基于Jenkins一鍵式部署的研究與實(shí)現(xiàn)

耿雷 趙宏翔 李建友 張華鵬 王鐵一

摘要：提出了一種基于Jenkins實(shí)現(xiàn)一鍵式快速部署的系統(tǒng)方案，介紹了Jenkins，Docker，Git以及Nexus Repository Manager關(guān)鍵技術(shù)及其特征，通過(guò)這些關(guān)鍵技術(shù)的集成，闡述了一鍵式部署方案的流程和系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，并以操作系統(tǒng)CentOS7為例，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)方案的環(huán)境搭建以及具體實(shí)現(xiàn)，包括Dockerfile和Jenkinsfile的編寫。通過(guò)構(gòu)建Jenkins流水線任務(wù)，在項(xiàng)目開發(fā)過(guò)程中需要重新打包部署時(shí)，開發(fā)人員能夠一鍵式快速完成項(xiàng)目上線。

關(guān)鍵詞：Jenkins；一鍵式部署；Docker

中圖分類號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-1739（2022）24-50-5

0引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的愈發(fā)成熟，軟件項(xiàng)目的復(fù)雜度也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的瀑布式開發(fā)模式開發(fā)周期長(zhǎng)、階段固化，無(wú)法適應(yīng)當(dāng)今形勢(shì)的發(fā)展。此外，隨著信息化時(shí)代的飛速發(fā)展，如今的商業(yè)環(huán)境發(fā)生了翻天覆地的變化，人們每天接收到各種各樣的信息，對(duì)軟件的需求變化也越來(lái)越快，需求本身具備不確定性，不是一次性或者一段時(shí)間就可以完全定義清楚的，傳統(tǒng)的瀑布模型無(wú)法在開發(fā)過(guò)程中不斷根據(jù)需求變化動(dòng)態(tài)地調(diào)整產(chǎn)品。整個(gè)商業(yè)環(huán)境日新月異，迫使企業(yè)更快地做出決策，更快地推出新產(chǎn)品到市場(chǎng)中去，因此，敏捷開發(fā)成為了市面上企業(yè)開發(fā)模式的主流趨勢(shì)[1]。

敏捷開發(fā)是一種迭代式開發(fā)，在需求的不斷變更中，軟件需要頻繁進(jìn)行部署，一個(gè)團(tuán)隊(duì)里有多個(gè)開發(fā)人員，每個(gè)人在開發(fā)完各自新功能后可能都要訪問(wèn)服務(wù)器進(jìn)行部署，每個(gè)人的部署方式各異，這就會(huì)導(dǎo)致每次部署的軟件配置不統(tǒng)一，并且還浪費(fèi)開發(fā)人員的時(shí)間精力。即使有專門的運(yùn)維人員負(fù)責(zé)軟件迭代部署，每次部署的工作量也是比較大的。因此，本文提出了一種基于Jenkins流水線的一鍵式部署方案，并通過(guò)實(shí)踐，給出了設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn)流程。

1關(guān)鍵技術(shù)介紹

1.1 Jenkins

目前，企業(yè)軟件的開發(fā)流程主要分為：編碼、構(gòu)建、集成、測(cè)試、交付和部署6個(gè)階段，在這個(gè)流程中，持續(xù)集成（Continuous Integration，CI）、持續(xù)交付（Continuous Delivery， CD）和持續(xù)部署（Continuous Delivery，CD）都具有不同的自動(dòng)化交付周期。

持續(xù)集成是指頻繁地將代碼整合到主分支中。把軟件單獨(dú)開發(fā)的一部分交給整體軟件，經(jīng)常進(jìn)行持續(xù)集成，這樣可以更迅速地找到bug。持續(xù)集成有2大優(yōu)勢(shì)：①能夠迅速地找到bug。每次完成一小部分更新，都會(huì)被整合到主分支中，這樣能夠迅速地找到bug，并且易于查找錯(cuò)誤。②避免其他分支明顯地從主分支上脫離。如果沒(méi)有頻繁地整合，并且主分支還在不斷地升級(jí)，那么日后的整合將會(huì)非常困難，甚至很難進(jìn)行整合。持續(xù)集成的目標(biāo)是在保證高品質(zhì)的前提下，使產(chǎn)品能夠迅速地進(jìn)行迭代。其關(guān)鍵的一點(diǎn)是，在將代碼整合到主分支之前，必須經(jīng)過(guò)自動(dòng)測(cè)試。如果其中一個(gè)測(cè)試案例是失敗的，那么將無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行。

