DevOps 案例剖析 | 高效运维
主题简介本次分享主要分为两部分：· 第一部分引入运维工程师的能力理论定义；· 第二部分介绍DevOps的能力模型，其中引用了第一部分的定义。部分内容可能形而上学，所以带好枕头被褥，困了就眯一会儿，后面有点小精彩。引言运维工作是实践性的学科和工作，即便没有高深的理论也可以开展工作，继而从事这个工作的朋友不缺乏实际动手的能力。但从事物的发展规律性和普遍性来看，从实践出发的Ops恰恰缺乏必要的理论指导和思想探究。本文是我对运维工作的理论、思考和定义的总结，同时给出DevOps相关概念的定义，明确其工作范畴，能力要求，产出标准以及演进建议。一家之言尚未完善，抛砖引玉，欢迎讨论。从一次面试开始问题1问：如何通过Python或者Shell给Nginx添加/删除一个虚拟站点？
答：通过Python或者Shell在nginx.conf里添加server区块，然后如何如何……问题2问：如何使用Python将文本日志结构化
答：通过python的os.system调用awk。（哭，韩国的整容术用到运维上了，给awk整成python……）这是最近真实的面试案例。上述两个问题的回答，让我很不开心：· 问题1的回答，说明面试者不具备运维的工程能力，更不具备架构能力；· 问题2的回答，说明面试者不具备程序的架构能力，甚至对语言理解和标准库的学习都不到位。从案例里我总结了两个核心的定义：工程能力和架构能力。下面先给出这两个定义。工程能力当然是运维工！程！师所必需具备的。我对工程能力的定义是：1. 分解问题的能力；2. 定义执行序列的能力；3. 制定可重入操作行为的能力。架构能力，本人解释为：· 懂“不该”懂的；· 想“不该”想的；· 做“不该”做的。比如程序猿懂了业务，想了部署，做了高可用的规划应该算得上架构狮了。1. 分解问题的能力针对问题1的分解逻辑如下：1. nginx是如何管理虚拟站点的，是否具有模块化能力？2. 在具有模块能力的情况下，如何实现虚拟站点模块的添加？3. 如何定义规则来命名虚拟站点，以保证可重入，在规则不变的情况不会再重复添加（还要支持upstream等等）？4. python要实现什么样的功能，shell要完成什么样的工作？5. 添加完成后，如何验证其生效？6. 删除的行为是否要彻底删除配置文件，抑或者留一个副本？2. 定义执行序列的能力有些操作是高危操作或者是不可逆的，比如修改sudoers文件。在基于sudo管理的系统下，如果一旦sudoers被改坏是灾难性的。因此定义执行序列是：1. 在 Terminal下开一个窗口切换到root下；2. 在另外的窗口下进行对sudoers/sudoers.d的修改或者添加；3. 一旦试验过程中sudoers被改坏，可以用root账户直接改回来；4. 以上流程虽然简单，但是这跟飞机起飞前拔掉起落架的闩是一样致命的。3. 制定可重入操作的能力系统的管理和系统的状态的获取是两个不同方向的工作：管理是把指令传递给系统，修改系统的状态和信息；查看系统的状态是从系统获取信息。这两个不同向的操作行为就导致了状态和信息同步的问题。解决这个问题的方法有很多，但是稳定可靠，兼容性好的方法不多，我的方法是保证操作的可重入性。即在同等的条件下，对于系统发出的指令，执行n+1次（n>0）的效果是相同的。这样，即便我可能知道系统状态和信息是不一致的，但是由于操作行为是可重入的，我可以最终把状态和信息一致化。以上展开了工程能力的解释。由于架构能力涉及面广，交叉学科众多，此处暂不作展开说明。DevOps的能力模型
我们先介绍相关能力模型：操作系统能力模型和应用系统能力模型，然后再由此引出DevOps能力模型。操作系统能力模型除操作系统核心提供的基本功能外，还给我们提供了以下功能（以Linux为例）：1. 访问控制，实现基于角色的最小粒度访问控制，此为系统管理的基础，能力模型的关键之一；2. 权利托管，基于角色和命令的可配置授权机制，提供了可控的，可定制的提权的方案；3. 导入式的可插拔配置能力（通过类include指令), 比如 /etc/security/limits.d，/etc/sudoers.d， 此为自动化重要设施；4. 包管理能力，包括二进制和源码包的依赖管理等；5. shell编程的支持。应用系统能力模型除操作系统能力模型提供的功能之外，还给我们提供了以下功能：1. 导入式配置能力，如nginx的 /etc/nginx/sites-available/；2. 系统状态侦测能力，如php-fpm的ping/pong；3. 热装载能力，例如很多服务的reload功能；4. 高可用性以及故障恢复能力，例如MySQL的高可用配置，以及其binlog的恢复能力；
