GitOps入门与实践：如何集成Git和K8S？

也许你之前听说过GitOps，但是对其并不了解。在本文中，我将对其进行简单介绍，它其实是一个应用程序开发和管理中的一个术语，其核心思想是将应用系统的声明性基础架构和应用程序存放在Git的版本控制库中。我们将介绍GitOps是什么，它将如何影响组织以及如何与Kubernetes保持同步。

什么是GitOps

GitOps是一种实现持续交付的模型，利用Git开发工具对云原生应用程序进行操作和管理。当将应用程序部署到Kubernetes时，Git应该是唯一的事实来源。当开发人员更改应用程序时，Git将自动把它们push到Kubernetes进行部署。而且，如果Kubernetes内的运行状态发生变化但与Git内的状态不一致，则它们会从Git内恢复到已知状态。

GitOps与CI/CD：它们之间有什么联系？

GitOps和CI/CD是十分重要的工作伙伴。CI/CD可以让开发人员持续迭代、开发和部署应用程序。而迭代通常通过一个Git配置仓库进行（尽管也会有其他配置仓库）。在部署/交付阶段，构建的基于容器的应用程序被“push”到Kubernetes进行部署。GitOps会通过Kubernetes使用“pull”的方法来增强CI/CD模型，从而将运维层面带入部署/交付中。

但是，如果有人更改了Kubernetes集群中运行的某些内容，会发生什么？我们将使用Git作为声明性部署工具的主要事实来源，并利用其他工具在出现差异时向我们发出警报。此外，通过利用可以识别运行状态和声明状态之间差异的工具，Kubernetes可以修复为已知/声明的运行状态。

注意：持续集成和持续开发是互补但独立的过程。在理想状态下，GitOps会将批处理规模拆分为单件流程，每次只处理一个单元。但是，由于CI和CD流程发生在不同的组中，因此组织之间的流程可能会有所不同。

GitOps和应用程序生命周期

让我们从应用程序生命周期的视角来看一下GitOps的作用。在典型的生命周期中，应用程序会经历多个状态，包括：

• 代码

• 构建

• 创建镜像

• 测试

• 发布

而使用GitOps，这些状态将会扩展为：

• 部署

• 在Git仓库中监控更改

• 日志更改和事件

• 发生更改时发出警报，并于现有的监控/告警系统集成

• 更新

在GitOps操作模型下，当应用程序发布时，Kubernetes需要确保其按预期运行。同时，Kubernetes通过确保其稳定性和可用性来管理应用程序的运维工作。如果一个开发人员通过Git更改了该应用程序，Kubernetes将会接受声明并根据需要应用它。

GitOps带来了什么？

• GitOps为应用程序提供一个操作模型，它可以确保Git提供一个框架来统一应用程序的运行、操作和持续开发。

• 作为CI/CD流水线的一部分，GitOps为应用程序构建/交付与运行它的位置之间提供了粘合剂。

• 在Kubernetes平台中，Git为应用程序的开发和运维提供了唯一的事实来源。

• 应用程序交付和平台管理都是声明式的，同时还能通过Git进行版本控制

• Git可以控制回滚、升级以及更改

• 开发人员不需要知道如何操作运维平台（如Kubernetes），无需了解复杂的部署交付流程，仅需使用熟悉的工具发布新功能即可。极大提升开发者体验。

• Git控制并修证差异或“漂移”

• GitOps利用审核、监控以及回滚功能来增加应用程序发布的可靠性和稳定性

最后，尽管在GitOps模式下还有很多工作要做，但是GitOps、DevOps以及现有CI/CD模式之间存在十分明显的协同作用。GitOps提供了一种用于将应用程序交付到Kubernetes平台的模型，该模型确保了Git是唯一的事实来源并且充分利用Kubernetes平台上的功能。但值得注意的是，GitOps不能替代工具。恰恰相反，GitOps通过声明性的流程和工具来强化流程、提高其成熟度并帮助团队交付应用程序。

GitOps实践：FluxCD Demo

FluxCD（或Flux）是一个很棒的工具，它可以将Git和Kubernetes集成起来。Flux本质上是一个Kubernetes Operator，这意味着，你作为一个管理员可以将其安装到Kubernetes 以管理Git和原生Kubernetes之间的集成。

在Kubernetes中，Operator是Kubernetes原生平台的扩展，是一种自定义资源的模式，该自定义资源主要用于管理应用程序及其组件。这意味着，在Kubernetes内部Operator的帮助下，所需状态（如运行状态）将不断检查和调整以符合Git仓库声明的内容。Flux可以集成到你现有的CI/CD工具集中，以进行其他工作流程、权限批准和审核。在Kubernetes中，Flux会监控你通过配置声明的Git仓库是否发生更改，并且如果 Kubernetes Pod上在本地发生了不应发生的更改，Flux将会把Kubernetes更新到所需的运行状态。请记住，Git是事实来源。Flux Operator会检测到这一点，并将正在运行的配置更改回声明的状态。

以下demo，我将会展示如何安装和实现Flux。

前期准备

你将需要：

• 一个Docker Hub镜像仓库，你可以将Flaskapp docker镜像上传到此处

• 一个Git Repo并连接它，然后你可以在整个演示过程中根据需要用你的设置替换“< >”中的任何内容

具体步骤

• 安装Kubernetes

• 安装并配置fluxctl，Flux部署的原生安装程序

• 配置Flux以连接到Git Repo

• 在Git Repo中升级deployment manifest

• 升级容器镜像并同步

• 配置漂移（drift）并同步

你可以使用以下配置进行测试或演示。它包括Flask应用程序的Docker file以及Kubernetes deployment/配置文件。在演示中，你会需要它们，此外你还可以将它们上传到你指定的Git仓库中。

