GitOps: Cơ sở hạ tầng khai báo dưới dạng mã cho việc triển khai toàn cầu

Trong bối cảnh công nghệ phát triển nhanh chóng ngày nay, việc quản lý cơ sở hạ tầng một cách hiệu quả và đáng tin cậy là tối quan trọng. Khi các tổ chức mở rộng ra toàn cầu, sự phức tạp của việc quản lý cơ sở hạ tầng tăng lên theo cấp số nhân. GitOps nổi lên như một giải pháp mạnh mẽ, cung cấp một phương pháp quản lý cơ sở hạ tầng theo hướng khai báo và tự động hóa. Hướng dẫn này đi sâu vào các nguyên tắc cốt lõi của GitOps, lợi ích của nó, cách triển khai thực tế và tác động mang tính chuyển đổi của nó đối với việc triển khai phần mềm hiện đại.

GitOps là gì?

GitOps là một phương pháp khai báo để quản lý cơ sở hạ tầng và ứng dụng, sử dụng Git làm nguồn chân lý duy nhất cho trạng thái mong muốn của một hệ thống. Về cơ bản, bạn định nghĩa cơ sở hạ tầng và ứng dụng của mình dưới dạng mã, lưu trữ chúng trong một kho chứa Git và sử dụng tự động hóa để đảm bảo trạng thái thực tế của cơ sở hạ tầng khớp với trạng thái mong muốn được định nghĩa trong Git. "Trạng thái mong muốn" này mang tính khai báo, có nghĩa là nó chỉ định hệ thống trông như thế nào (*what*), chứ không phải làm thế nào (*how*) để đạt được nó.

Hãy hình dung như thế này: thay vì cấu hình máy chủ thủ công hoặc sử dụng các kịch bản mệnh lệnh để quản lý cơ sở hạ tầng, bạn định nghĩa cấu hình mong muốn trong Git. Một bộ điều khiển GitOps sau đó sẽ liên tục giám sát trạng thái thực tế của cơ sở hạ tầng của bạn và tự động đối chiếu bất kỳ sự khác biệt nào, đưa nó trở lại phù hợp với trạng thái mong muốn được định nghĩa trong Git.

Các nguyên tắc chính của GitOps

GitOps được xây dựng dựa trên bốn nguyên tắc cốt lõi:

Cấu hình khai báo: Cơ sở hạ tầng và ứng dụng được định nghĩa bằng các thông số kỹ thuật khai báo, thường là YAML hoặc JSON. Điều này có nghĩa là bạn mô tả trạng thái mong muốn của hệ thống, thay vì các bước để đạt được nó. Ví dụ, trong Kubernetes, bạn định nghĩa các deployments, services và các tài nguyên khác dưới dạng các tệp manifest YAML.
Kiểm soát phiên bản: Trạng thái mong muốn được lưu trữ trong một hệ thống kiểm soát phiên bản, thường là Git. Điều này cung cấp một dấu vết kiểm tra đầy đủ các thay đổi, cho phép quay lui dễ dàng và thúc đẩy sự hợp tác. Mọi thay đổi đối với cơ sở hạ tầng của bạn đều được theo dõi, xem xét và phê duyệt thông qua các quy trình làm việc chuẩn của Git.
Đối chiếu tự động: Một bộ điều khiển GitOps tự động đối chiếu trạng thái thực tế của hệ thống với trạng thái mong muốn được định nghĩa trong Git. Điều này đảm bảo rằng cơ sở hạ tầng của bạn luôn ở trạng thái mong muốn, ngay cả khi có sự cố hoặc thay đổi không mong muốn. Bộ điều khiển liên tục giám sát các khác biệt và tự động áp dụng các thay đổi cần thiết.
Đối chiếu liên tục: Quá trình đối chiếu diễn ra liên tục và tự động. Điều này có nghĩa là bộ điều khiển GitOps liên tục giám sát trạng thái của hệ thống và tự động áp dụng bất kỳ thay đổi cần thiết nào để duy trì trạng thái mong muốn. Vòng lặp phản hồi liên tục này đảm bảo rằng cơ sở hạ tầng của bạn luôn được cập nhật và nhất quán.

