25、容器与云管理：使用 Ansible 实现自动化

容器与云管理：使用 Ansible 实现自动化

1. 引言

Ansible 是一款极为灵活的自动化工具，能够轻松实现基础设施各方面的自动化。近年来，基于容器的工作负载和云工作负载愈发流行，本文将探讨如何使用 Ansible 自动化处理这些工作负载相关的任务，涵盖容器设计与构建、容器运行以及各类云平台管理等内容。

2. 技术要求

在开始之前，需确保已使用 Ansible 设置好控制主机，并使用最新版本（示例使用的是 Ansible 2.9）。同时，要能够访问 Docker 主机，本文提供的命令均针对 GNU/Linux 系统。所有示例代码可在指定的 GitHub 仓库中找到。

3. 使用 Playbook 设计和构建容器

传统使用 Dockerfiles 构建容器并非最佳方式。即便在自动化方面已有诸多 Ansible 角色，也无法在 Dockerfiles 中复用，这会导致重复工作，且在云环境中，不同云平台有各自的控制平面和自动化语言，会造成时间浪费和环境一致性问题。

Ansible 提供了 ansible-container 工具，可使用创建机器的相同组件来创建容器。安装步骤如下：

$ sudo pip install ansible-container[docker,k8s]

ansible-container 支持三种引擎：
- docker ：用于在本地机器的 Docker 引擎上使用。
- k8s ：用于本地（如 MiniKube）或远程（如生产集群）的 Kubernetes 集群。
- openshift ：用于本地（如 MiniShift）或远程（如生产集群）的 OpenShift 集群。

使用 playbook 构建容器的步骤如下：
1. 执行 ansible-container init 命令：

$ ansible-container init
Ansible Container initialized.

此命令会创建以下文件：
- ansible.cfg ：用于覆盖 Ansible 系统配置的空文件。
- ansible-requirements.txt ：列出容器构建过程中 Python 依赖的空文件。
- container.yml ：包含构建 Ansible 代码的文件。
- meta.yml ：包含 Ansible Galaxy 元数据的文件。
- requirements.yml ：列出构建所需 Ansible 角色的空文件。

2. 替换 container.yml 文件内容：

version: "2"
settings:
  conductor:
    base: centos:7
  project_name: http-server
services:
  web:
    from: "centos:7"
    roles:
      - geerlingguy.apache
    ports:
      - "80:80"
    command:
      - "/usr/bin/dumb-init"
      - "/usr/sbin/apache2ctl"
      - "-D"
      - "FOREGROUND"
    dev_overrides:
      environment:
        - "DEBUG=1"

3. 执行 ansible-container build 命令启动构建：

$ ansible-container build

构建完成后，将得到一个应用了 geerlingguy.apache 角色的容器。 ansible-container 采用多阶段构建，先启动一个 Ansible 容器，再用其构建实际容器。若指定多个角色，输出的镜像将包含更多层。

4. 管理多个容器平台

在当今环境中，仅能运行镜像并不意味着达到生产就绪状态。为确保应用服务在应用崩溃或硬件故障时仍能正常运行，需要使用编排解决方案，其中 Kubernetes 最为成功。

Kubernetes 的工作原理是：向 Kubernetes 控制平面告知所需应用实例数量，Kubernetes 会检查节点上运行的实例数量，确保达到指定数量。若实例不足，会启动更多实例；若实例过多，则停止多余实例。

由于 Kubernetes 安装和管理复杂，许多公司推出了简化操作的发行版，如 Red Hat 的 OpenShift。Ansible 提供的 ansible-container 工具可简化开发和运维团队的工作，支持容器的整个生命周期。

5. 使用 ansible-container 部署到 Kubernetes

假设已构建好镜像，并可访问 Kubernetes 或 OpenShift 集群，且已正确配置 kubectl 或 oc 客户端。部署步骤如下：
1. 修改 container.yml 文件，添加部署设置：

k8s_namespace:
  name: http-server
  description: An HTTP server
  display_name: HTTP server

2. 执行部署命令：

$ ansible-container --engine kubernetes deploy

Ansible 完成执行后，可在 Kubernetes 集群中找到 http-server 部署。背后原理是 Ansible 使用以 k8s 开头的模块驱动 Kubernetes 集群，根据之前构建的镜像和添加的信息，填充部署模板并使用 k8s 模块进行部署。

6. 使用 Ansible 管理 Kubernetes 对象

部署应用后，与 Kubernetes 集群交互十分有用。以下是具体操作：

6.1 安装 Ansible Kubernetes 依赖

首先，安装 Python openshift 包，可通过 pip 或操作系统的包管理系统进行安装。

6.2 列出 Kubernetes 命名空间

创建 k8s-ns-show.yaml 文件，内容如下：

---
- hosts: localhost
  tasks:
    - name: Get information from K8s
      k8s_info:
        api_version: v1
        kind: Namespace
      register: ns
    - name: Print info
      debug:
        var: ns

