Ansible 全面指南：简单、高效的自动化方案

引言

Ansible：简单、强大的自动化工具

在现代 IT 管理和运维中，自动化变得越来越重要。Ansible 作为一种简单且高效的自动化工具，从业务运维到云端部署都发挥着重要作用。
于 2012 年由 Michael DeHaan 创建，后被 Red Hat 收购。

简介和发展

起源与发展

Ansible 的诞生源于对于配置管理和自动化工具的渴望。相比于其他复杂笨重的解决方案，Ansible 的设计理念是“简单即可强大”。其基于 Python 开发，采用轻量级的 Agentless 架构，不需要在被控节点上安装任何代理程序或软件。

用途与功能

Ansible 旨在简化基础架构的自动化、配置管理和应用部署。能够轻松应对多种任务，包括但不限于系统配置、应用程序部署、网络设备配置和云端资源管理。
Ansible 通过 Playbook 和模块化的任务，将复杂的自动化工作转化为简单易懂的代码。

地位与影响

在自动化领域，Ansible 已成为业界瞩目的工具之一。简单易用、高度可扩展以及强大的社区支持，被广泛应用于各种规模和类型的基础设施管理中。从开发到运维，Ansible 提供一套全面的解决方案，使得自动化变得更加容易且高效。

Ansible 的崛起标志着自动化工具的一次革命。不仅改变了 IT 管理的方式，还推动了自动化在企业中的广泛应用，成为了现代 IT 管理的必备利器。

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功能介绍

Ansible 基本概念

控制 | 被控

在 Ansible 中，有两个重要的概念：控制节点（Control Node）和被控节点（Managed Node）。控制节点是运行 Ansible 的主机，可以是开发机器或者专门用于管理的服务器。被控节点是需要被管理和控制的目标主机或服务器。

模块

模块（Module）：
Ansible 通过模块来执行任务。模块是 Ansible 的基本组成单元，每个模块用于完成特定的任务，比如管理文件、安装软件包、配置服务等。Ansible 模块是幂等的，即无论执行多少次，结果都是一致的。

剧本

Playbook（剧本）：
Playbook 是用 YAML 格式编写的文本文件，包含一系列任务（tasks）。每个任务都是一个模块调用，定义了要在被控节点上执行的操作。Playbook 允许定义主机配置、任务顺序和并行执行的方式。

任务

任务（Tasks）：
任务是 Playbook 中的基本单元，代表着在被控节点上执行的操作。每个任务通常包含了一个模块调用，以及模块需要的参数。

运行

运行流程：
Ansible 工作流程：控制节点通过 SSH 连接到被控节点，并在被控节点上执行模块。Ansible 不需要在被控节点上安装任何额外的代理或软件，这是因为 Ansible 使用 SSH 协议来远程管理主机。

工作方式：
当运行一个 Playbook 时，Ansible 会读取控制节点上的配置文件和任务列表，然后连接到被控节点执行任务。执行结果将会反馈给控制节点，用户可以在控制节点上查看任务执行的结果和状态。

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示例

在被控节点上创建目录：

** Playbook 示例：**

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- name: # 创建目录示例
  hosts: hosts  # 指定被控节点的名称或分组
  become: yes  # 如果需要以管理员身份运行，请使用 become

  tasks:
    - name: # 创建目录
      file:
        path: /path/directory  # 指定要创建的目录路径
        state: directory  # 指定目录的状态，这里是要创建一个目录

    - name: # 打印信息
      debug:
        msg: "目录已创建"  # 运行成功后输出的信息

解释说明：

• hosts：指定被控节点的名称或分组，可以是单个主机也可以是主机组。
• become: yes：以管理员身份运行。
• tasks：定义执行的任务列表。
• file 模块：用于文件和目录操作，这里用来创建目录。
• path：指定要创建的目录路径。
• state：定义状态，directory 表示要创建的是目录。
• debug 模块：用于输出调试信息。
• msg：运行后输出的信息。

运行 Playbook

ansible-playbook create_directory.yml

Ansible 角色（Roles）

Ansible 角色是组织 Playbook 的方法，使得代码重用和管理变得更加模块化和结构化。角色可以包含特定任务、处理、模板和变量，可以使得 Playbook 更清晰、易读、易维护。

变量管理

变量是 Ansible 中的关键概念。允许将数据存储在单个位置，并在多个 Playbook 或任务中重复使用。Ansible 提供多种方式来管理变量，包括主机变量、组变量、Playbook 变量、角色变量以及外部变量文件等。
变量管理在 Ansible 中非常重要，允许将数据存储在单个位置并在多个 Playbook 或任务中重复使用。

