27、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. 技术要求

在开始之前，需要确保控制主机已安装 Ansible，并且使用的是最新版本，示例使用的是 Ansible 2.15。可以将示例中的主机名替换为自己的主机名和/或 IP 地址。此外，还需要访问 Docker、Podman、Kubernetes 以及不同的云服务。

所有示例代码可在 GitHub 仓库 中找到。

2. 使用 Ansible 自动化 Docker 和 Podman

在当今的生产环境中，仅仅能够运行镜像并不足以满足需求，还需要确保应用程序在面对单个应用崩溃和硬件故障时仍能稳定运行。Kubernetes 是目前最成功的容器编排解决方案，它可以根据需求自动调整应用程序实例的数量。

每个 Kubernetes 节点都运行一个容器引擎，下面将介绍如何使用 Ansible 自动化两个最常用的独立容器引擎：Docker 和 Podman。

2.1 管理 Docker

Docker 是开发中常用的工具，可以使用 Ansible 轻松管理 Docker 实例。在开始之前，需要确保 Docker 已正确安装并配置，并且安装了 docker Python 模块。

以下是使用 Ansible 启动 Docker 容器的步骤：
1. 创建一个名为 start-docker-container.yaml 的 playbook，内容如下：

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

2. 执行 playbook：

$ ansible-playbook start-docker-container.yaml

3. 检查容器是否成功运行：

$ docker container list -a

4. 检查 echo 命令是否执行：

$ docker logs test-container

Ansible 除了 community.docker.docker_container 模块外，还有其他用于控制 Docker 守护进程的模块，如下表所示：
| 模块名称 | 功能 |
| — | — |
| community.docker.docker_config | 更改 Docker 守护进程的配置 |
| community.docker.docker_container_info | 收集容器信息 |
| community.docker.docker_network | 管理 Docker 网络配置 |

此外， community.docker 集合中还有许多用于管理 Docker Swarm 集群的模块。

2.2 管理 Podman

Podman 是 Docker 的竞争对手，由 Red Hat 开发。与 Docker 不同，Podman 不需要守护进程，所有实用程序都是独立的，因此更加安全，可以在不使用 root 权限的情况下运行容器。

Podman 与 Docker 在 CLI 和 API 上具有兼容性，因此从 Ansible 的角度来看，使用方法非常相似。

以下是使用 Ansible 启动 Podman 容器的步骤：
1. 创建一个名为 start-podman-container.yaml 的 playbook，内容如下：

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

2. 执行 playbook：

$ ansible-playbook start-podman-container.yaml

3. 检查容器是否成功运行：

$ podman container list -a

与 Docker 类似， containers.podman 集合中也有许多其他模块，但由于 Podman 没有 Swarm 概念，因此 Docker 中用于管理 Swarm 的模块在 Podman 中没有对应物。

3. 使用 Ansible 管理 Kubernetes

在使用 Ansible 管理 Kubernetes 之前，需要确保可以访问 Kubernetes 或 OpenShift 集群，并正确配置 kubectl 或 oc 客户端。

3.1 安装 Ansible Kubernetes 依赖项

首先，需要确保运行的是较新的 Python 3 版本（>=3.6），并安装以下 Python 包：
- Kubernetes >= 12.0.0
- PyYAML >= 3.11
- jsonpatch

然后，安装 kubernetes.core 集合：

$ ansible-galaxy collection install kubernetes.core

3.2 列出 Kubernetes 命名空间

可以使用 Ansible 列出 Kubernetes 集群中的命名空间。创建一个名为 k8s-ns-show.yaml 的文件，内容如下：

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

执行 playbook：

$ ansible-playbook k8s-ns-show.yaml

3.3 创建 Kubernetes 命名空间

可以使用 Ansible 创建新的 Kubernetes 命名空间。创建一个名为 k8s-ns.yaml 的 playbook，内容如下：

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

在运行 playbook 之前，检查 myns 命名空间是否存在：

$ kubectl get ns

运行 playbook：

$ ansible-playbook k8s-ns.yaml

再次检查命名空间是否创建成功：

$ kubectl get ns

3.4 创建 Kubernetes 服务

可以使用 Ansible 在新创建的命名空间中创建服务。创建一个名为 k8s-svc.yaml 的 playbook，内容如下：

---
- hosts: localhost
  tasks:
  - name: Ensure the Service mysvc is present
    kubernetes.core.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