Lợi ích của GitOps

Việc áp dụng GitOps mang lại nhiều lợi ích cho các tổ chức thuộc mọi quy mô, đặc biệt là những tổ chức hoạt động trong bối cảnh toàn cầu:

Tăng độ tin cậy và ổn định: Bằng cách định nghĩa cơ sở hạ tầng dưới dạng mã và tự động hóa việc đối chiếu, GitOps giảm thiểu rủi ro do lỗi của con người và đảm bảo tính nhất quán trên các môi trường. Điều này dẫn đến cơ sở hạ tầng đáng tin cậy và ổn định hơn. Ví dụ, một máy chủ bị cấu hình sai có thể được bộ điều khiển GitOps tự động sửa chữa, ngăn chặn thời gian chết.
Chu kỳ triển khai nhanh hơn: Tự động hóa giúp tinh giản quy trình triển khai, cho phép chu kỳ phát hành nhanh hơn và thời gian đưa sản phẩm ra thị trường ngắn hơn. Các thay đổi đối với cơ sở hạ tầng có thể được triển khai tự động chỉ bằng cách cập nhật kho chứa Git. Hãy tưởng tượng một công ty thương mại điện tử toàn cầu triển khai các bản cập nhật cho cơ sở hạ tầng của họ đồng thời trên nhiều khu vực chỉ với một lần commit.
Cải thiện bảo mật: GitOps tăng cường bảo mật bằng cách tập trung hóa việc kiểm soát và cung cấp một dấu vết kiểm tra đầy đủ các thay đổi. Tất cả các thay đổi đều được theo dõi trong Git, giúp dễ dàng xác định và khắc phục các lỗ hổng bảo mật. Hơn nữa, quyền truy cập vào cơ sở hạ tầng được kiểm soát thông qua các cơ chế kiểm soát truy cập của Git.
Tăng cường hợp tác: GitOps thúc đẩy sự hợp tác bằng cách cung cấp một sự hiểu biết chung về trạng thái mong muốn của hệ thống. Các nhóm có thể hợp tác về các thay đổi cơ sở hạ tầng bằng cách sử dụng các quy trình làm việc chuẩn của Git, chẳng hạn như pull request và đánh giá mã. Điều này thúc đẩy giao tiếp và phối hợp tốt hơn giữa các nhóm, đặc biệt là trong các đội ngũ toàn cầu phân tán.
Đơn giản hóa việc quay lui (Rollbacks): Trong trường hợp xảy ra lỗi, GitOps giúp dễ dàng quay lại phiên bản trước của cơ sở hạ tầng của bạn. Chỉ cần hoàn tác các thay đổi trong Git, và bộ điều khiển GitOps sẽ tự động khôi phục cơ sở hạ tầng về trạng thái trước đó. Điều này giúp đơn giản hóa việc khôi phục sau thảm họa và giảm thiểu thời gian chết.
Tăng khả năng hiển thị và kiểm tra: Git cung cấp một dấu vết kiểm tra đầy đủ về tất cả các thay đổi đối với cơ sở hạ tầng của bạn, giúp dễ dàng theo dõi và kiểm tra các thay đổi. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các yêu cầu về tuân thủ và quy định.
Giảm chi phí vận hành: Tự động hóa làm giảm nhu cầu can thiệp thủ công, giải phóng các kỹ sư để tập trung vào các sáng kiến chiến lược hơn. Điều này dẫn đến giảm chi phí vận hành và tăng hiệu quả.
Cải thiện khả năng khôi phục sau thảm họa: GitOps giúp việc khôi phục sau thảm họa dễ dàng và nhanh chóng hơn. Vì toàn bộ cơ sở hạ tầng được định nghĩa dưới dạng mã và lưu trữ trong Git, nó có thể dễ dàng được tạo lại trong một môi trường mới trong trường hợp xảy ra thảm họa.

Triển khai GitOps: Hướng dẫn từng bước

Việc triển khai GitOps bao gồm một số bước chính:

1. Chọn một công cụ GitOps

Có một số công cụ GitOps xuất sắc, mỗi công cụ có điểm mạnh và điểm yếu riêng. Một số lựa chọn phổ biến bao gồm:

Flux CD: Một dự án đã tốt nghiệp của CNCF cung cấp khả năng phân phối liên tục cho Kubernetes. Flux CD được biết đến với sự đơn giản và dễ sử dụng.
Argo CD: Một dự án đã tốt nghiệp khác của CNCF cung cấp khả năng phân phối liên tục cho Kubernetes. Argo CD được biết đến với các tính năng nâng cao và khả năng mở rộng.
Jenkins X: Một nền tảng CI/CD cloud-native được xây dựng trên Kubernetes. Jenkins X cung cấp các khả năng GitOps như một phần của chức năng CI/CD rộng lớn hơn của nó.
Weaveworks Flux: Một nền tảng GitOps thương mại dựa trên dự án mã nguồn mở Flux. Weaveworks Flux cung cấp các tính năng bổ sung và hỗ trợ cho người dùng doanh nghiệp.