定义

变量管理是指在 Ansible 中管理数据、配置和参数的过程。这些变量可以是各种类型的数据，包括字符串、数字、列表、字典等。通过合理管理变量，可以提高 Ansible Playbook 的灵活性和可维护性。

1. 主机变量（Host Variables）：

   • 与特定主机关联的变量，存储在 Inventory 文件中或动态生成的 Inventory 中。

2. 组变量（Group Variables）：

   • 与主机组关联的变量，存储在 Inventory 文件中，可在整个组中共享使用。

3. Playbook 变量（Playbook Variables）：

   • 在 Playbook 文件中定义的变量，适用于整个 Playbook。

4. 角色变量（Role Variables）：

   • 与 Ansible 角色相关联的变量，用于组织和复用任务。

示例

Ansible Playbook 中定义和使用主机名称变量：

Inventory 文件（hosts.ini）：

[web_servers]
server1 ansible_host=192.168.1.101
server2 ansible_host=192.168.1.102

[db_servers]
db1 ansible_host=192.168.1.201
db2 ansible_host=192.168.1.202

Playbook 文件

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- name: # 使用变量示例
  hosts: web_servers
  vars:
    http_port: 80
    app_name: my_app

  tasks:
    - name: # 安装 Apache
      yum:
        name: httpd
        state: present

    - name: # 创建 Web 应用目录
      file:
        path: "/var/www/{{ app_name }}"
        state: directory

    - name: # 设置防火墙规则
      firewalld:
        port: "{{ http_port }}"
        state: enabled

定义http_port 和 app_name 两个变量，分别用于指定 HTTP 端口和应用名称。

Ansible Vault

Ansible Vault 是用于加密敏感数据的工具，如密码、证书等。保护 Playbook 和变量文件中的敏感信息，并确保只有授权的用户可以访问和解密这些数据。

创建加密文件

使用 ansible-vault 命令，创建一个新的库文件并使用 Vault 加密：

ansible-vault create secret_vars.yml

输入密码加密文件。输入密码后，编辑器打开空文件。在文件中添加信息（如密码、密钥等）保存。每次编辑此文件时，都需要输入 Vault 密码。

编辑加密文件

编辑现有的加密文件：

ansible-vault edit secret_vars.yml

输入 Vault 密码，然后打开编辑文件。

查看加密文件内容

ansible-vault view 命令查看加密文件的内容，但不会对文件进行解密：

ansible-vault view secret_vars.yml

输入 Vault 密码才能查看文件内容。

解密文件

解密文件编辑或查看其内容：

ansible-vault decrypt secret_vars.yml

输入 Vault 密码并将文件解密。

重新加密文件

编辑或查看文件后，使用 ansible-vault encrypt 命令重新加密文件：

ansible-vault encrypt secret_vars.yml

文件进行重新加密并要求输入新的 Vault 密码。

在 Playbook 中使用加密文件：

在 Playbook 中使用加密的变量文件。 vars_files 指定要包含的加密文件：

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- name: 使用加密文件示例
  hosts: hosts
  vars_files:
    - /path/encrypted_file.yml

Ansible Galaxy

Ansible Galaxy 是 Ansible 社区的中心，可以在这里找到大量的角色、Playbook 和剧本。通过 Ansible Galaxy，可以快速获取开源的、可重复使用的自动化内容，加快自动化过程。