5，其他必要特性，视不同的业务系统而定。DevOps能力模型由此，我们给出DevOps能力模型的定义：1. 了解其所管理的操作系统的能力模型（Linux，Windows），掌握系统编程语言（Shell）并能利用其能力用于DevOps工作；2. 了解其管理的应用系统的能力模型（Mysql， Nginx等），掌握系统编程语言（Shell）并能利用其能力用于DevOps工作；3. 具备前文提到的工程能力，掌握系统编程语言（Shell）和通用语言（Python/Ruby等），并能利用其编程能力将工程能力提到三种能力程序化，并进一步实现自动化；4. 了解工作场景和业务场景，以及业务的关键指标，使DevOps工作有的放矢，贴近业务。评估DevOps是否合格的标准：1. 具备DevOps能力模型提到的各项要求；2. 其产出的代码脚本能够适应普遍需求，并且该代码脚本符合前文的可重入要求，即执行n和n+1次的效果相同；3. 其产出的代码脚本能够供其他代码脚本使用，此条尤为重要。DevOps的级别：符合DevOps能力模型1：为初级DevOps，可以使用shell做DevOps的一般性系统级别的工作，在一些第三方工具（Ansible/Fabric)的帮助下管理大量服务器；符合DevOps能力模型2：为中级DevOps，可以使用shell做DevOps的应用系统的部署和优化工作，并能通过其产出的脚本大批量管理应用系统符合DevOps能力模型3：为高级DevOps，可以使用shell和通用语言进行广泛的DevOps的工作，可以完成完整的业务流程的定义和开发，能够熟练抽象并编写供其他DevOps使用的接口。符合DevOps能力模型4：为架构师级别的DevOps，根据业务需求，规划系统部署架构；根据业务指标要求优化部署结构和性能，保证高可用等；定义脚本代码接口，制定开发规范和操作规范。理论的东西说完了，下面是探讨下Dev和Ops的现状，Ops的演进，Dev的演进以及三项补充内容。Dev和Ops的现状
Dev和Ops是实践性的工作，因此即便不是一名DevOps，或许你也在做着Dev或者Ops的工作。只是这不是真正的DevOps。让我们看两个场景：1. Dev的风格是力求用Python/Ruby这类通用编程语言整合一堆的API，实现一套大系统，搞定一切Ops的工作；他们每天的工作就是在找Libs和看各种API的文档，满脑子设计思想。这种思维是Dev思维；2. Ops的风格是力求从命令行的角度，甚至脚本都不用，一行一行的把命令敲下去完成工作；或者快速的写一个一次性脚本搞定；他们还喜欢自己编译各种系统，满世界下源码包，喜欢自己搞几个参数优化一下；他们只关心当下的结果，不关心以后的重复利用和持续集成。这是我以前的工作中遇到的真实情况。现在情况变了，自从Dev和Ops弄在一起变成DevOps后，又出现了几个自动化工具，搞的现在Dev不好好写代码了，Ops也不好好的写命令行，都去学习自动化工具去了。这不是DevOps的王道。这是错误的。即便把所有的自动化工具，不管是Ansible还是Puppet或者其他学的再熟，也只是学会了一个工具而已，很可能DevOps没当成，却变成工具的奴隶。DevOps是先有思想，而后有工具。现在崇尚工具的思路是非常可怕的，很多初学者误以为学会了这些自动化工具就可以把运维做好，而忽视基本功的学习，空学工具，只重其招，不重其义。下面分享下两者的演进。Ops的演进案例1：以在RedHat上安装Nginx为例子，网上很多文章的步骤大概如下：· PCRE库的安装：wget, tar, configure, make,make install· OpenSSL库的安装，wget, tar, configure, make,make install· nginx安装，wget, tar, configure, make,make install这种做法早些年是非常流行的，而且很多人对于在configure后面带的那些参数很是自得，屡试不爽。