Khi chọn một công cụ GitOps, hãy xem xét các yếu tố như dễ sử dụng, khả năng mở rộng, bảo mật và tích hợp với cơ sở hạ tầng hiện có của bạn.

2. Định nghĩa cơ sở hạ tầng của bạn dưới dạng mã

Bước tiếp theo là định nghĩa cơ sở hạ tầng của bạn dưới dạng mã bằng cách sử dụng các thông số kỹ thuật khai báo. Điều này thường bao gồm việc tạo các tệp YAML hoặc JSON mô tả trạng thái mong muốn của các tài nguyên cơ sở hạ tầng của bạn, chẳng hạn như máy chủ, mạng, cơ sở dữ liệu và ứng dụng. Đối với Kubernetes, điều này có nghĩa là tạo các tệp manifest cho Deployments, Services, ConfigMaps và các tài nguyên khác.

Ví dụ, một tệp manifest Kubernetes Deployment có thể trông như thế này:


apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-application
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: my-application
template:
    metadata:
      labels:
        app: my-application
    spec:
      containers:
      - name: my-application
        image: my-application:latest
        ports:
        - containerPort: 8080

3. Lưu trữ mã của bạn trong một kho chứa Git

Sau khi bạn đã định nghĩa cơ sở hạ tầng của mình dưới dạng mã, hãy lưu trữ nó trong một kho chứa Git. Kho chứa này sẽ đóng vai trò là nguồn chân lý duy nhất cho trạng thái mong muốn của cơ sở hạ tầng của bạn. Sắp xếp kho chứa của bạn một cách hợp lý, sử dụng các thư mục và nhánh để quản lý các môi trường và cấu hình khác nhau. Sử dụng các công cụ như GitHub, GitLab hoặc Bitbucket để lưu trữ các kho chứa Git của bạn.

4. Cấu hình bộ điều khiển GitOps của bạn

Tiếp theo, cấu hình bộ điều khiển GitOps bạn đã chọn để giám sát kho chứa Git và đối chiếu bất kỳ sự khác biệt nào giữa trạng thái mong muốn và trạng thái thực tế của cơ sở hạ tầng của bạn. Điều này thường bao gồm việc cung cấp cho bộ điều khiển URL kho chứa Git, thông tin xác thực và các tùy chọn cấu hình. Cấu hình bộ điều khiển để tự động áp dụng các thay đổi cho cơ sở hạ tầng của bạn bất cứ khi nào kho chứa Git được cập nhật.

5. Triển khai các đường ống CI/CD

Để tận dụng tối đa GitOps, hãy tích hợp nó với các đường ống CI/CD hiện có của bạn. Điều này cho phép bạn tự động xây dựng, kiểm tra và triển khai các ứng dụng của mình bất cứ khi nào có thay đổi về mã. Đường ống CI/CD của bạn nên cập nhật kho chứa Git với các phiên bản và cấu hình ứng dụng mới, kích hoạt bộ điều khiển GitOps để triển khai các thay đổi cho cơ sở hạ tầng của bạn.

Ví dụ, một đường ống CI/CD có thể trông như thế này:

Các thay đổi về mã được commit vào Git.
Hệ thống CI (ví dụ: Jenkins, GitLab CI, CircleCI) xây dựng và kiểm tra ứng dụng.
Hệ thống CI tạo một Docker image mới và đẩy nó lên một registry container.
Hệ thống CI cập nhật tệp manifest Kubernetes Deployment trong kho chứa Git với thẻ image mới.
Bộ điều khiển GitOps phát hiện các thay đổi trong kho chứa Git và tự động triển khai phiên bản ứng dụng mới cho Kubernetes.

6. Giám sát và quan sát cơ sở hạ tầng của bạn

Khi GitOps được triển khai, điều quan trọng là phải giám sát và quan sát cơ sở hạ tầng của bạn để đảm bảo rằng nó đang hoạt động như mong đợi. Điều này bao gồm việc giám sát sức khỏe và hiệu suất của các ứng dụng và tài nguyên cơ sở hạ tầng của bạn, cũng như theo dõi các thay đổi được thực hiện bởi bộ điều khiển GitOps. Sử dụng các công cụ giám sát như Prometheus, Grafana và ELK Stack để có được cái nhìn sâu sắc về cơ sở hạ tầng của bạn.

