Puppet，Chef，Ansible的共性

02 Jan 2016

本文试图找到类似Puppet、Chef、Ansible这样自动化配置管理工具的共性，以不至于迷失在杂乱的尘世中。总会有各种人为各种目的造概念，来让世界更复杂。

本文同样适用于没有运维经验的人。因为我就是一个没有运维经验的人。欢迎斧正。

与这仨之间的历史

本人接触自动化运维的时间比较晚，也就一年前才知道Puppet及自动化运维（只限于知道），而Chef、Ansible就更晚了。然而在学习它们之前，我对运维要做哪些事情并没有概念。这就对我学习Puppet，Chef和Ansible造成的障碍。因为不知道这三个工具在运维领域的位置，解决运维过程中的哪些问题。我对这三个工具的最初印象就是有了它们，不用我手工的SSH上服务器，然后一条条命令去执行安装软件，不用SCP war包上服务器等，对服务器的操作都可以自动化了。

这个最初印象也就是我跟它们的历史。为什么要说这些呢？就是因为这个最初印象，让我觉得它们是有共性。所谓共性就是存在一些共通的概念或原理之类的东西，掌握这些“东西”，我就可以站在一个更高的高度去思考。Puppet, Chef, Ansible都是工具，对于工具来说，共性指的是它们共同要解决的问题。

但是当我翻了不少文章后依然没有结果。所以，我决定自己去找它们的共性，并记录下来。

自制一个自动化运维工具

但是要从多个相似的东西中找到共性，似乎需要同时很熟悉它们。但是我没有那么多时间。所以，我选择了另一种方法：在大脑中预想自己去实现一套自动化运维工具。但问题是，我都不知道“自动化运维工具要实现哪些功能。

那我就先把目标降低一些，把问题简化一下：将我最初的“印象”实现自动化了。我能想到的就是写一个bash脚本：

ssh ....
apt-get install -y java
apt-get -y nginx
scp ..

好，现在将问题难度加大：对多台服务器进行同样的操作。我能到想就是将所有的服务器的IP放在一个数组里，然后用for循环执行。问题来了，如果我对服务器已经执行了一次命令时可能会失败，我再想执行第二次怎么办呢？这时，我们可以在bash脚本里加上if语句，如果安装了java就不安装第二次了。

显然现实中还会有很多问题，如：

反向配置问题，这时，我们应该另写一个bash脚本来解决这个反向的问题？如果采用这种方案，我们bash脚本数量上升到一定程度，如何管理这些脚本及它们之间的关系，这个方案带来的新的复杂性将会成为我们的新问题；
服务器上操作系统的兼容性问题：不同的操作系统，我们的bash命令会不同；
软件的版本升级或降级问题等等。

面对这些问题，我们是可以每次都用bash解决，但是这样始终不是个办法。因为，bash对于建立一个自动化运维工具过于底层。说到这句话，你应该很容易就想到设计一种DSL。到这个点，我觉得我们的方向已经明朗。Puppet, Chef和Ansible都分别采用不同的DSL。而这种DSL是需要编译成服务器可执行的东西的。什么东西是可执行的？目前，我们假设这个东西是bash脚本。

但是这个DSL是放在哪里编译呢？放在受控机器端，还是主控机器上？所以，我认为所有的自动化运维工具都会遇到这个问题。什么是受控机器与主控机器？你就理解成一台机器只发命令，另一台机器只执行命令。

我们刚刚谈的是设计DSL。但是，要设计一个完整的自动化运维工具，我们最先应该考虑是主控机器如何与受控机器通信。这个问题让我很长时间感到很无力，因为无从下手。后来醒悟，原来你不能单独考虑这个问题，通信方式还与你设计的DSL及编译DSL的方式有关。同时，受控机器的执行结果这个问题，也影响着我们设计DSL。

上面我们似乎忘记了一个事实：自动化运维工具应对的往往不是一台机器，而是很多台机器。当面对多台机器时，就会产生一个新的问题：如何组织它们？因为不同的机器的职责不同，所对应的配置也就不同。