时至今日这种方法仍然在很多初学者那里非常流行，而这种做法就是严重的反DevOps的做法。案例2：以给Nginx增加一个虚拟站点www. 为例，很多初学者一上来就打开nginx.conf开始改，这同样是严重反DevOps的。这可能是因为一来nginx官方文档是这么改的，二来很多文章也是这么转载，或者原创这么写的。案例3：再以网络性能优化的为例，很多Ops同学直接冲到/etc/sysctl.conf这里面疯狂的修改一通，添加了各种参数。这仍然是反DevOps的。一来过不久以后也不知道哪些是自己改的，哪些的默认的，二来如果想用脚本批量更新也是大问题。针对上面提到的，我认为DevOps应该是这么做的：对于案例1：首先根据自己的系统设置好nginx的源，而设置源的方法也不是直接冲到/etc/yum.conf,而是建立一个/etc/yum.repos.d/nginx.repo文件，用于保存nginx的源信息。然后然后通过yum install nginx 安装。（如果一定非得必须特定版本，稍后讨论)。对于案例2：给Nginx添加一个虚拟站点。RPM包的结构如下http://www.ITILchina.cn/a/30.files/image001.png尽管这个结构不是很令人满意，但是仍然可以将就。至少我们可以看出Redhat的潜在建议是让我们把新的站点放在conf.d下面，我建议的命名是www. .conf。那么问题来了，如果我要暂时关闭这个站点怎么办呢？在这个结构下，我们只要把www. .conf从conf.d里移出来再reload一下就可以了……对，是移出来，不是删除。因为我们后面可能还要用。此时www. .conf放在nginx目录下，显得有点格格不入，那么我们干脆建一个文件夹叫disabled-sites，把www. .conf放在disabled-sites下面得了，以后要是再启用该站点，就直接符号连接到conf.d下面。再演进一步我们就有了如下的结构：http://www.ITILchina.cn/a/30.files/image002.png把站点放在sites-*里。available里放置所有站点的配置文件，通过符号连接到enabled目录下启用。如果要临时关闭站点，可以删除enabled下的符号连接。这个结构就非常适合DevOps用脚本进行管理。对于案例3：关于sysctl的修改，DevOps方法是在/etc/sysctl.d下面，按照命名规则添加一个文件，把需要添加的参数放到新文件即可。这样一来可以方便查看自己修改了哪些，便于确认，二来可以持续集成，通过文件的形式保留自己思考的路径。通过上面3个事例的演进，我们已经清晰的感觉到，上面三个步骤现在可以马上用脚本自动化起来。但是演进之前确实很难办到。如果没有Ops的演进，再牛X的Dev他也无法完成自动批量管理以上的业务需求。Dev的演进我作为Dev的时间要比作为Ops的时间长很多。8年前从Windows转到Unix-like下，我们看下两个不同系统下，Dev的思路的差别。写过Windows程序的人都有一个非常坚定的信念就是API，Windows系统下事无巨细都会有对应的API，尤为著名的是注册表的API，还有一个典型的是服务API(Windows Services)。你要改个啥配置，要创建一个Service都必须得用API来完成。复杂点的比如写一个端口扫描的要用到socket和多线程的API等等。这个端口扫描说来业务逻辑本身很简单，倒是程序逻辑搞的复杂的不得了。而Unix-like的系统，沿袭着Unix的哲学其Dev的思路又是另外一套。修改配置，直接冲到文件里改，创建一个daemon/service直接写个shell脚本放到系统即可，完全不必要API。所有的一切无论是在Dev还是Ops面前都是一目了然。前面提到的端口扫描更是直接用python/ruby/shell 直接调用nmap搞定，效率高，功能强大，稳定性和兼容性都不错。我认为这是Dev要借鉴的，也是思想上最大的差别。统统用API做出来的东西，一是容易让Ops一头雾水，搞不清楚，很难参与，二是有些功能实现起来要达到足够的性能，强大，稳定以及良好的兼容性是非常困难的。