GitOps cho các đội ngũ toàn cầu: Những lưu ý và thực tiễn tốt nhất

Khi triển khai GitOps cho các đội ngũ toàn cầu, cần lưu ý một số cân nhắc và thực tiễn tốt nhất:

Quy trình làm việc được tiêu chuẩn hóa: Đảm bảo rằng tất cả các nhóm tuân theo các quy trình làm việc Git được tiêu chuẩn hóa để thực hiện các thay đổi đối với cơ sở hạ tầng. Điều này thúc đẩy tính nhất quán và giảm nguy cơ lỗi. Sử dụng các chiến lược phân nhánh như Gitflow hoặc GitHub Flow.
Quyền sở hữu rõ ràng: Xác định quyền sở hữu rõ ràng đối với các phần khác nhau của cơ sở hạ tầng. Điều này giúp tránh xung đột và đảm bảo rằng có người chịu trách nhiệm duy trì từng phần của hệ thống. Sử dụng các tính năng sở hữu mã trong nhà cung cấp Git của bạn để thực thi quyền sở hữu.
Kiểm thử tự động: Triển khai kiểm thử tự động để phát hiện lỗi trước khi chúng được triển khai ra sản xuất. Điều này bao gồm unit test, integration test và end-to-end test.
Kiểm soát truy cập dựa trên vai trò (RBAC): Sử dụng RBAC để kiểm soát quyền truy cập vào các tài nguyên cơ sở hạ tầng. Điều này đảm bảo rằng chỉ những người dùng được ủy quyền mới có thể thực hiện các thay đổi đối với hệ thống. Đối với Kubernetes, hãy sử dụng Kubernetes RBAC để kiểm soát quyền truy cập vào các tài nguyên.
Quản lý bí mật (Secrets Management): Quản lý an toàn các thông tin nhạy cảm, chẳng hạn như mật khẩu và khóa API. Tránh lưu trữ bí mật trực tiếp trong Git. Sử dụng các công cụ quản lý bí mật như HashiCorp Vault hoặc Kubernetes Secrets.
Triển khai đa khu vực: Thiết kế cơ sở hạ tầng của bạn để được triển khai trên nhiều khu vực nhằm đảm bảo tính sẵn sàng cao và khôi phục sau thảm họa. Sử dụng GitOps để quản lý việc triển khai ở các khu vực khác nhau một cách nhất quán.
Hợp tác và giao tiếp: Thúc đẩy sự hợp tác và giao tiếp giữa các thành viên trong nhóm. Sử dụng các công cụ giao tiếp như Slack hoặc Microsoft Teams để tạo điều kiện giao tiếp. Thiết lập các cuộc họp thường xuyên để thảo luận về các thay đổi và vấn đề về cơ sở hạ tầng. Ghi lại tài liệu về cơ sở hạ tầng của bạn một cách kỹ lưỡng và làm cho nó có thể truy cập được cho tất cả các thành viên trong nhóm.
Nhận thức về múi giờ: Chú ý đến sự khác biệt về múi giờ khi phối hợp triển khai và khắc phục sự cố. Sử dụng các công cụ hỗ trợ chuyển đổi múi giờ.
Nhạy cảm về văn hóa: Nhạy cảm với sự khác biệt văn hóa khi làm việc với các đội ngũ toàn cầu. Sử dụng ngôn ngữ rõ ràng và súc tích, dễ hiểu. Tránh sử dụng tiếng lóng hoặc biệt ngữ.
Tài liệu bằng nhiều ngôn ngữ: Cân nhắc cung cấp tài liệu bằng nhiều ngôn ngữ để phục vụ cho nền tảng ngôn ngữ đa dạng của đội ngũ toàn cầu của bạn. Các công cụ dịch tự động có thể hỗ trợ việc này.

Các trường hợp sử dụng GitOps

GitOps có thể được áp dụng cho một loạt các trường hợp sử dụng, bao gồm:

Quản lý Kubernetes: Quản lý các cụm và ứng dụng Kubernetes. Đây là một trường hợp sử dụng rất phổ biến cho GitOps.
Cấp phát cơ sở hạ tầng đám mây: Cấp phát các tài nguyên đám mây, chẳng hạn như máy ảo, mạng và cơ sở dữ liệu.
Triển khai ứng dụng: Triển khai và quản lý các ứng dụng trên các môi trường khác nhau.
Quản lý cấu hình: Quản lý các tệp cấu hình cho các ứng dụng và cơ sở hạ tầng.
Thay đổi lược đồ cơ sở dữ liệu: Tự động hóa việc di chuyển và cập nhật lược đồ cơ sở dữ liệu.
Thực thi chính sách bảo mật: Thực thi các chính sách bảo mật trên toàn bộ cơ sở hạ tầng.