我想我们已经知道自动化运维工具都要解决的问题了：

如何与受控机器通信
如何组织成百上千台机器
DSL的设计与编译
如何得到执行结果

我不确定我们的思路与Puppet，Chef和Ansible的作者一样。也不一定完全正确。但是至少，我们大概知道自动化运维工具要解决哪些问题了。而它们是不是自动化运维工具的共性？我不确定。

但是没有关系，我们假设它们就是所有配置管理工具都要解决的问题，它们的共性，接下来我们来看看它们分别是怎么解决这些问题的。

这仨的背景

在进入学习之前，我们先看看它们的背景，然后详细了解它们是如何解决问题的。

puppet-chef-ansible

Puppet

如何与受控机器通信

Puppet的主控机器(Server)称为Puppet master，受控机器(client)称为Puppet agent。它们使用HTTPS进行通信。在安装puppet之前，需要分别在主控机器和受控上设置的hostname。

因为是C/S架构的，意味着你需要在主控机器上安装Puppet master，（安装的过程或翻阅其它教程的时候，请注意教程所使用的Puppet的版本，Puppet版本之间是有差异的）我们以Ubuntu为例：

sudo apt-get install -y puppetmaster

在受控机器上安装Puppet agent:

sudo apt-get install -y puppet

安装完成后，受控机器需要设置在/etc/puppet/puppet.conf文件的[main]节点下加入server=<master’s hostname>，同时运行sudo puppet agent —test向主控机器申请认证。主控机器执行sudo puppet cert sign <agent’s hostname>认证。

在生产环境并不一定采取这样的手工认证。

DSL的设计与编译1

Puppet的DSL称为Manifest ，以.pp为文件扩展名。像其它编程语言一样，它也有一个程序的入口，它默认放在：/etc/puppet/manifests/site.pp ：

  #vim /etc/puppet/manifests/site.pp   

 node 'mysqlserver.example.com' {

        $mysql_password = 123456
        package {
               ['mysql-common', 'mysql-client', 'mysql-server']:
                 ensure => present
         }

         service {
           'mysql':
             enable => true,
             ensure => running,
             require => Package['mysql-server']
         }

         exec {
           'set-root-password':
             path   => "/usr/bin:/usr/sbin:/bin",
             subscribe => [Package['mysql-common'], Package['mysql-client'], Package['mysql-server']],
             refreshonly => true,
             unless => "mysqladmin -uroot -p$mysql_password status",
             command => "mysqladmin -uroot password $mysql_password",
         }


         file {
           '/etc/mysql/my.cnf':
             content => template('my.cnf.erb'),
             require => Package['mysql-server'],
             notify => Service['mysql']
         }
    }

Manifest的基本格式：

node NODENAME{
        RESOURCE { NAME:
            ATTRIBUTE => VALUE,
            ...
        }     

    }

Nodename实际上就是节点的hostname。这里有个提问：为什么不直接使用IP呢？Resource代表的是资源，也就是Puppet将节点内所有的东西都当作资源。具体细节，我们稍后会讲到。

如何组织成百上千台机器

如果我要控制1000台机器是不是意味着我要在site.pp中写1000个节点 node NODENAME{…}呢？答案是肯定的。

DSL的设计与编译2

我们注意到node节点中所包含的所有内容，本质上都是在描述这个node的状态，如：

service { 'mysql': 
     enable => true,
     ensure => running       
}

指的是service mysql这个Resource的状态是可用的且正在运行的。Puppet中内建了不少Resource供给我们使用，如：file，exec, package等。但是当Puppet内建的Resource不够用了呢？所以，它应该支持resource的扩展。以此类推，所有的自动化运维工具都应该支持此类扩展。

同时，Puppet提供了模板机制。Puppet的模板模式使用的是Ruby的ERB。你将.erb的文件放在/etc/puppet/templates后，就可以在puppet的代码中使用template('my.cnf.erb’)：

     #vim /etc/puppet/templates/my.cnf.erb
    [mysql]
    ...
    ...