持續(xù)交付是指經(jīng)常向用戶或質(zhì)量隊(duì)伍提供新版本的軟件，以便進(jìn)行審核，如果審核被批準(zhǔn)，則該代碼將被投入到產(chǎn)品中。持續(xù)的交付是基于持續(xù)的整合，在實(shí)際的運(yùn)行環(huán)境中（貼近生產(chǎn)環(huán)境）部署整合后的代碼。持續(xù)交付是基于高度自動(dòng)化的持續(xù)集成基礎(chǔ)上的軟件部署，在整個(gè)產(chǎn)品生命周期中，它的優(yōu)先級(jí)是最高的。可將持續(xù)交付視為持續(xù)整合的下一個(gè)步驟，其關(guān)鍵核心是，無(wú)論軟件怎么升級(jí)，無(wú)論何時(shí)何地，都能提供該軟件的交付版本。

持續(xù)部署是接下來(lái)的一個(gè)階段，即在經(jīng)過(guò)審核之后，軟件會(huì)被自動(dòng)地部署到生產(chǎn)環(huán)境中。持續(xù)部署的目的是使軟件處于隨時(shí)都能部署的狀態(tài)，并能投入到生產(chǎn)中。持續(xù)部署的先決條件是測(cè)試、構(gòu)建、部署等步驟自動(dòng)化。

總體而言，持續(xù)集成、持續(xù)交付和持續(xù)部署提供了一個(gè)非常好的DevOps環(huán)境。它可以極大地提高整個(gè)開發(fā)團(tuán)隊(duì)的開發(fā)效率，同時(shí)也帶來(lái)了挑戰(zhàn)。在任何情況下，頻繁部署、快速交付和自動(dòng)化的測(cè)試過(guò)程將是未來(lái)軟件工程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

Jenkins是一個(gè)持續(xù)的集成工具，它是在Java開發(fā)基礎(chǔ)上能夠進(jìn)行持續(xù)的軟件發(fā)行和持續(xù)的測(cè)試。Jenkins可以輕松地進(jìn)行配置，從而使開發(fā)人員擺脫復(fù)雜的集成，將精力集中在更加關(guān)鍵的商業(yè)邏輯實(shí)施上。Jenkins具有以下特性：

①開源的Java語(yǔ)言開發(fā)持續(xù)集成工具，支持CI和CD；

②豐富的插件支持：支持插件的擴(kuò)展，可以根據(jù)自己的小組需求，開發(fā)例如Docker，svn，maven，Git等工具；

③文件識(shí)別：Jenkins可以追蹤jar包是在哪次構(gòu)建產(chǎn)生的，使用的jar包的版本是什么等；

④安裝部署簡(jiǎn)便：支持多種方式安裝部署，可以在yum上安裝，或者下載war軟件，或者通過(guò)Docker容器來(lái)進(jìn)行安裝；支持在Web界面進(jìn)行管理配置；

⑤支持分布式構(gòu)建：Jenkins可以支持多個(gè)電腦共同進(jìn)行構(gòu)建和測(cè)試。

本文將使用Jenkins的流水線來(lái)構(gòu)建部署項(xiàng)目，使得整個(gè)部署過(guò)程流程化。Jenkins流水線的定義被寫入到一個(gè)名為Jenkinsfile的文本文件中，每次構(gòu)建時(shí)Jenkins會(huì)根據(jù)Jenkinsfile定義好的流水線語(yǔ)句自動(dòng)執(zhí)行任務(wù)，為本文一鍵式部署提供了很好的自動(dòng)化、流程化工具。

1.2 Docker

Docker[2]是一個(gè)開源的應(yīng)用容器引擎，讓開發(fā)者可以將他們的軟件和依賴打包生成一個(gè)鏡像，然后在Docker啟動(dòng)發(fā)布到服務(wù)器上。Docker將部署的項(xiàng)目容器化，在Docker環(huán)境中，簡(jiǎn)化了對(duì)容器的復(fù)制、啟動(dòng)、關(guān)閉和刪除，使得部署的操作更加簡(jiǎn)捷；Docker具有更好的兼容性和移植性，除了內(nèi)核之外，它提供了一個(gè)完整的運(yùn)行時(shí)環(huán)境，保證了執(zhí)行環(huán)境的一致性，用戶可以很輕易地將一個(gè)平臺(tái)上運(yùn)行的應(yīng)用遷移到另一個(gè)平臺(tái)上，無(wú)需考慮操作系統(tǒng)和運(yùn)行環(huán)境影響。