在运行 playbook 之前，检查命名空间中是否存在服务：

$ kubectl get svc

运行 playbook：

$ ansible-playbook k8s-svc.yaml

再次检查服务是否创建成功：

$ kubectl get svc

4. 探索容器相关模块

随着组织的发展，可能会在不同部门使用多种容器技术。Ansible 可以与大多数容器平台进行交互，帮助解决这个问题。

以下是一些主要容器平台及其对应的 Ansible 模块：
| 平台 | 主要模块 |
| — | — |
| Amazon Web Services (AWS) | community.aws.ecs_cluster 、 community.aws.ecs_ecr 、 community.aws.ecs_service 、 community.aws.ecs_task 、 community.aws.ecs_service_info |
| Microsoft Azure | azure.azcollection.azure_rm_aks |
| Google Cloud | google.cloud.gcp_container_cluster 、 google.cloud.gcp_container_cluster_info 、 google.cloud.gcp_container_node_pool 、 google.cloud.gcp_container_node_pool_info |
| Red Hat OpenShift | 所有 Ansible Kubernetes 模块， oc 模块（已弃用） |

通过使用这些模块，可以更方便地管理不同平台上的容器。

下面是使用 Ansible 管理容器的流程 mermaid 图：

graph LR
    A[准备环境] --> B[安装依赖]
    B --> C[选择容器引擎]
    C --> D{使用 Ansible 管理}
    D --> E[管理 Docker]
    D --> F[管理 Podman]
    D --> G[管理 Kubernetes]
    E --> H[启动 Docker 容器]
    F --> I[启动 Podman 容器]
    G --> J[列出命名空间]
    G --> K[创建命名空间]
    G --> L[创建服务]

以上就是使用 Ansible 自动化容器和云管理的详细介绍，通过这些方法可以提高容器管理的效率和可靠性。

容器与云管理：使用 Ansible 实现自动化

5. 各平台容器管理模块详解

5.1 Amazon Web Services (AWS)

AWS 提供了多种容器服务，如 Elastic Container Service (ECS)、Elastic Container Registry (ECR) 和 Elastic Kubernetes Service (EKS)。以下是针对这些服务的 Ansible 模块详细介绍：
- community.aws.ecs_cluster ：用于创建或终止 ECS 集群。通过该模块，可以方便地在 AWS 上快速搭建或销毁 ECS 集群环境。
- community.aws.ecs_ecr ：可用于管理 ECR，包括创建、删除、查看仓库等操作，确保 Docker 镜像在 AWS 上的安全存储和管理。
- community.aws.ecs_service ：此模块允许在 ECS 中创建、终止、启动或停止服务。例如，在业务高峰时启动更多服务实例，低谷时停止部分实例以节省成本。
- community.aws.ecs_task ：用于在 ECS 中运行、启动或停止任务。可以根据业务需求灵活调度任务的执行。
- community.aws.ecs_service_info ：能让 Ansible 列出或描述 ECS 中的服务信息，方便管理员了解服务的运行状态。

5.2 Microsoft Azure

Azure 提供了 Azure Container Service (ACS) 和 Azure Kubernetes Service (AKS) 两种容器服务，它们都是托管的 Kubernetes 解决方案。 azure.azcollection.azure_rm_aks 模块可用于创建、更新和删除 AKS 实例，使得在 Azure 上管理 Kubernetes 集群变得更加便捷。

