IaC：自动化您的IT，消除错误并更快扩展。学习Terraform和Ansible。拥抱当今基础设施的未来！
译自 Infrastructure as Code: Introduction to IaC，作者 TNS Staff。
代码即基础设施 (IaC) 是现代 IT 运营中的一种常见实践，它使用代码来管理和配置计算基础设施，而不是使用命令行工具或 GUI 接口进行手动硬件配置。手动硬件配置容易导致实现不一致和错误。组织可以通过使用代码自动化基础设施设置来确保其环境的可重复性和一致性。
IaC 的兴起与企业环境中分布式计算和微服务的兴起密切相关。在微服务环境中，我们经常需要创建服务器、配置它们、更新它们并将其拆除。能够以一致且可靠的方式做到这一点对于维护系统稳定性和完整性至关重要，尤其是在 IT 环境日益复杂和规模不断扩大时。
传统的基础设施管理涉及系统管理员进行手动设置和配置。虽然构建过程可以记录在案，但它始终容易出现不一致和错误。它也耗时且劳动密集，阻碍了组织快速响应不断变化的需求的能力。随着微服务架构变得普遍，需要一种新的方法。
IaC 引入了一种模型，该模型预先定义了基础设施的期望状态。IaC 方法支持快速扩展和有效的服务交付。
理解 IaC 的一个好方法是将其视为将软件工程实践应用于基础设施。正如 Sarah Wells 在“Enabling Microservices Success”中所观察到的那样：
“因为基础设施配置是代码，所以它保存在源代码控制中，这使得很容易查看发生了哪些更改以及是谁进行了更改，并在必要时（例如，如果出现问题）返回到特定时间点的状态。
因为更改过程是自动化的，所以您可以确保创建一个审计日志来显示更改以及谁应用了这些更改：这对安全性非常有益。”
IaC 的声明式与命令式方法
基础设施代码可以使用声明式或命令式风格编写：
声明式方法。许多基础设施代码工具，包括 Ansible、Chef、CloudFormation、Puppet 和 Terraform，使用特定领域语言和声明式模型进行编程。您的代码描述了基础设施的期望状态，例如它应该有多少 RAM 和 CPU 资源，或者服务器上应该有哪些包和用户帐户，而无需详细说明实现它的步骤。IaC 工具负责找出如何达到期望状态。作为该过程的一部分，该工具会将可用基础设施的当前属性与已声明的内容进行比较，并计算出使基础设施保持一致的适当更改。因此，这些工具在您想要什么和如何实现它之间提供了关注点分离，使其更像配置而不是传统的编程。
命令式方法。一些较新的 IaC 工具，包括 AWS CDK 和 Pulumi，使用熟悉的编程语言（如 Java, Python, 和 Typescript）支持基础设施的命令式编程。
这两种方法各有优缺点。声明式方法通常因其简单性和抽象性而受到青睐。它特别适用于定义可重用环境的情况，您希望所有环境都几乎相同，例如发布过程中使用的所有环境。命令式方法提供控制。当您希望根据情况获得不同的结果时，这最有价值；例如，当您正在配置一些面向公众的服务器，而其他服务器是内部服务器，因此具有不同的安全性和连接性要求时。
通过掌握这些概念，公司可以有效地利用 IaC 来改进其基础设施管理实践，从而实现可扩展、可靠和高效的 IT 环境。
自动化基础设施设置和管理
IaC 的一个关键优势在于能够自动化基础设施的设置和管理。借助 IaC，公司可以使用一条命令部署环境，从而显著加快流程并减少 IT 团队的工作量。通过 IaC 实现的自动化不仅简化了初始部署，而且确保了对资源的有效持续管理。这包括可以持续进行而无需人工干预的扩展、修复和更新，从而使团队能够优先处理更重要的战略任务。
增强环境一致性
IaC 在维护开发、测试、暂存和生产等部署环境之间的一致性方面发挥着作用。通过在这些环境中使用配置文件，IaC 保证所有实例都相同，除非编码了特定差异。这种一致性有助于避免部署过程中可能出现的“在我的机器上运行正常”问题，确保软件在所有区域都能按预期运行，不会出现差异。
减少人为错误并简化操作
手动流程容易出现因任务执行中的错误或不一致而导致的错误。IaC 降低了出错的几率，并通过标准化任务执行方式提高了效率。此外，由于 IaC 可以集成到版本控制系统中，因此可以跟踪、审查和回滚任何修改（如有需要），从而增加了一层安全性和可追溯性。