nmap第一版本是1997.9发布的，历经18个年头，这样的工具我们一朝一夕是难以实现的。关于Dev转DevOps的建议鉴于以上的讨论，我给Dev即将转到DevOps的同学们的建议是：1. 试做一个有经验的Ops，放下编程语言，从命令行开始，从Shell开始；2. 理解操作系统的哲学，Unix-like下管道连接一切命令，文件代表一切配置；3. 理解Ops的核心指标，比如高可用，兼容稳定，可重入，故障容灾；4. 在坚持Ops-style的前提下，通过程序设计思想将DevOps的代码脚本的产出层次化，模块化，使之达到高复用；Dev和Ops的另外一个区别是，以往Dev注重的是具体功能开发，而Ops天生要关注的是系统的整体管理。功能开发注重逻辑的正确，1＋1=2；但是Ops要求业务和结果导向，有时1+1可能是无穷大，比如磁盘满了。补充1：编程语言和Shell在DevOps的关系从自动化部署工具来看他们的关系，Python/Ruby通过业务逻辑把产生出相关文件和Shell语句通过下面两种方式执行：1. 基于ssh；2. 基于Agent（姑且认为是RPC的一种方式）。因此Python/Ruby作用是：编排和启动Shell语句的作用；具体实现功能，则仍是Shell语句。根据这种关系，我们不难发现以上两种方式存在现实的局限性：1. 众多命令执行情况下，ssh效率不高；2. Agent效率虽然高，但是开发和调试成本很高，另外Agent对于Ops是透明、不可控的，一线Ops在Agent出了问题后，很难介入调试。我的建议是在shell做文章，即基于shell脚本的机制完成远端业务逻辑的工作，通过ssh或者agent调用脚本执行功能，这样提高了效率又便于Ops参与脚本的编写和调试。结论：DevOps的落点是Ops，Python/Ruby的落点是shell和commands。Python/Ruby的优势是业务逻辑，文件处理等，莫用Python/Ruby去实现shell和commands擅长的。补充2：编程语言在DevOps的意义Python/Ruby体现的重要性是程序设计的思想，shell和commands的重要性在于，系统最终由他们改变。以前是Ops玩shell和commands，现在是DevOps通过Python/Ruby玩shell和commands，所以本质还是shell和commands。就像互联网和传统行业一样，有互联网传统行业转的更好，但是没有互联网传统行业一样转；而如果没有传统行业，估计饭都吃不上，互联网也就不存在了。补充3：操作系统能力模型根据前面的结论，我认为DevOps的核心竞争是在Shell和Commands的竞争。而操作系统能力的提升也将是Shell和commands的提升。试想如果没有yum/apt，没有sed，没有iptables，没有virsh这样的指令，我们是否寸步难行？答案当然是肯定的。有人说，可以通过c/python/ruby实现，反正都有api，这是错误的轮子思路。我可以肯定的说，我们几乎没有能力超越先贤们历经数十年累积的成果。即便可以我们做出来类似的东西，也很难超越这些既有的工具，这些工具优秀之处除了智慧，还有时间以及实践的检验。但是有一件事我们是可以做的，就是把操作系统业务能力提升起来。我认为的操作系统能力模型里，唯缺此一项。我们不需要再写一个iptables，sed，yum/apt，我们可以包装他们，通过命令的组合和逻辑的判断，衍生出专用的业务能力。RedHat下有不少好的例子，比如service iptables save的功能。此功能的意义如下：1. 提供了统一的调用方式，并且封装业务逻辑，便于其他脚本使用；2. 统一的文件存放位置，便于自动加载，管理和备份；3. 同时提供了restore的命令。这就是一种操作系统的能力。这种能力在Linux的一些分支上是没有的，我们就必须自己编写脚本实现此功能。但是写来写去，写得最好也就是跟RedHat大同小异，但是却花了我们的宝贵的时间。试想在拥有这种能力的RedHat上面，DevOps开发一个批量保存iptables的功能是否更容易呢？（王晓伟原创）
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