI/CD是十分重要的工作伙伴。CI/CD可以让开发人员持续迭代、开发和部署应用程序。而迭代通常通过一个Git配置仓库进行(尽管也会有其他配置仓库)。在部署/交付阶段,构建的基于容器的应用程序被“push”到Kubernetes进行部署。GitOps会通过Kubernetes使用“pull”的方法来增强CI/CD模型,从而将运维层面带入部署/交付中。

但是,如果有人更改了Kubernetes集群中运行的某些内容,会发生什么?我们将使用Git作为声明性部署工具的主要事实来源,并利用其他工具在出现差异时向我们发出警报。此外,通过利用可以识别运行状态和声明状态之间差异的工具,Kubernetes可以修复为已知/声明的运行状态。

注意:持续集成和持续开发是互补但独立的过程。在理想状态下,GitOps会将批处理规模拆分为单件流程,每次只处理一个单元。但是,由于CI和CD流程发生在不同的组中,因此组织之间的流程可能会有所不同。

GitOps和应用程序生命周期

让我们从应用程序生命周期的视角来看一下GitOps的作用。在典型的生命周期中,应用程序会经历多个状态,包括:

  • 代码

  • 构建

  • 创建镜像

  • 测试

  • 发布


而使用GitOps,这些状态将会扩展为:

  • 部署

  • 在Git仓库中监控更改

  • 日志更改和事件

  • 发生更改时发出警报,并于现有的监控/告警系统集成

  • 更新


在GitOps操作模型下,当应用程序发布时,Kubernetes需要确保其按预期运行。同时,Kubernetes通过确保其稳定性和可用性来管理应用程序的运维工作。如果一个开发人员通过Git更改了该应用程序,Kubernetes将会接受声明并根据需要应用它。

GitOps带来了什么?


  • GitOps为应用程序提供一个操作模型,它可以确保Git提供一个框架来统一应用程序的运行、操作和持续开发。

  • 作为CI/CD流水线的一部分,GitOps为应用程序构建/交付与运行它的位置之间提供了粘合剂。

  • 在Kubernetes平台中,Git为应用程序的开发和运维提供了唯一的事实来源。

  • 应用程序交付和平台管理都是声明式的,同时还能通过Git进行版本控制

  • Git可以控制回滚、升级以及更改

  • 开发人员不需要知道如何操作运维平台(如Kubernetes),无需了解复杂的部署交付流程,仅需使用熟悉的工具发布新功能即可。极大提升开发者体验。

  • Git控制并修证差异或“漂移”

  • GitOps利用审核、监控以及回滚功能来增加应用程序发布的可靠性和稳定性


最后,尽管在GitOps模式下还有很多工作要做,但是GitOps、DevOps以及现有CI/CD模式之间存在十分明显的协同作用。GitOps提供了一种用于将应用程序交付到Kubernetes平台的模型,该模型确保了Git是唯一的事实来源并且充分利用Kubernetes平台上的功能。但值得注意的是,GitOps不能替代工具。恰恰相反,GitOps通过声明性的流程和工具来强化流程、提高其成熟度并帮助团队交付应用程序。

GitOps实践:FluxCD Demo

FluxCD(或Flux)是一个很棒的工具,它可以将Git和Kubernetes集成起来。Flux本质上是一个Kubernetes Operator,这意味着,你作为一个管理员可以将其安装到Kubernetes 以管理Git和原生Kubernetes之间的集成。

在Kubernetes中,Operator是Kubernetes原生平台的扩展,是一种自定义资源的模式,该自定义资源主要用于管理应用程序及其组件。这意味着,在Kubernetes内部Operator的帮助下,所需状态(如运行状态)将不断检查和调整以符合Git仓库声明的内容。Flux可以集成到你现有的CI/CD工具集中,以进行其他工作流程、权限批准和审核。在Kubernetes中,Flux会监控你通过配置声明的Git仓库是否发生更改,并且如果 Kubernetes Pod上在本地发生了不应发生的更改,Flux将会把Kubernetes更新到所需的运行状态。请记住,Git是事实来源。Flux Operator会检测到这一点,并将正在运行的配置更改回声明的状态。

以下demo,我将会展示如何安装和实现Flux。

前期准备

你将需要:

  • 一个Docker Hub镜像仓库,你可以将Flaskapp docker镜像上传到此处

  • 一个Git Repo并连接它,然后你可以在整个演示过程中根据需要用你的设置替换“< >”中的任何内容


具体步骤


  • 安装Kubernetes

  • 安装并配置fluxctl,Flux部署的原生安装程序

  • 配置Flux以连接到Git Repo

  • 在Git Repo中升级deployment manifest

  • 升级容器镜像并同步

  • 配置漂移(drift)并同步


你可以使用以下配置进行测试或演示。它包括Flask应用程序的Docker file以及Kubernetes deployment/配置文件。在演示中,你会需要它们,此外你还可以将它们上传到你指定的Git仓库中。

Docker File
FROM python:3

RUN pip install flask

RUN mkdir -p /corp/app
WORKDIR /corp/app
COPY main.py .
ENV FLASK_APP=/corp/app/main.py

ENV APP_NAME=MyApp.DevOps
ENV APP_VERSION=v1.0.0

CMD ["flask", "run", "--host=127.0.0.1"]


main.py Python 脚本文件
import os
from flask import Flask
app = Flask(__name__)