自动化、一致性和降低错误率的集成从根本上改变了基础设施管理，提高了其可靠性和效率。这些优势与业务目标直接一致，在一个敏捷性和可靠性至关重要的环境中。通过采用 IaC，企业可以实现更快的部署时间、改进的资源利用率和更高的服务质量——所有这些都有助于实现业务成果。
常用 IaC 工具概述
CFEngine 率先使用声明式、幂等的 DSL 来安装软件包和管理服务器上的配置文件，Puppet 和 Chef 随后出现。随着时间的推移，其他工具因其可靠性、适应性和在各行业的广泛接受而日益突出。这些包括：
Ansible。最初由 于 2012 年编写，并于 2015 年被 Red Hat 收购，Ansible 是一款开源的 IaC 工具套件，涵盖软件配置、配置管理和应用程序部署功能。Ansible 是无代理的，依赖于通过 SSH 或 Windows 远程管理的临时远程连接，允许执行 PowerShell。系统配置使用 YAML 定义。
AWS Cloud Development Kit (CDK)。亚马逊网络服务 (AWS) 开发的开源软件开发框架，用于使用熟悉的 编程语言 定义和配置云基础设施资源。支持的语言包括 C#、Go、Java、JavaScript 和 Python。CDK 包含一个更高级别的构造和预构建组件库，这些组件封装了一个或多个 AWS 资源及其配置。构造可用于构建更高级别的抽象，称为模式。
Chef。Progress Chef 是一款用 Ruby 和 Erlang 编写的配置管理工具。它使用纯 Ruby 领域特定语言 (DSL) 来编写系统配置“配方”，然后可以将这些配方分组到“cookbook”中以方便管理。它可以与 Amazon EC2、Google Cloud Platform (GCP)、Microsoft Azure 等集成，以自动配置和配置新机器。
OpenTofu。OpenTofu 是 HashiCorp 的 Terraform 的一个开源分支，于 2023 年 8 月创建，以应对该公司将其 IaC 产品转向更严格许可证的决定，OpenTofu 使用声明式 OpenTofu 配置语言，并与 AWS、Azure 和 Google 云服务兼容。
Pulumi。Pulumi由前微软员工Joe Duffy和Eric Rudder于2017年创立，Pulumi是新一代IaC工具之一，主要面向云端设计。它采用命令式方法定义基础设施。开源的Pulumi CLI和SDK为用户提供了一种管理各种公共云提供商（包括AWS、Azure和GCP）的云基础设施的方法。代码可以使用多种语言编写，包括C#、Go、Java、JavaScript、Python、TypeScript和YAML。
Puppet。 Puppet使用其自身的声明式语言来描述系统配置。它可用于在数据中心和云基础设施中配置、修补、配置和管理操作系统和应用程序组件。
Terraform。 Terraform由HashiCorp开发，能够管理本地和云端资源。Terraform用户使用称为HashiCorp Configuration Language (HCL)或JSON的声明式配置语言来定义和配置数据中心基础设施。它支持一系列提供商，包括AWS、Google Cloud和Microsoft Azure，非常适合云环境。
这些工具不仅有助于自动化基础设施的设置和管理，而且支持创建可重用和版本控制的基础设施代码，从而提高可扩展性和易于维护性。
IaC工具的一个重要方面是它们与git等版本控制系统的集成，这有助于更好地处理基础设施代码。这种集成允许：
变更跟踪和回滚。任何对基础设施代码的修改都会被记录下来，从而可以恢复到以前的版本以进行恢复和合规性检查。
协作。版本控制系统使团队成员能够同时协作处理基础设施代码，从而减少瓶颈并加快开发速度。更改可以通过拉取请求进行合并、审查和处理，以确保在实施之前进行评估。
持续集成/持续部署 (CI/CD)。IaC工具可以无缝地融入CI/CD管道，用于自动化测试和部署基础设施更改。这种对齐保证每次代码提交都会触发一个流程，其中基础设施调整会自动进行测试和应用，从而减少错误并加快交付时间。
通过利用这些工具和技术，组织可以显著提高其基础设施运营的效率、可靠性和安全性。