执行命令：

$ ansible-playbook k8s-ns-show.yaml

输出将显示命名空间信息。通过修改 kind 参数，可查看其他 Kubernetes 对象类型（如 Deployments、Services、Pods）的信息。

6.3 创建 Kubernetes 命名空间

创建 k8s-ns.yaml 文件，内容如下：

---
- hosts: localhost
  tasks:
    - name: Ensure the myns namespace exists
      k8s:
        api_version: v1
        kind: Namespace
        name: myns
        state: present

执行命令前，可使用 kubectl get ns 检查 myns 命名空间是否存在。执行命令：

$ ansible-playbook k8s-ns.yaml

执行后，再次使用 kubectl get ns 可看到 myns 命名空间已创建。

6.4 创建 Kubernetes 服务

创建 k8s-svc.yaml 文件，内容如下：

---
- hosts: localhost
  tasks:
    - name: Ensure the Service mysvc is present
      k8s:
        state: present
        definition:
          apiVersion: v1
          kind: Service
          metadata:
            name: mysvc
            namespace: myns
          spec:
            selector:
              app: myapp
              service: mysvc
            ports:
              - protocol: TCP
                targetPort: 800
                name: port-80-tcp
                port: 80

执行命令前，使用 kubectl get svc 确保命名空间中没有服务。执行命令：

$ ansible-playbook k8s-svc.yaml

执行后，再次使用 kubectl get svc 可看到 mysvc 服务已创建。

7. 使用 Ansible 自动化 Docker

Docker 是常用工具，在开发环境中常直接使用。使用 Ansible 管理 Docker 实例，需确保 Docker 命令配置正确，且安装了 docker Python 模块。操作步骤如下：
1. 创建 start-docker-container.yaml playbook 文件：

---
- hosts: localhost
  tasks:
    - name: Start a container with a command
      docker_container:
        name: test-container
        image: alpine
        command:
          - echo
          - "Hello, World!"

2. 执行 playbook：

$ ansible-playbook start-docker-container.yaml

3. 检查容器是否执行：

$ docker container list -a

输出将显示运行的容器信息。使用以下命令检查 echo 命令是否执行：

$ docker logs <container_id>

Ansible 控制 Docker 守护进程的常用模块是 docker_container ，还有其他模块，如下表所示：
| 模块名称 | 功能 |
| ---- | ---- |
| docker_config | 更改 Docker 守护进程的配置 |
| docker_container_info | 收集容器信息 |
| docker_network | 管理 Docker 网络配置 |

此外，还有一些以 docker_ 开头的模块用于管理 Docker Swarm 集群，如 docker_node 、 docker_node_info 、 docker_swarm_info 等。

8. 探索专注于容器的模块

随着组织发展，可能会使用多种容器技术。Ansible 能与大多数容器平台互操作，但找到所需模块名称是个难题。可从 Ansible 模块索引开始搜索，若没有“containers”类别，可到“All modules”中使用浏览器的搜索功能查找。

以下是一些主要容器平台及 Ansible 提供的主要模块：
| 平台 | 主要模块 |
| ---- | ---- |
| Amazon Web Services | ecs_cluster 、 ecs_ecr 、 ecs_service 、 ecs_task 、 ecs_service_facts 等 |
| Microsoft Azure | azure_rm_acs 、 azure_rm_aks 等 |
| Google Cloud | gcp_container_cluster 、 gcp_container_cluster_facts 、 gcp_container_node_pool 、 gcp_container_node_pool_facts 等 |
| Red Hat OpenShift | oc （已弃用），推荐使用 Kubernetes 模块 |
| Kubernetes | k8s 、 k8s_auth 、 k8s_facts 、 k8s_scale 、 k8s_service 等 |
| LXC 和 LXD | lxc_container 、 lxd_container 、 lxd_profile 等 |

通过以上内容，我们了解了如何使用 Ansible 实现容器和云管理的自动化，包括容器构建、部署到 Kubernetes 集群、管理 Kubernetes 对象、自动化 Docker 以及探索容器相关模块等。掌握这些知识和技能，能有效提高工作效率，确保环境的一致性和可靠性。

下面是使用 mermaid 绘制的流程图，展示使用 Ansible 构建容器并部署到 Kubernetes 集群的主要流程：

graph LR
    A[安装 ansible-container] --> B[使用 ansible-container init 创建文件]
    B --> C[修改 container.yml 文件]
    C --> D[使用 ansible-container build 构建容器]
    D --> E[修改 container.yml 添加部署设置]
    E --> F[使用 ansible-container --engine kubernetes deploy 部署到 Kubernetes]

希望本文能帮助你更好地理解和使用 Ansible 进行容器与云管理的自动化操作。

9. 针对 Amazon Web Services 进行自动化

Amazon Web Services（AWS）在容器服务方面推出了一系列产品。2014 年，AWS 推出了 Elastic Container Service（ECS），用于在其基础设施内部署和编排 Docker 容器。次年，又推出了 Elastic Container Registry（ECR），这是一个托管的 Docker 注册表服务。不过，该服务未达预期普及度，于是在 2018 年，AWS 推出了 Elastic Kubernetes Service（EKS），为希望在 AWS 上运行 Kubernetes 的用户提供托管服务。

