彻底颠覆DevOps！探究GitOps的设计哲学和好处

超、凢脫俗 2023-10-04 23:31 29阅读 0赞

**目录**

基础设施即代码

GitOps 是什么

GitOps vs DevOps

GitOps 的设计哲学

1. 声明式

2. 版本控制/不可变

3. 自动应用变更

4. 持续的 Reconciliation

Push vs Pull

Push 模式

Pull 模式

GitOps 的优势

更强大的安全保障

Git 作为事实的唯一真实来源

提高生产力

更容易合规的审计

总结

参考资料

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GitOps 这个概念最早是由 Kubernetes 管理公司 Weaveworks 公司在 2017 年提出的，如今已经过去了 5 个年头，想必大家对这个概念早有耳闻，但你可能并不知道它到底是什么，它和 DevOps 到底是啥关系，本文就来帮大家一一解惑。

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## **基础设施即代码** ##

在理解 GitOps 之前，我们需要先理解什么是**基础设施即代码**。

基础设施即代码（Infrastructure as Code, **IaC**），顾名思义，表示使用代码（而非手动流程）来定义基础设施，研发人员可以像对待应用软件一样对待基础设施，例如：

*  可以创建包含基础架构规范的声明式配置文件，从而便于编辑和分发配置。
 *  可以确保每次配置的环境都完全相同。
 *  可以进行版本控制，所有的变更都会被记录下来，方便溯源。
 *  可以将基础设施划分为若干个模块化组件，并通过自动化以不同的方式进行组合。

当然，广义上的 IaC 不仅仅只关于基础设施，还包含了**网络**、**安全**、**配置**等等，所以广义上的 IaC 又叫 **X as Code**。

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比如你想在 AWS 中创建服务器，配置网络，部署 Kubernetes 集群以及各种工作负载，你只需要定义好 Terraform 或 Ansible 的声明式配置，以及 Kubernetes 的配置清单即可，免去一切繁杂的手动操作。

## **GitOps 是什么** ##

GitOps = IaC + Git + CI/CD，即基于 IaC 的版本化 CI/CD。它的核心是使用 Git 仓库来管理基础设施和应用的配置，并且**以** **Git** **仓库作为基础设施和应用的单一事实来源**，你从其他地方修改配置（比如手动改线上配置）一概不予通过。

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Git 仓库中的声明式配置描述了目标环境当前所需基础设施的期望状态，借助于 GitOps，如果集群的实际状态与 Git 仓库中定义的期望状态不匹配，Kubernetes reconcilers 会根据期望状态来调整当前的状态，最终使实际状态符合期望状态。

另一方面，现代应用的开发更多关注的是迭代速度和规模，拥有成熟 DevOps 文化的组织每天可以将代码部署到生成环境中数百次，DevOps 团队可以通过版本控制、代码审查以及自动测试和部署的 CI/CD 流水线等最佳实践来实现这一目标，这就是 GitOps 干的事情。

## **GitOps vs DevOps** ##

从广义上来看，GitOps 与 DevOps 并不冲突，**GitOps** **是一种技术手段，而** **DevOps** **是一种文化**。GitOps 是一种实现持续交付（Continuous Delivery）、持续部署（Continuous Deployment）和基础设施即代码（IaC）的工具和框架，它是支持 DevOps 文化的。

从狭义上来看，GitOps 与 DevOps 有以下几个区别：

首先，**GitOps** **是以目标为导向的**。它使用 Git 来维护期望状态，并不断调整实际状态，最终与期望状态相匹配。而 **DevOps** **更多关注的是最佳实践**，这些实践可以普遍应用于企业的每一个流程。

其次，**GitOps** **采取声明式的操作方法，而** **DevOps** **同时接受声明式和命令式的方法**，所以 DevOps 除了适用于容器环境之外，还适用于虚拟机和裸机环境。

最后，**GitOps** **重新定义了云原生场景下的** **CI/CD**，它以 Git 作为中心的不可变状态声明，以加快持续部署速度。

## **GitOps 的设计哲学** ##

想要使用 GitOps 来管理你的基础设施和应用，需要践行以下几个原则：

### **1. 声明式** ###

必须通过声明式来描述系统的期望状态。例如 Kubernetes，众多现代云原生工具都是声明式的，Kubernetes 只是其中的一种。

### **2. 版本控制/不可变** ###

因为所有的状态声明都存储在 Git 仓库中，并且把 Git 仓库作为单一事实来源，那么所有的操作都是从 Git 仓库里驱动的，而且保留了完整的版本历史，方便回滚。有了 Git 优秀的安全保障，也可以使用 SSH 密钥来签署 commits，对代码的作者和出处实施强有力的安全保障。

### **3. 自动应用变更** ###

Git 仓库中声明的期望状态发生了任何变更，都可以立即应用到系统中，而且不需要安装配置额外工具（比如 kubectl），也不需要配置 Kubernetes 的认证授权。

### **4. 持续的 Reconciliation** ###

Reconciliation 其实最早是 Kubernetes 里的一个概念，表示的是**确保系统的实际状态与期望状态一致的过程**。具体的实现方式是在目标环境中安装一个 agent，一旦实际状态与期望状态不匹配，agent 就会进行自动修复。这里的修复比 Kubernetes 的故障自愈更高级，即使是手动修改了集群的编排清单，集群也会被恢复到 Git 仓库中的清单所描述的状态。