能够可靠地创建、测试和实施基础设施设置彻底改变了我们管理基础设施的方式，与传统方法相比具有诸多优势。
将IaC集成到现有系统中的步骤
将基础设施即代码集成到工作流程中需要一系列技术操作，以促进无缝转换和成功实施；
评估和规划。- 从检查硬件、软件和网络配置的设置开始，以确定哪些元素需要通过编码进行管理。
- 定义目标。指定您希望通过基础设施即代码 (IaC) 实现的预期结果，无论是速度、可扩展性、一致性还是这些因素的组合。
选择合适的IaC工具。- 选择与您的设置和目标相符的IaC工具至关重要。考虑诸如它如何与您的技术堆栈集成、您的基础设施规模以及您的团队成员的熟练程度等因素。
培训和技能发展。- 确保为您的IT团队提供所选IaC工具的培训。重要的是，他们要掌握IaC背后的概念，例如如何有效地实际使用该工具。
版本控制集成。- 将IaC与版本控制系统结合使用，以有效地处理和监控基础设施代码的修改。这对于促进团队合作和保存过去的文档至关重要。
环境分割。- 确保创建开发、测试和生产环境。这样，您可以在将脚本部署到生产环境之前，在受控环境中试用您的脚本。
实施测试框架。- 为您的IaC脚本创建自动化测试，以确保它们能够正常运行并且不会在您的系统中造成任何问题。
逐步推出。- 从试用部分系统开始，查看IaC在您的设置中运行情况如何。随着您对该方法的信任度提高，逐步扩展到新的领域。
通过代码管理和控制基础设施
一旦IaC集成到您的系统中，管理和控制基础设施就会变得更加简化。
配置管理：使用IaC脚本控制设置，并确保基础设施的所有组件都处于预期状态。
持续监控：使用监控工具持续评估基础设施的状态。确保符合IaC脚本。通过调整以满足不断变化的业务需求或集成增强功能来保持IaC脚本的最新状态。使用IaC，实施这些更新对于所有环境来说都变得更简单、更安全。
场景1：应用程序扩展
在销售活动期间，在线购物平台的访问量往往会激增。通过使用IaC，团队可以迅速调整服务器容量以匹配流量预测或当前数据，确保网站保持快速和可靠。
场景2：灾难恢复
数据泄露后，公司必须迅速采取行动恢复运营。通过使用IaC，公司可以利用既定的脚本，在一个区域或网络段中迅速建立其基础设施，确保立即实施所有安全协议和设置。
场景3：软件更新推广
一家全球性公司计划在其所有分支机构实施软件更新。通过使用IaC，公司可以确保服务器上的部署过程，确保每台服务器都以结构化和标准化的方式接收更新，而不会对日常运营造成任何中断。
这些示例演示了实施IaC如何在各种运营环境中带来优势，展示了其增强运营效率、实现快速响应和确保遵守既定IT准则的能力。
采用IaC的常见陷阱
集成基础设施即代码可以大大提高IT运营的灵活性和有效性。公司可能会面临许多挑战：
- 过度复杂。起初，团队可能会尝试快速自动化任务，导致脚本过于复杂，难以管理和理解。
- 缺乏文档。缺乏代码和流程的文档会给试图掌握IaC环境的团队成员带来挑战，导致知识孤岛。
- 环境不一致。如果没有指导方针，各种设置（如开发、测试和生产）可能会出现差异，从而导致应用程序部署期间出现挑战。
- 测试不足。为测试脚本分配的资源不足会导致部署期间出现错误，从而破坏IaC使用的可靠性优势。
有效管理和自动化的最佳实践
为了获得基础设施即代码的最佳结果并避免错误，建议遵循以下建议方法：
- 增量实施。从小处着手。然后逐步扩大IaC在您运营中的影响范围。这种方法允许团队掌握和调整，而不会感到负担过重。
- 代码审查。像对待应用程序代码一样认真对待基础设施代码。进行例行代码评估以维护标准并增强安全措施。
- 使用模块化代码。创建旨在通用且易于适应的IaC脚本。此做法有助于最大限度地减少冗余并简化管理流程。
- 文档。确保记录所有脚本和过程。此记录保存与代码实现一样重要。
- 自动化测试。为IaC脚本创建测试协议，包括单个评估和组合评估，以在部署之前识别潜在问题。
安全注意事项以及如何处理它们
安全是任何IT运营中的重中之重，而IaC引入了具体的注意事项：
- 最小权限访问。确保严格控制对IaC工具和脚本的访问，遵循授予最小权限原则以减少任何可能的安全威胁。