@app.route('/')
def index():
appname = os.environ['APP_NAME']
appversion = os.environ['APP_VERSION']

response = "%s - %s.%s\n" %('Hello World', appname, appversion)
return response


Kubernetes Deployment文件
apiVersion: v1 
kind: Namespace 
metadata: 

name: my-demo

apiVersion: apps/v1 
kind: Deployment 
metadata: 
name: fluxdemo 
namespace: my-demo 
annotations: 
flux.weave.works/tag.flask: glob:develop-v* 
flux.weave.works/automated: 'true' 
labels: 
role: fluxdemo 
env: demo 
app: flux 
spec: 
replicas: 1 
selector: 
matchLabels: 
  role: fluxdemo 
template: 
metadata: 
  labels: 
    role: fluxdemo 
spec: 
  containers: 
  - name: nginx 
    image: nginx:1.16-perl 
    imagePullPolicy: IfNotPresent 
    ports: 
    - name: http 
      containerPort: 80 
    volumeMounts: 
    - name: nginx-proxy-config 
      mountPath: /etc/nginx/conf.d/default.conf 
      subPath: nginx.conf 
  - name: flask 
    image: docker.io/<your docker repo>/flaskapp:develop-v1.8.0 
    imagePullPolicy: IfNotPresent 
    ports: 
    - name: http 
      containerPort: 5000 
    env: 
    - name: APP_NAME 
      value: myfluxdemo.K8s.GitOps 
    - name: APP_VERSION 
      value: v1.0.5 
  volumes: 
  - name: nginx-proxy-config 
    configMap: 

name: nginx-conf

apiVersion: v1
kind: ConfigMap 
metadata: 
name: nginx-conf
namespace: my-demo
data:
nginx.conf: |-
#CODE1.0:
#add the nginx.conf configuration - this will be referenced within the deployment.yaml
server {
    listen 80;
    server_name localhost;

    location / {
        proxy_pass http://localhost:5000/;
        proxy_set_header Host "localhost";
    }
}


安装Flux

  • 安装Fluxctl


https://docs.fluxcd.io/en/1.18 ... .html
  • 安装Fluxcd


https://docs.fluxcd.io/en/1.18 ... .html

为Repo配置Flux

创建一个命名空间
kubectl create ns <namespace>
export FLUX_FORWARD_NAMESPACE= <namespace>
fluxctl list-workloads


安装Fluxcd以建立与你的Git Repo的连接
export GHUSER=""
export REPO="gitops-demo"
export NS="flux"
fluxctl install \
--git-user=${GHUSER} \
--git-email=${GHUSER}@users.noreply.github.com \
--git-url=git@github.com:
Image download failed.
{REPO} \
--namespace=${NS} | kubectl apply -f -


创建SSH密钥以添加到Github仓库

在你的terminal中输入以下命令,以获取下一步所需的密钥:
fluxctl identity


打开Github,导航到安装Fluxcd时添加的仓库,转到设置-部署密钥,单击【添加部署密钥】,为其指定title,选中【允许write access】,粘贴公共密钥,然后单击【添加密钥】。

在Git Repo中升级Deployment Manifest

打开你的Git Repo,里面应该有deployment.yaml文件,向下滑动直到如下所示部分,然后更改APP_VERSION号码
env:
- name: APP_NAME
  value: myfluxdemo.K8s.GitOps
- name: APP_VERSION
  value: v1.0.5


保存并Commit更改到你的Repo。

Flux将在5分钟之内升级你的deployment

要从localhost进行测试,请在Kubernetes中使用“Port-forward”命令:
kubectl get pods -n  copy the pod name kubectl port-forward  8080:80 -n


打开其他terminal:
curl -s -i http://localhost:8080


升级容器镜像并同步

现在让我们对Docker镜像进行修改并将其上传到我们的Docker Hub镜像仓库中。为此,我们将修改flaskapp目录中的main.py文件。

升级main.py文件。将Hello World更改为其他内容
response = "%s - %s.%s\n" %('Flux World', appname, appversion)


创建一个新的Docker文件并上传到Docker(以及另一个增量版本号)。

等待5分钟,Flux将会自动部署新镜像

配置漂移并同步

现在,我们来测试一下手动更改正在运行的配置会发生什么。
kubectl scale deployment/fluxdemo --replicas=4 -n


现在,我们花几分钟来看看pod并观察发生了什么。我们将会在短时间内(5分钟以内)看到其他的pod,此外我们还将看到许多pod终止。因此,Flux已使配置恢复到当前在Git中保留的已声明的部署状态。
kubectl get po -n  --watch


重新运行相同的命令,并且你会看到目前仅有一个正在运行的pod。

别忘了清理和移除deployment和Git连接(如果你想移除它)。否则,你需要开始添加更多的仓库并继续进行构建。

总 结

本文中我们简单介绍了GitOps概念、它与CI/CD的关系以及它对应用程序的生命周期的改变。最后我们还demo了GitOps中的一个小工具Flux,它可以帮助把Kubernetes和Git集成起来,从而优化CI/CD流程。

本文仅仅是一个GitOps的引子,希望你可以通过它更好地入门GitOps,进而提升你的开发部署体验。

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