Docker File

FROM python:3

    RUN pip install flask

    RUN mkdir -p /corp/app
    WORKDIR /corp/app
    COPY main.py .
    ENV FLASK_APP=/corp/app/main.py

    ENV APP_NAME=MyApp.DevOps
    ENV APP_VERSION=v1.0.0

    CMD ["flask", "run", "--host=127.0.0.1"]

main.py Python 脚本文件

import os
from flask import Flask
app = Flask(__name__)

@app.route('/')
def index():
    appname = os.environ['APP_NAME']
    appversion = os.environ['APP_VERSION']

    response = "%s - %s.%s\n" %('Hello World', appname, appversion)
    return response

Kubernetes Deployment文件

apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: my-demo
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: fluxdemo
  namespace: my-demo
  annotations:
    flux.weave.works/tag.flask: glob:develop-v*
    flux.weave.works/automated: 'true'
  labels:
    role: fluxdemo
    env: demo
    app: flux
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      role: fluxdemo
  template:
    metadata:
      labels:
        role: fluxdemo
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.16-perl
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - name: http
          containerPort: 80
        volumeMounts:
        - name: nginx-proxy-config
          mountPath: /etc/nginx/conf.d/default.conf
          subPath: nginx.conf
      - name: flask
        image: docker.io/<your docker repo>/flaskapp:develop-v1.8.0
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - name: http
          containerPort: 5000
        env:
        - name: APP_NAME
          value: myfluxdemo.K8s.GitOps
        - name: APP_VERSION
          value: v1.0.5
      volumes:
      - name: nginx-proxy-config
        configMap:
          name: nginx-conf
---
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: nginx-conf
  namespace: my-demo
data:
  nginx.conf: |-
    #CODE1.0:
    #add the nginx.conf configuration - this will be referenced within the deployment.yaml
    server {
        listen 80;
        server_name localhost;

        location / {
            proxy_pass http://localhost:5000/;
            proxy_set_header Host "localhost";
        }
    }

安装Flux

• 安装Fluxctl

https://docs.fluxcd.io/en/1.18.0/references/fluxctl.html

• 安装Fluxcd

https://docs.fluxcd.io/en/1.18.0/tutorials/get-started.html

为Repo配置Flux

创建一个命名空间

kubectl create ns <namespace>
export FLUX_FORWARD_NAMESPACE= <namespace>
fluxctl list-workloads

安装Fluxcd以建立与你的Git Repo的连接

export GHUSER=""
export REPO="gitops-demo"
export NS="flux"
fluxctl install \
--git-user=${GHUSER} \
--git-email=${GHUSER}@users.noreply.github.com \
--git-url=git@github.com:
Image download failed.
{REPO} \
--namespace=${NS} | kubectl apply -f -

创建SSH密钥以添加到Github仓库

在你的terminal中输入以下命令，以获取下一步所需的密钥：

fluxctl identity

打开Github，导航到安装Fluxcd时添加的仓库，转到设置-部署密钥，单击【添加部署密钥】，为其指定title，选中【允许write access】，粘贴公共密钥，然后单击【添加密钥】。

在Git Repo中升级Deployment Manifest

打开你的Git Repo，里面应该有deployment.yaml文件，向下滑动直到如下所示部分，然后更改APP_VERSION号码

 env:
    - name: APP_NAME
      value: myfluxdemo.K8s.GitOps
    - name: APP_VERSION
      value: v1.0.5

保存并Commit更改到你的Repo。

Flux将在5分钟之内升级你的deployment

要从localhost进行测试，请在Kubernetes中使用“Port-forward”命令：

kubectl get pods -n  copy the pod name kubectl port-forward  8080:80 -n

打开其他terminal：

curl -s -i http://localhost:8080

升级容器镜像并同步

现在让我们对Docker镜像进行修改并将其上传到我们的Docker Hub镜像仓库中。为此，我们将修改flaskapp目录中的main.py文件。

升级main.py文件。将Hello World更改为其他内容

response = "%s - %s.%s\n" %('Flux World', appname, appversion)

创建一个新的Docker文件并上传到Docker（以及另一个增量版本号）。

等待5分钟，Flux将会自动部署新镜像

配置漂移并同步

现在，我们来测试一下手动更改正在运行的配置会发生什么。

kubectl scale deployment/fluxdemo --replicas=4 -n

现在，我们花几分钟来看看pod并观察发生了什么。我们将会在短时间内（5分钟以内）看到其他的pod，此外我们还将看到许多pod终止。因此，Flux已使配置恢复到当前在Git中保留的已声明的部署状态。

kubectl get po -n  --watch

重新运行相同的命令，并且你会看到目前仅有一个正在运行的pod。

别忘了清理和移除deployment和Git连接（如果你想移除它）。否则，你需要开始添加更多的仓库并继续进行构建。

总 结

本文中我们简单介绍了GitOps概念、它与CI/CD的关系以及它对应用程序的生命周期的改变。最后我们还demo了GitOps中的一个小工具Flux，它可以帮助把Kubernetes和Git集成起来，从而优化CI/CD流程。

本文仅仅是一个GitOps的引子，希望你可以通过它更好地入门GitOps，进而提升你的开发部署体验。