Docker是利用谷歌公司發(fā)布的Go語(yǔ)言來(lái)開發(fā)完成的，它使用了Linux內(nèi)核的cgroup和namespace等技術(shù)，將進(jìn)程封裝隔離起來(lái)，這是一種在操作系統(tǒng)級(jí)別上的虛擬化技術(shù)。因?yàn)楸桓綦x的進(jìn)程是與寄主或其他隔離進(jìn)程無(wú)關(guān)的，所以也被稱為“容器”。Docker是以容器為基礎(chǔ)，對(duì)其進(jìn)行了再一次的包裝，從文件系統(tǒng)到網(wǎng)絡(luò)連接，再到進(jìn)程隔離，大大簡(jiǎn)化了創(chuàng)建和維護(hù)容器的流程，使Docker技術(shù)相比于虛擬機(jī)技術(shù)更加輕快、便捷。Docker作為一種新的虛擬技術(shù)，它相比傳統(tǒng)的虛擬化方法有很多優(yōu)點(diǎn)：

①更有效地使用系統(tǒng)的資源

Docker可以更好地利用系統(tǒng)資源，因?yàn)樗鼰o(wú)需硬件虛擬和運(yùn)行整個(gè)操作系統(tǒng)。相比于傳統(tǒng)的虛擬機(jī)技術(shù)，Docker文件存儲(chǔ)速度、應(yīng)用程序的執(zhí)行速度和內(nèi)存消耗都要快得多。所以，與虛擬機(jī)技術(shù)相比，同一配置的主機(jī)，Docker可以執(zhí)行更多的應(yīng)用程序。

②更快地啟動(dòng)

傳統(tǒng)的虛擬機(jī)技術(shù)通常要花費(fèi)幾分鐘才能啟動(dòng)一個(gè)應(yīng)用程序，但是Docker容器程序可以在幾秒、甚至毫秒級(jí)內(nèi)完成，因?yàn)樗窃谥鳈C(jī)核心上運(yùn)行的，不需要操作系統(tǒng)完整啟動(dòng)，這極大地節(jié)省了開發(fā)、測(cè)試和部署的時(shí)間。

③擁有統(tǒng)一的運(yùn)行環(huán)境

在軟件開發(fā)中，一個(gè)普遍存在的問(wèn)題是環(huán)境的一致性。由于開發(fā)環(huán)境、測(cè)試環(huán)境和生產(chǎn)環(huán)境的不統(tǒng)一，可能造成一些bug以及在開發(fā)階段沒(méi)有被測(cè)試出來(lái)的問(wèn)題。Docker的鏡像除了提供了一個(gè)完整的運(yùn)行時(shí)環(huán)境，還保證了應(yīng)用程序運(yùn)行環(huán)境的一致性，這樣就不會(huì)有“開發(fā)沒(méi)問(wèn)題，部署跑不通”的問(wèn)題了。

④支持持續(xù)交付和持續(xù)部署

對(duì)于開發(fā)和操作（DevOps）的人而言，最需要的是在完成了一次創(chuàng)建或者配置后，能夠在任何地點(diǎn)都能正常工作，即“一次配置，到處運(yùn)行”。使用Docker可以通過(guò)自定義應(yīng)用鏡像，完成持續(xù)集成、持續(xù)交付和持續(xù)部署。開發(fā)者可以結(jié)合Dockerfile來(lái)創(chuàng)建鏡像，而且可以與持續(xù)集成系統(tǒng)協(xié)同來(lái)完成集成測(cè)試；運(yùn)維人員可以將這個(gè)鏡像迅速地部署到生產(chǎn)環(huán)境中，甚至可以與持續(xù)集成工具整合完成自動(dòng)快速部署。同時(shí)，通過(guò)Dockerfile來(lái)實(shí)現(xiàn)鏡像構(gòu)建，不僅開發(fā)團(tuán)隊(duì)能夠了解應(yīng)用程序的運(yùn)行環(huán)境，還可以讓維護(hù)團(tuán)隊(duì)了解應(yīng)用程序的部署條件，從而更好地部把鏡像部署到生產(chǎn)環(huán)境中。