安装角色或 Playbook

ansible-galaxy 命令可以从 Ansible Galaxy 安装角色或 Playbook。
安装 httpd 的角色：

ansible-galaxy install httpd

下载并安装指定角色到默认的 Ansible 角色路径（默认 /etc/ansible/roles 或 ~/.ansible/roles）。

查找角色或 Playbook

可以在 Ansible Galaxy 网站（Galaxy）上搜索需要的角色或 Playbook，包括名称和作者等信息。

您可以使用 ansible-galaxy 命令行工具来搜索 Ansible Galaxy 上的角色。以下是一个示例：

联机搜索角色

ansible-galaxy search keyword

Apache 相关角色：

ansible-galaxy search apache

联机安装角色

ansible-galaxy install geerlingguy.apache

Ansible 从 Ansible Galaxy 下载角色，安装到默认的角色路径中。

安装集合

ansible-galaxy collection install community.general

安装名为 community.general 的集合。集合是 Ansible Galaxy 中的另一种资源类型，包含模块、插件、剧本等。

指定版本号安装

还可以通过指定版本号来安装特定版本的角色或集合。

ansible-galaxy install geerlingguy.apache,1.0.0

安装 geerlingguy.apache 的 1.0.0 版本。

安装到自定义路径

使用 --roles-path 参数将角色安装到自定义路径：

ansible-galaxy install geerlingguy.apache --roles-path /custom/roles/path

这些命令从 Ansible Galaxy 上下载并安装指定的角色或集合。

上传角色

创建角色分享社区，将角色上传到 Ansible Galaxy。登录 Ansible Galaxy 社区账户后，上传角色：

ansible-galaxy login
ansible-galaxy publish username.role_name

发布到 Ansible Galaxy 后，其他用户下载和使用。

本地角色

可以创建本地自定义的 Ansible 角色库，优势以及用途：
定制性强：可以根据特定需求创建自定义角色，以满足项目或组织的特定要求。
灵活性：可以根据需要修改和扩展角色，满足特定环境的配置需求。
无需网络：本地角色库允许在没有网络连接的情况下使用角色，适用于隔离网络或无法连接外部资源的环境。
保密性：对于包含敏感信息的角色，本地库可以确保数据不会传输到外部。
版本管理：使用版本控制工具（如 Git）来管理本地角色库，便于跟踪和控制角色的版本和变更。
可回溯性：可以根据需要回退到特定版本的角色，确保系统在更新后不会出现问题。
加速部署：在本地快速部署特定版本的角色，无需等待下载或更新远程角色。
离线部署：针对多台服务器进行快速、一致的离线部署，提高效率和一致性。

动态 Inventory

Ansible 支持多种 Inventory 类型，包括静态 Inventory 和动态 Inventory。动态 Inventory 允许 Ansible 动态地获取管理主机清单，在云环境或动态部署情况下非常有用。

实际应用

自动化部署

• Ansible 自动化应用程序和基础设施的部署，确保环境一致性和可靠性。

部署示例

部署 Web 应用，包含前端和后端服务。应用部署到多台服务器上，并确保系统配置的一致性。

Inventory 文件（hosts.ini）：

[web_servers]
server1 ansible_host=192.168.1.101
server2 ansible_host=192.168.1.102

[db_servers]
db1 ansible_host=192.168.1.201
db2 ansible_host=192.168.1.202

Playbook 文件（deploy_app.yml）：

---
- name: # 自动化部署示例
  hosts: web_servers
  become: yes

  tasks:
    - name: # 安装 Web --Nginx
      yum:
        name: nginx
        state: present

    - name: # 部署前端应用
      copy:
        src: /local/path/to/frontend_files
        dest: /var/www/html
        remote_src: yes

- name: # 部署后端应用
  hosts: db_servers
  become: yes

  tasks:
    - name: # 安装数据库服务 MySQL
      yum:
        name: mysql
        state: present

    - name: # 配置数据库
      mysql_db:
        name: my_app_db
        state: present

定义两个任务，分别用于部署前端和后端服务。前端部署在 web_servers 组的服务器上，后端部署在 db_servers 组的服务器上。将不同组的任务分开，并应用到不同的主机组上。

运行 Playbook：

ansible-playbook -i hosts.ini deploy_app.yml

配置管理

• 使用 Ansible 确保系统、服务和应用程序的统一配置，减少配置漂移和错误。
  配置管理在 Ansible 中是一个关键的应用场景，它涵盖了管理系统、服务和应用程序的统一配置。以下是一个简单的配置管理示例，演示了如何使用 Ansible 实现配置管理：

配置管理示例

配置多台服务器 Nginx 服务。

Inventory 文件（hosts.ini）

[web_servers]
server1 ansible_host=192.168.1.101
server2 ansible_host=192.168.1.102

Playbook 文件（configure_nginx.yml）：

---
- name: # 配置管理示例 - Nginx
  hosts: web_servers
  become: yes

  tasks:
    - name: 安装 Nginx
      yum:
        name: nginx
        state: present

    - name: # 拷贝 Nginx 配置文件
      template:
        src: /local/path/to/nginx.conf.j2
        dest: /etc/nginx/nginx.conf
      notify:
        - restart nginx

  handlers:
    - name: # 重新启动 Nginx
      service:
        name: nginx
        state: restarted

使用 nginx.conf.j2 模板文件，生成 Nginx 配置文件。将文件拷贝到远程服务器 /etc/nginx/nginx.conf。

模板文件（nginx.conf.j2）：

# Nginx 配置模板
user nginx;
worker_processes auto;
error_log /var/log/nginx/error.log;
pid /run/nginx.pid;

events {
    worker_connections 1024;
}

http {
    include /etc/nginx/mime.types;
    default_type application/octet-stream;
    
    server {
        listen 80;
        server_name;

        location / {
            root /usr/share/nginx/html;
            index index.html index.htm;
        }
    }
}