鉴于以上这些设计哲学，我们来看一下 GitOps 的工作流：

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*  首先，团队中的任何一个成员都可以 Fork 仓库对配置进行更改，然后提交 Pull Request。
 *  接下来会运行 CI 流水线，一般会做这么几件事情：验证配置文件、执行自动化测试、检测代码的复杂性、构建 OCI 镜像、将镜像推送到镜像仓库等等。
 *  CI 流水线运行完成后，团队中拥有合并代码权限的人将会将这个 Pull Request 合并到主分支中 。一般拥有这个权限的都是研发人员、安全专家或者高级运维工程师。
 *  最后会运行 CD 流水线，将变更应用到目标系统中（比如 Kubernetes 集群或者 AWS） 。

整个过程完全自动化且透明，通过多人协作和自动化测试来保证了基础设施声明配置的健壮性。而传统的模式是其中一个工程师在自己的电脑上操作这一切，其他人不知道发生了什么，也无法对其操作进行 Review。

## **Push vs Pull** ##

CD 流水线有两种模式：Push 和 Pull。

### **Push 模式** ###

目前大多数 CI/CD 工具都使用基于 Push 的部署模式，例如 Jenkins、CircleCI 等。这种模式一般都会在 CI 流水线运行完成后执行一个命令（比如 kubectl）将应用部署到目标环境中。

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这种 CD 模式的缺陷很明显：

*  需要安装配置额外工具（比如 kubectl）；
 *  需要 Kubernetes 对其进行授权；
 *  需要云平台授权；
 *  无法感知部署状态。也就无法感知期望状态与实际状态的偏差，需要借助额外的方案来保障一致性。

Kubernetes 集群或者云平台对 CI 系统的授权凭证在集群或云平台的信任域之外，不受集群或云平台的安全策略保护，因此 CI 系统很容易被当成非法攻击的载体。

### **Pull 模式** ###

Pull 模式会在目标环境中安装一个 Agent，例如在 Kubernetes 集群中就靠 Operator 来充当这个 Agent。Operator 会周期性地监控目标环境的实际状态，并与 Git 仓库中的期望状态进行比较，如果实际状态不符合期望状态，Operator 就会更新基础设施的实际状态以匹配期望状态。

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只有 Git 的变更可以作为期望状态的唯一来源，除此之外，任何人都不可以对集群进行任何更改，即使你修改了，也会被 Operator 还原为期望状态，这也就是传说中的**不可变基础设施**。

目前基于 Pull 模式的 CD 工具有 [Argo CD][]， [Flux CD][] 以及 [ks-devops][]。

## **GitOps 的优势** ##

一般 GitOps 首选的都是基于 Pull 的部署模式，因为这种模式有很多不可替代的优势。

### **更强大的安全保障** ###

上面已经提到了，使用 GitOps 不需要任何 Kubernetes 或者云平台的凭证来执行部署，Kubernetes 集群内的 Argo CD 或者 Flux CD 只需要访问 Git 仓库，并通过 Pull 模式来更新即可。

另一方面，Git 由用于跟踪和管理代码变更的强大密码学支持，拥有对变更进行签名以证明作者身份和来源的能力，这是保障集群安全的关键。

### **Git 作为事实的唯一真实来源** ###

因为所有的应用包括基础设施的声明式配置都保存在 Git 中，并把 Git 作为应用系统的唯一事实来源，因此可以利用 Git 的强大功能操作所有东西，例如版本控制、历史记录、审计和回滚等等，无需使用 kubectl 这样的工具来操作。

### **提高生产力** ###

Git 也是开发人员非常熟悉的工具，通过 Git 不断迭代，可以提高生产率，加快开发和部署速度，更快地推出新产品，同时提高系统的稳定性和可靠性。

### **更容易合规的审计** ###

使用 GitOps 的基础设施可以像任何软件项目一样使用 Git 来管理，所以同样可以对其进行质量审计。当有人需要对基础设施进行更改时，会创建一个 Pull Request，等相关人员对其进行 Code Review 之后，更改才可以应用到系统中。

## **总结** ##

GitOps 是对现有 DevOps 文化的补充，它使用 Git 这样的版本控制系统来自动部署基础设施，部署过程清晰可见，可以查看和跟踪对系统进行的任何变更，提高了生产力、安全性和合规性。而且 GitOps 提供了更优雅的可观测性，可以实时观测部署状态，并采取行动使实际状态与期望状态保持一致。

而且在 GitOps 中，整个系统都是通过声明式来描述的，天然适合云原生环境，因为 Kubernetes 也是这么设计的。

## **参考资料** ##

*  [What is GitOps and what should you know about it?][What is GitOps and what should you know about it]
 *  [DevOps vs GitOps: 4 Benefits you must know to Master the Methodologies][DevOps vs GitOps_ 4 Benefits you must know to Master the Methodologies]
 *  [Guide To GitOps][]

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[Argo CD]: https://github.com/argoproj/argo-cd/
[Flux CD]: https://github.com/fluxcd/flux
[ks-devops]: https://github.com/kubesphere/ks-devops
[What is GitOps and what should you know about it]: https://devs-group.medium.com/what-is-gitops-and-what-should-you-know-about-it-fcaa3e3c1dd5
[DevOps vs GitOps_ 4 Benefits you must know to Master the Methodologies]: https://www.tynybay.com/our-thinking/devops-vs-gitops-4-benefits-you-must-know-to-master-the-methodologies
[Guide To GitOps]: https://www.weave.works/technologies/gitops/