5.3 Google Cloud

Google Cloud 的 Google Kubernetes Engine (GKE) 是其托管的 Kubernetes 服务。以下是相关的 Ansible 模块：
- google.cloud.gcp_container_cluster ：用于创建 GCP 集群，可根据业务需求快速搭建 Kubernetes 集群。
- google.cloud.gcp_container_cluster_info ：能够收集 GCP 集群的相关信息，如节点数量、资源使用情况等。
- google.cloud.gcp_container_node_pool ：用于创建 GCP 节点池，方便扩展或缩减集群的计算资源。
- google.cloud.gcp_container_node_pool_info ：可收集节点池的详细信息，帮助管理员进行资源管理。

5.4 Red Hat OpenShift

Red Hat OpenShift 最初基于自己的容器运行时，从版本 3 开始完全基于 Kubernetes。因此，所有 Ansible Kubernetes 模块都可用于管理 OpenShift。不过， oc 模块目前已处于弃用状态，建议优先使用 Kubernetes 模块。

6. 实际应用案例分析

假设我们有一个跨平台的容器管理需求，需要在 AWS ECS 和 Google Cloud GKE 上分别部署和管理容器服务。以下是使用 Ansible 实现的步骤：

6.1 环境准备

• 在控制主机上安装 Ansible，并确保已安装所需的 Python 包和 Ansible 集合，如 kubernetes.core 、 community.aws 、 google.cloud 等。
• 配置好 AWS 和 Google Cloud 的认证信息，以便 Ansible 能够访问相应的服务。

6.2 在 AWS ECS 上部署服务

创建一个名为 aws-ecs-deploy.yaml 的 playbook，内容如下：

---
- hosts: localhost
  tasks:
  - name: Create ECS cluster
    community.aws.ecs_cluster:
      name: my-ecs-cluster
      state: present
  - name: Create ECS service
    community.aws.ecs_service:
      name: my-ecs-service
      cluster: my-ecs-cluster
      task_definition: my-task-definition
      desired_count: 2
      state: present

执行 playbook：

$ ansible-playbook aws-ecs-deploy.yaml

6.3 在 Google Cloud GKE 上部署服务

创建一个名为 gcp-gke-deploy.yaml 的 playbook，内容如下：

---
- hosts: localhost
  tasks:
  - name: Create GKE cluster
    google.cloud.gcp_container_cluster:
      name: my-gke-cluster
      location: us-central1
      initial_node_count: 3
      state: present
  - name: Create Kubernetes service in GKE
    kubernetes.core.k8s:
      state: present
      definition:
        apiVersion: v1
        kind: Service
        metadata:
          name: my-gke-service
          namespace: default
        spec:
          selector:
            app: my-gke-app
          ports:
          - protocol: TCP
            targetPort: 80
            port: 80

执行 playbook：

$ ansible-playbook gcp-gke-deploy.yaml

7. 总结与展望

通过使用 Ansible 管理容器和云服务，我们可以实现自动化部署、配置和管理，大大提高了工作效率和可靠性。Ansible 丰富的模块库使得我们能够轻松应对不同平台和技术的容器管理需求。

未来，随着容器技术的不断发展，Ansible 也将不断更新和完善其模块，以支持更多的容器平台和功能。同时，我们可以结合其他自动化工具和技术，如 CI/CD 流水线，进一步提升容器管理的自动化水平。

以下是一个简单的 Ansible 容器管理工作流 mermaid 图：

graph LR
    A[环境准备] --> B[AWS ECS 部署]
    A --> C[Google Cloud GKE 部署]
    B --> D[创建 ECS 集群]
    B --> E[创建 ECS 服务]
    C --> F[创建 GKE 集群]
    C --> G[创建 GKE 服务]
    D --> H[监控与管理]
    E --> H
    F --> H
    G --> H

在实际应用中，我们可以根据具体需求灵活调整和扩展这个工作流，以满足不同的业务场景。通过不断学习和实践，我们可以更好地掌握 Ansible 在容器和云管理中的应用，为企业的数字化转型提供有力支持。