Ví dụ: Triển khai Microservices toàn cầu với GitOps

Hãy xem xét một công ty thương mại điện tử toàn cầu triển khai các ứng dụng của mình dưới dạng microservices trên Kubernetes. Công ty có các đội ngũ ở các khu vực khác nhau trên thế giới, mỗi đội chịu trách nhiệm về các microservices khác nhau. Sử dụng GitOps, công ty có thể quản lý việc triển khai các microservices này trên nhiều cụm Kubernetes ở các khu vực khác nhau. Mỗi nhóm định nghĩa trạng thái mong muốn của microservice của họ trong một kho chứa Git. Sau đó, một bộ điều khiển GitOps sẽ tự động triển khai microservice đó đến cụm Kubernetes thích hợp, đảm bảo rằng trạng thái thực tế khớp với trạng thái mong muốn. Điều này cho phép công ty triển khai các bản cập nhật cho microservices của mình một cách nhanh chóng và đáng tin cậy, bất kể vị trí của các nhóm hay các cụm Kubernetes.

Thách thức của GitOps

Mặc dù GitOps mang lại nhiều lợi ích, nó cũng đặt ra một số thách thức:

Độ phức tạp: Việc triển khai GitOps có thể phức tạp, đặc biệt đối với các tổ chức mới làm quen với Cơ sở hạ tầng dưới dạng mã và tự động hóa.
Đường cong học tập: Các nhóm có thể cần học các công cụ và công nghệ mới, chẳng hạn như bộ điều khiển GitOps, ngôn ngữ cấu hình khai báo và đường ống CI/CD.
Cân nhắc về bảo mật: Việc bảo mật kho chứa Git và bộ điều khiển GitOps là rất quan trọng để ngăn chặn truy cập và sửa đổi trái phép.
Quản lý trạng thái: Việc quản lý các ứng dụng có trạng thái, chẳng hạn như cơ sở dữ liệu, có thể là một thách thức với GitOps.
Giải quyết xung đột: Xung đột có thể phát sinh khi nhiều nhóm đang thực hiện các thay đổi đối với cùng một tài nguyên cơ sở hạ tầng.

Tuy nhiên, những thách thức này có thể được giảm thiểu bằng cách lập kế hoạch cẩn thận cho việc triển khai GitOps của bạn, cung cấp đào tạo đầy đủ cho các nhóm của bạn và sử dụng các công cụ và công nghệ phù hợp.

Tương lai của GitOps

GitOps đang nhanh chóng được áp dụng như là phương pháp ưu tiên để quản lý cơ sở hạ tầng và ứng dụng trong kỷ nguyên cloud-native. Khi các tổ chức tiếp tục áp dụng các công nghệ cloud-native, nhu cầu về các giải pháp GitOps sẽ tiếp tục tăng. Tương lai của GitOps có thể sẽ bao gồm:

Tăng cường tự động hóa: Tự động hóa nhiều hơn các tác vụ như cấp phát cơ sở hạ tầng, triển khai ứng dụng và thực thi chính sách bảo mật.
Cải thiện khả năng quan sát: Các công cụ và kỹ thuật tốt hơn để giám sát và quan sát cơ sở hạ tầng được quản lý bằng GitOps.
Tích hợp với AI/ML: Tích hợp các khả năng AI/ML để tự động phát hiện và khắc phục sự cố bất thường.
Hỗ trợ cho môi trường đa đám mây: Các giải pháp GitOps có thể quản lý cơ sở hạ tầng trên nhiều nhà cung cấp đám mây.
Hỗ trợ điện toán biên: Mở rộng các nguyên tắc GitOps để quản lý cơ sở hạ tầng ở vùng biên.

Kết luận

GitOps là một phương pháp mạnh mẽ để quản lý cơ sở hạ tầng, mang lại nhiều lợi ích cho các tổ chức thuộc mọi quy mô. Bằng cách định nghĩa cơ sở hạ tầng dưới dạng mã, lưu trữ nó trong Git và tự động hóa việc đối chiếu, GitOps cho phép chu kỳ triển khai nhanh hơn, cải thiện độ tin cậy, tăng cường bảo mật và giảm chi phí vận hành. Mặc dù việc triển khai GitOps có thể là một thách thức, nhưng lợi ích của nó vượt xa chi phí, đặc biệt đối với các đội ngũ toàn cầu quản lý cơ sở hạ tầng phức tạp trên nhiều môi trường. Bằng cách tuân theo các thực tiễn tốt nhất được nêu trong hướng dẫn này, bạn có thể triển khai thành công GitOps và thay đổi cách bạn quản lý cơ sở hạ tầng của mình.