既然有模板，怎么少得了变量？变量的定义：$VAR_NAME = VALUE。有变量的地方，一定会引用作用域概念，不论它是静态作用域还是全局作用域。可以告诉你Puppet是静态作用域。猜猜Puppet的变量的作用域分几级？实际上，Puppet，Chef，Ansible的变量都是静态作用域概念，它们的变量作用域分又都分成几级？多问一句：这也是它们的共性吗？

现在我们了解了Manifest及其基本格式、node、resource概念、模板和变量。同时，我们并不应该把所有的内容都写到一个site.pp文件中，这就像我们不应该把所有的逻辑都写在C语言中的main函数中一样。那Puppet的DSL是如何解决这个问题的：如何让开发者更方便的组织代码?

现在我们来看相对模块化一些的Puppet代码：

#vim /etc/puppet/manifests/site.pp
class mysql($mysql_password = "123456") {
    package {
           ['mysql-common', 'mysql-client', 'mysql-server']:
             ensure => present
     }

     service {
       'mysql':
         enable => true,
         ensure => running,
         require => Package['mysql-server']
     }

     exec {
       'set-root-password':
         path   => "/usr/bin:/usr/sbin:/bin",
         subscribe => [Package['mysql-common'], Package['mysql-client'], Package['mysql-server']],
         refreshonly => true,
         unless => "mysqladmin -uroot -p$mysql_password status",
         command => "mysqladmin -uroot password $mysql_password",
     }


     file {
       '/etc/mysql/my.cnf':
         content => template('my.cnf.erb'),
         require => Package['mysql-server'],
         notify => Service['mysql']
     }

}
node 'agent' {
    include mysql

    class { 'mysql':

           mysql_password => '456789'
    }
}

这个版本的site.pp我们用到了class概念。你可以定义了一个class，然后将职责相同的逻辑放在其中。最后在其它地方引用。但是引用的时候要分情况，这个class有没有带参数，将影响使用这个class的方式。

但是就算这样，我们的site.pp的代码可维护性一样不高。所以，Puppet还提供一种module概念。实际上，用了你就知道，puppet就是将class从site.pp移出去了的另一种说法。我们来看使用了module的第三版：

我们将mysql class抽到mysql module中：

#vim /etc/puppet/modules/mysql/manifests/init.pp
class mysql($mysql_password = "123456") {
    package {
       ['mysql-common', 'mysql-client', 'mysql-server']:
                 ensure => present
     }

     service {
       'mysql':
         enable => true,
         ensure => running,
         require => Package['mysql-server']
     }

     exec {
       'set-root-password':
         path   => "/usr/bin:/usr/sbin:/bin",
         subscribe => [Package['mysql-common'], Package['mysql-client'], Package['mysql-server']],
         refreshonly => true,
         unless => "mysqladmin -uroot -p$mysql_password status",
         command => "mysqladmin -uroot password $mysql_password",
     }

     file {
       '/etc/mysql/my.cnf':
         content => template('mysql/my.cnf.erb'),
         require => Package['mysql-server'],
         notify => Service['mysql']
     }

}

在使用module之前，我们的文件结构是这样的：

|-- auth.conf
|-- environments
|-- files
|-- manifests
|   `-- site.pp
|-- puppet.conf
|-- templates
|  `—my.cnf.erb

使用module后：

|-- auth.conf
|-- environments
|-- files
|-- manifests
|   `-- site.pp
|-- modules
|   `-- mysql
|       |-- manifests
|       |   `-- init.pp
|       `-- templates
|           `-- my.cnf.erb
|-- puppet.conf
`-- templates

定义了module，那怎么用呢？

#vim /etc/puppet/manifests/site.pp
node 'agent' {
    include mysql
}

到这里，我相信你知道大概怎么写Puppet，但是我觉得是不够的。我不理解它为什么这样设计。我们为什么不是：

node 'agent_hostname'{

    install package [‘mysql’,’mysqlserver’]

    start service ‘mysql'

    create template mysql.cnf

}

我的意思是为什么是以形容词导向的描述性语言，而不是以动词为导向。然后，我就去找《配置管理最佳实践》。醒悟了，原来配置管理不是一两个工具就可以搞定。它是一个系统，包括六个核心职能：