如果你使用或计划使用 EKS，它是一个标准的托管 Kubernetes 集群，可使用前面提到的 Kubernetes 特定模块。若选择使用 ECS，有几个重要模块可提供帮助：
- ecs_cluster ：用于创建或终止 ECS 集群。
- ecs_ecr ：用于管理 ECR。
- ecs_service ：用于在 ECS 中创建、终止、启动或停止服务。
- ecs_task ：用于在 ECS 中运行、启动或停止任务。
- ecs_service_facts ：用于列出或描述 ECS 中的服务。

以下是一个简单示例，展示如何使用 Ansible 创建 ECS 集群：

---
- hosts: localhost
  tasks:
    - name: Create ECS cluster
      ecs_cluster:
        name: my-ecs-cluster
        state: present

执行这个 playbook 后，将在 AWS 上创建一个名为 my-ecs-cluster 的 ECS 集群。

10. 自动化 Google Cloud Platform

Google Cloud 在 2015 年推出了 Google Kubernetes Engine（GKE），它是 Google Cloud Platform 上的托管 Kubernetes 版本，与 Ansible Kubernetes 模块兼容。此外，还有一些 GKE 特定模块：
- gcp_container_cluster ：用于创建 GCP 集群。
- gcp_container_cluster_facts ：用于收集 GCP 集群的事实信息。
- gcp_container_node_pool ：用于创建 GCP 节点池。
- gcp_container_node_pool_facts ：用于收集 GCP 节点池的事实信息。

以下是一个使用 Ansible 创建 GKE 集群的示例：

---
- hosts: localhost
  tasks:
    - name: Create GKE cluster
      gcp_container_cluster:
        name: my-gke-cluster
        location: us-central1-a
        initial_node_count: 3
        state: present

执行此 playbook 后，将在 Google Cloud 上创建一个名为 my-gke-cluster 的 GKE 集群。

11. 无缝自动化集成到 Azure

Microsoft Azure 在 2018 年宣布了 Azure Container Service（ACS），随后又宣布了 Azure Kubernetes Service（AKS）。这些服务由 Kubernetes 解决方案管理，可使用 Kubernetes 模块进行管理。此外，Ansible 还提供了两个特定模块：
- azure_rm_acs ：用于创建、更新和删除 Azure Container Service 实例。
- azure_rm_aks ：用于创建、更新和删除 Azure Kubernetes Service 实例。

以下是一个使用 Ansible 创建 AKS 集群的示例：

---
- hosts: localhost
  tasks:
    - name: Create AKS cluster
      azure_rm_aks:
        name: my-aks-cluster
        location: eastus
        resource_group: my-resource-group
        kubernetes_version: "1.23.5"
        state: present

执行这个 playbook 后，将在 Azure 上创建一个名为 my-aks-cluster 的 AKS 集群。

12. 使用 Rackspace Cloud 扩展环境

Rackspace Cloud 也是一个可用于容器和云管理的平台。虽然文档中未详细提及 Ansible 与 Rackspace Cloud 集成的具体模块，但一般来说，Ansible 可通过 SSH 等方式与 Rackspace Cloud 上的服务器进行交互。以下是一个简单示例，展示如何使用 Ansible 在 Rackspace Cloud 服务器上执行命令：

---
- hosts: rackspace-servers
  tasks:
    - name: Run a command on Rackspace server
      command: ls -l

确保在 hosts 文件中正确配置了 Rackspace Cloud 服务器的连接信息。

13. 使用 Ansible 编排 OpenStack

OpenStack 是一个开源的云计算平台，Ansible 可用于编排 OpenStack 环境。虽然文档未详细介绍具体模块，但通常可使用一些通用的 Ansible 模块与 OpenStack 交互。例如，使用 command 模块在 OpenStack 虚拟机上执行命令：

---
- hosts: openstack-vms
  tasks:
    - name: Run a command on OpenStack VM
      command: uname -a

同样，要确保在 hosts 文件中正确配置了 OpenStack 虚拟机的连接信息。

总结

通过本文，我们全面了解了如何使用 Ansible 实现容器和云管理的自动化。从使用 ansible-container 设计和构建容器，到将容器部署到 Kubernetes 集群，再到使用 Ansible 管理各种云平台，我们掌握了一系列实用的技能和方法。

Ansible 的灵活性和丰富的模块库使其成为容器和云管理自动化的强大工具。通过合理运用这些模块，我们可以提高工作效率，确保环境的一致性和可靠性。

以下是一个 mermaid 流程图，总结了使用 Ansible 进行容器和云管理自动化的主要步骤：

graph LR
    A[容器设计与构建] --> B[容器部署到 Kubernetes]
    B --> C[管理 Kubernetes 对象]
    C --> D[自动化 Docker]
    D --> E[探索容器模块]
    E --> F[自动化不同云平台]
    F --> G[扩展环境与编排]

希望本文能为你在容器和云管理自动化方面提供有价值的参考，帮助你更好地应对实际工作中的挑战。