运行 Playbook：

ansible-playbook -i hosts.ini configure_nginx.yml

使用相同的配置文件，在 web_servers 主机组服务器上安装并配置 Nginx。

持续集成/持续部署（CI/CD）

• 集成 Ansible 到 CI/CD 流程中，实现自动化测试、构建和部署。

基础设施编排

• Ansible 基础架构编排和管理，多云服务商资源管理。
  CI/CD（持续集成/持续部署）是软件开发流程中的重要环节，Ansible 可以集成到 CI/CD 流程中实现自动化测试、构建和部署。

CI/CD 示例

使用 Jenkins 进行持续集成和持续部署，代码提交后自动执行测试、构建和部署到服务器。

Jenkins Pipeline（Jenkinsfile）：

pipeline {
    agent any

    stages {
        stage('Checkout') {
            steps {
                // 检出代码库
                git 'https://github.com/repo.git'
            }
        }

        stage('Test') {
            steps {
                // 执行测试（例如：单元测试）
                sh 'ansible-playbook -i inventory/test test.yml'
            }
        }

        stage('Build') {
            steps {
                // 构建应用程序（如果需要）
                sh 'ansible-playbook -i inventory/dev build.yml'
            }
        }

        stage('Deploy') {
            steps {
                // 部署到生产服务器
                sh 'ansible-playbook -i inventory/prod deploy.yml'
            }
        }
    }
}

** Ansible Playbooks（test.yml, build.yml, deploy.yml）**

编写不同的 Ansible Playbooks 来执行测试、构建和部署任务。Playbooks 可以针对不同的环境进行配置。

例如，test.yml 执行单元测试，build.yml 构建应用程序， deploy.yml 将应用程序部署到生产服务器上。

Inventory 文件（inventory/test, inventory/dev, inventory/prod）

针对不同的环境编写对应的 Inventory 文件，定义不同环境的主机信息。

流程控制

1. 当代码提交时，Jenkins Pipeline 自动触发。
2. Pipeline 检出代码库。
3. 执行测试阶段，运行 test.yml。
4. 测试通过后，执行构建阶段，运行 build.yml。
5. 最后构建成功，执行部署阶段，运行 deploy.yml。

Ansible 可以在不同的阶段实现自动化，确保代码变更的快速部署和持续交付。

管理和控制

模块化和角色化

在 Ansible 中，模块化和角色化是促进可重用性和可维护性的关键概念。将任务模块化，角色化进行组织管理和编排，提高复用和管理效率。

模块化示例

Playbook 模块

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- name: # 模块示例
  hosts: hosts
  become: yes

  tasks:
    - name: # 安装指定软件包
      yum:
        name: httpd
        state: present

    - name: # 创建文件夹
      file:
        path: /path/folder
        state: directory

yum 和 file 是 Ansible 提供的两个模块。使用不同的模块执行任务：安装软件包、创建文件夹。

角色化示例

创建角色结构：

ansible-galaxy init roles/httpd

在roles文件夹下创建名为 httpd 的 Ansible 角色模板，包含默认的目录结构和文件。

**Playbook **

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- name: # 角色示例
  hosts: hosts
  become: yes

  roles:
    - role

role 角色在 hosts 主机组上执行。

• 模块化：通过使用模块，将任务细分为重复使用的功能块，提高任务的灵活性和复用性。

• 角色化：角色是对任务和变量进行组织，更好地管理复杂配置。通过角色，在不同的环境中使用相同的任务结构，提高代码的可维护性和复用性。

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小结

Ansible 有几个显著的优势使其成为自动化和配置管理的首选工具之一。
总结：

简单易用

• 无需客户端安装：Ansible 直接在管理节点上运行，无需在被管节点上安装代理或客户端。
• 基于 YAML 语法：易于理解和编写，简单的结构和明确的格式，使得编写 Playbooks 更为简便。

自动化能力

• 自动化配置管理：自动化部署、配置和管理大规模的基础设施和应用程序。
• 模块化：提供大量模块，覆盖各种任务，如软件包管理、文件操作、服务控制等。

高度灵活

• 多平台支持：支持多种操作系统和云平台，可用于混合环境和多云场景。
• 模块和插件：拥有丰富的模块和插件库，可扩展和定制化以满足特定需求。

可扩展性和一致性

• 剧本重用：使用角色和剧本的方式可以使配置和任务模块化，实现剧本的重复利用和整体一致性。
• 动态库存：能够动态管理和维护主机清单，适应不断变化的基础设施。

安全性和可靠性

• 安全性：支持加密敏感数据、安全传输和权限管理，确保安全性和合规要求。
• 可靠性：基于声明性配置，即使在网络故障或中断的情况下也能够恢复执行任务。

Ansible 作为一种功能强大且易于使用的自动化工具，能够满足不同规模和需求的环境。其简单的语法和丰富的功能使其成为自动化和配置管理的首选工具。

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