源代码管理
构建工程
环境配置
变更控制
发布工程
部署

所以，我以前一直不理解自动化运维和自动化配置管理之间的区别。同时我看到了一些文章里：配置管理实际上就是状态管理，不论是服务器状态还是软件状态。

这下终于感觉明白了，也难怪Puppet，Chef，Ansible的DSL都是描述性的语言。

但是，Puppet如何编译，在哪里编译我们写好的manifest呢？在主控机器与受控机器认证成功后，受控机器会每隔一段时间就向主控机器发请求，这个请求将会把自己（受控机器）的信息告诉主控机器。主控机器拿到这些信息后与manifest链接编译，最后生成一份受控机器（puppet客户端）可执行的catalog。受控机器在执行的过程中，将执行情况反馈给主控主机。这就是Puppet中主控机器如何得到受控机器的命令执行结果的。

到此，我们看到了Puppet已经回答了我们之前的四个问题。

小结

如何与受控机器通信采用C/S架构，使用HTTPS，agent向master申请证书。
如何组织成百上千台机器在manifest中使用node关键字定义。
DSL的设计与编译
- 组织代码的方式 Puppet在manifest文件中定义node（受控节点），将所有node中的构件抽象为resource，我们可以给这个resource的attribute设置值。node下可以包含多个resource，这些resource共同构成了这个node的状态。但是不可能将所有的resource都写在一个文件中，再说一个manifest文件通常不止一个node。所以，所以，Puppet提供一种module和class机制，让你能将一些共同起到同一职责的resource打包到一起。class与module有什么不同呢？class可以直接写到manifest文件中，而module必须另外新建一个目录结构。这就是Puppet组织代码的方式。
- 深入学习：如果处理resource之间的关系问题，它们很有可能有依赖关系。class及module也会有同样的问题。if else及for呢？

变量定义： $VAR_NAME = VALUE
- 深入学习：了解变量的作用域
模板：使用ruby的erb文件

如何得到执行结果受控机器主动将执行结果发送给主控机器。

它真的一定要有master才能用吗？不是的。Puppet提供了单机版的使用方法。具体请google: puppet apply。

Chef

Chef的中文意思是厨师。所以它将所有的受控机器看作“菜肴”。但是如果我们不给告诉它菜谱（Cookbook），它是不会给我们做菜的。菜谱上都写着什么呢？是配方（Recipe）。所以，我们把recipe一个个的写到Cookbook中，最后交给Chef。

chef

Chef同样是C/S架构，C与S也是使用HTTPS进行通信的。同样的，正因为这样，我们可能重用学习Puppet的pattern来学习Chef。但是因为Chef的C/S模式的投资回报率太低了，所以，我坚持一段时间后，就放弃了。和Puppet一样，Chef也提供了单机版：Chef-solo。

chef

Ansible

chef

Ansible说是agentless（去客户端）的。但是实际上，它要求受控机器上装有SSH及Python，并且装了python-simplejson包。实际上，我们现在的机器基本上默认都已经安装这些。所以，在使用Ansible时，你不需要特意准备一台机器做为主控服务器。只要你想，任何机器随时都可以变成主控机器。

关于Ansible的安装看文档就好了。与Chef和Puppet不同的是，Ansible组织受控机器的那部分逻辑抽来单独放，叫Inventory。它是一个ini格式的文件，如hosts：

[web]
192.168.33.10

[db]
192.168.33.11

文件名和路径都任意，但是建议使用表意的名字及合适的路径。

Puppet和Chef都自己做了一套DSL，然后再自己写编译器，但是Ansible使用的是yaml格式。我觉得这是非常聪明的设计：一是大家都熟悉yaml格式比熟悉自定义的DSL来得简单，二是不需要自己设计DSL了，三是不用自己写编译器了。所以，我个人学习过程中，发现它是相对Puppet，Chef简单很多。

了解yaml文件格式后，接着就是理解Ansible的隐喻了。Ansible是导演，将所有的受控机器理解为演员。而我们开发者则是编剧。我们只要把剧本(playbook)写好，Ansible拿剧本再与Invenstory一对上号，演员只会按照剧本上的如实发挥，不会有任何的个人发挥。