- 密钥管理。确保使用一种方法来处理IaC脚本可能需要的敏感信息（例如API密钥和密码）。使用HashiCorp Vault、AWS Secrets Manager或Azure Key Vault等工具可以帮助保护和组织对这些详细信息的访问。
- 审计和合规性。确保审查IaC脚本及其设置的环境，以确保它们符合安全策略和标准。这包括验证任何错误配置或与预期设置的差异。
- 不变性。只要有可能，最好遵循基础设施范例，其中更新涉及交换组件而不是直接更改它们。此方法有助于降低配置不一致和未经授权的调整的可能性。
通过克服这些障碍并遵循推荐的方法，公司可以有效地部署 IaC，以增强其 IT 运营的敏捷性、响应能力和安全性。
新兴技术和方法
基础设施即代码的发展与 IT 实践的进步和变化密切相关。以下是影响 IaC 发展方向的新兴趋势：
- 与人工智能 (AI) 和机器学习 (ML) 的集成。 AI 和机器学习开始通过例如提供自动预测分析和改进决策来影响运营。这些进步可以帮助预测故障或根据使用趋势优化资源利用。
- GitOps。这是一个相当新的概念，由现已倒闭的 Weaveworks 首创，GitOps 是 IaC 的扩展，它依赖于 git 作为声明式基础设施和应用程序的存储库。通过将 git 集成到 CI/CD 管道中，修改是通过请求实现的，从而增强了透明度并遵守了基础设施调整。虽然这个想法普遍适用，但 GitOps 最初是为与 Kubernetes 一起工作而设计的，这也是相关工具的重点。
- 多云管理。随着组织对环境采用率的提高，对能够有效处理跨多个云的资源的基础设施即代码工具的需求也在增长。这就需要能够在云平台之间顺利融合和协调基础设施操作的工具。
IaC 在云计算和 DevOps 中的作用
基础设施即代码通过启用基础设施的一致配置和管理，在云计算和 DevOps 领域发挥作用。
- 云计算。IaC 在建立适应性强的云系统中发挥作用。它使企业能够通过促进扩展、灾难准备和成本效益，有效地处理云设置中的大量计算资源。
- **DevOps 实践。**基础设施即代码通过将任务与软件开发连接起来，在支持 DevOps 中发挥作用。它允许与应用程序代码一起部署和维护基础设施，从而促进自动化流程。
IaC 未来发展预测
未来，我们可以在基础设施即代码中预期以下发展：
- 随着云技术的行业采用，更多 IaC 实践将标准化。这可能导致部门之间改进协作和知识共享。
- 预计 IaC 工具和实践中的安全重点将加强。将实施增强的措施以满足安全需求并确保符合不断变化的法规。
- 未来，工具的进步预计将引入用于管理错误和促进回滚流程的复杂功能。这将简化基础设施的恢复，在故障后恢复到某个状态，最终最大限度地减少停机时间和潜在的财务损失。
关键要点总结
在对基础设施即代码的探索过程中，我们深入研究了其基本概念、实际益处以及使 IaC 成为一种变革性基础设施管理方法的工具。从基础设施设置和管理的自动化开始，到增强跨环境的一致性并减少人为错误，IaC已被证明是现代 IT 运营中宝贵的策略。我们讨论了一些领先的工具，如 Terraform、Ansible、Chef 和 Puppet，它们促进了这些流程，并与版本控制系统无缝集成，以支持协作和无错误的部署。
我们还检查了与采用 IaC 相关的一些挑战，以及可以帮助减轻这些问题的最佳实践，例如增量实施和严格测试。展望未来，我们预计 IaC 将取得重大发展，包括其与 AI 和多云管理的集成，这将进一步提高其效率和覆盖范围。
鼓励进一步探索
随着技术领域的不断发展，与基础设施即代码相关的方法和工具也将随之发展。为了在这个充满活力的领域保持领先地位，持续学习和适应至关重要。The New Stack 致力于为读者提供有关这些主题的最新新闻、教程和有见地的文章。我们鼓励您通过以下资源更深入地研究 IaC 的各个方面：
此外，对于那些希望进一步扩展知识的人来说，探索高级主题，例如 GitOps、IaC 中的安全性以及 IaC 在大型系统中的使用将大有裨益。参与社区论坛和网络研讨会也可以提供更深入的见解和实践知识。
在The New Stack，我们的目标是为您提供在您所在领域取得优异成绩所需的信息和工具。我们不断更新我们的内容，以反映最新的技术进步，确保您能够访问尖端信息并全面了解当前趋势。
保持知情，保持领先，让我们帮助您了解现代 IT 基础设施的复杂性，方法是提供我们精心制作的内容。