好，我们就来写第一版本的playbook.yml（路径和名字都可自定义）：

---
- hosts: web
  tasks:
    - name: install nginx
      apt: name=nginx state=latest

- hosts: db
  vars:
    mysql_password: '123465'
  tasks:
    - name: install mysql
      yum: name=
      with_items:
        - 'mysql-common'
        - 'mysql-client'
        - 'mysql-server'

    - name: configurate mysql-server
      template: src=my.cnf.j2 dest=/etc/mysql/my.cnf

    - name: start service
      service: name=mysql state=started

#vim templates/my.cnf.j2
[mysql]
...
passowrd=

我们的剧本包括两个演员：web，db。它们都对应哪些受控机器呢？看Invenstory文件就知道了。那这些演员都要做哪些事情呢？看tasks，它下面跟的是一个列表。像yum，apt，template，service，被称为module，类似于Puppet的resource和Chef的recipe。Ansible本身提供了不少module，但是想都不用想，一定不能满足所有项目的需求，所以，你可以开发自己的module。

同样的，Ansible提供变量和模板（Jinja2）机制。问题来了，Ansible的作用域分为几级呢？

同样的，我们可以不能容忍把所有的task都写在一个文件里。Ansible是如何组织代码的呢？Ansible提出role的概念。是的，扮演共同职责的task，我们把它们归到同一个role中。所以，我们文件结构也变了，由原来的只有两个文本文件，到现在需要新建目录了：

├── hosts
├── playbook.yml
└── roles
    └── mysql
        ├── tasks
        │   └── main.yml
        └── templcates

            └── my.cnf.j2

这时，playbook.yml：

    ---
    - hosts: web
      tasks:
        - name: install nginx
          apt: name=nginx state=latest

    - hosts: db
      var:
        mysql_password: '123456'
      roles:
        - mysql

而main.yml:

- name: install mysql
  yum: name=
  with_items:
    - 'mysql-common'
    - 'mysql-client'
    - 'mysql-server'

- name: configurate mysql-server
  template: src=my.cnf.j2 dest=/etc/mysql/my.cnf

- name: start service
  service: name=mysql state=started

就是task和role之间的关系。那task之间的关系，role之间的关系呢？

Ansible的DSL就是这样组织代码的。最后一个问题如何得到执行结果呢？这就要说到Ansible的原理：Ansible将本地的yml文件编译成python代码，然后传到受控机器，受控机器执行结果以Json格式返回。

Ansible的入门非常简单。

小结

如何与受控机器通信: 只要主控机器与受控机器双方将有SSH
如何组织成百上千台机器: 使用Invenstory管理
DSL的设计与编译
- 组织代码的方式 Ansible Language的入口就是playbook。你可以直接在playbook里加tasks。很自然，我们想到的这个tasks里是一批小task。事实的确是这样，但是在Ansible中，它叫module。但是，我们不希望所有的task写在同一个文件中，这时，Ansible的role机制就起作用了。你可以把完成同一职责的一批放在一个role中就好了。 * 深入学习：module之间的依赖问题，if-else问题
- 变量定义：不同的级别有不同的定义方法 * 深入学习：了解变量的作用域
- 模板：使用Jinja2
如何得到执行结果受控机器主动将执行结果发送给主控机器。

总结

面对层出不穷的新编程语言、新框架、新概念，我们程序员总是学不完。诚然，我假设大家都爱学习，但是，我们更需要问：学到的这些东西，到底属于解决域还是问题域。所以，来了新东西，我总是要问这东西解决了什么问题？为什么它能解决，依据是什么？我们需要的是问题的本质和问题的解决模型，而不是别人葫芦里的药。

说远了。实际上，除了上述的仨自动化配置管理工具，市面还有很多别的。总的来，我觉得都可以用以上思路去学习。回到我们最开始的问题：Puppet，Chef，Ansible的共性是什么？我能不能说那四个问题就是它们的共性，答案是我也不知道。

最后，我申明：除了上述工具，我没有将“思路”应用到其它工具。希望应用到的同学给我反馈。谢谢。

End