⑤擁有更快捷的移植性

因?yàn)镈ocker保證了運(yùn)行環(huán)境的一致性，所以可以很輕松地進(jìn)行移植。Docker支持在眾多平臺(tái)上運(yùn)行，不管是虛擬機(jī)、物理機(jī)、私有云、公有云甚至筆記本，都能得到相同的運(yùn)行結(jié)果。這樣，用戶就可以輕松地將一個(gè)應(yīng)用程序移植到另外一個(gè)平臺(tái)，而不必?fù)?dān)心由于運(yùn)行環(huán)境的改變而使程序不能正常工作。

⑥易于維護(hù)和擴(kuò)展

Docker采用了分層存儲(chǔ)和鏡像技術(shù)，可以方便重用應(yīng)用程序中的重復(fù)部件，同時(shí)也可以簡(jiǎn)化程序的維護(hù)和升級(jí)，并且可以輕松地通過(guò)基本鏡像來(lái)進(jìn)一步擴(kuò)展鏡像。同時(shí)，Docker團(tuán)隊(duì)和不同的開放源碼項(xiàng)目小組共同維護(hù)了大量高品質(zhì)的官方鏡像，這些鏡像可以直接用于產(chǎn)品中，也可以作為基礎(chǔ)進(jìn)行進(jìn)一步的鏡像定制，從而大大減少了應(yīng)用程序的鏡像制作成本。

1.3 Git

Git是一款小巧靈活卻功能強(qiáng)大的分布式版本控制系統(tǒng)，相比于集中式版本控制系統(tǒng)，Git在每個(gè)開發(fā)者的計(jì)算機(jī)本地?fù)碛幸惶淄暾拇a倉(cāng)庫(kù)，開發(fā)者可以把代碼提交到本地倉(cāng)庫(kù)，然后將這些代碼發(fā)送到遠(yuǎn)程倉(cāng)庫(kù)，或者將最新的代碼提取出來(lái)，與本地的倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行合并。Git更加強(qiáng)調(diào)個(gè)體，擁有良好的分支機(jī)制，能夠減輕公共服務(wù)器倉(cāng)庫(kù)壓力。本文使用Git進(jìn)行項(xiàng)目統(tǒng)一管理，部署所需的軟件包和文本文檔均來(lái)自于項(xiàng)目的Git遠(yuǎn)程倉(cāng)庫(kù)[3]。

1.4 Nexus Repository Manager

Nexus Repository Manager是一款強(qiáng)大的倉(cāng)庫(kù)管理軟件，它大大簡(jiǎn)化了對(duì)內(nèi)部倉(cāng)庫(kù)的維護(hù)和對(duì)外部倉(cāng)庫(kù)的存取，經(jīng)常被用作Maven的私有倉(cāng)庫(kù)，也可以作為Docker，npm和yum等的私有倉(cāng)庫(kù)，功能強(qiáng)大。本文使用Nexus作為Docker鏡像文件的私有倉(cāng)庫(kù)，對(duì)鏡像文件統(tǒng)一管理，可以存儲(chǔ)Docker基礎(chǔ)鏡像文件或者已經(jīng)打好包的鏡像文件，用戶可以從Nexus倉(cāng)庫(kù)拉取基礎(chǔ)鏡像構(gòu)建新鏡像，也可以拉取已經(jīng)做好的鏡像直接在本地Docker中啟動(dòng)。

2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

一鍵式部署的目標(biāo)就是當(dāng)軟件版本發(fā)生變更需要重新部署時(shí)，開發(fā)人員無(wú)需關(guān)注部署的各種繁雜細(xì)節(jié)，只需要將軟件打好包上傳到項(xiàng)目遠(yuǎn)程倉(cāng)庫(kù)，在Jenkins中使用一鍵構(gòu)建，系統(tǒng)即可自動(dòng)生成項(xiàng)目的Docker鏡像，將鏡像文件推送至遠(yuǎn)程N(yùn)exus私有Docker倉(cāng)庫(kù)，然后啟動(dòng)運(yùn)行容器。自動(dòng)部署完成后即可訪問(wèn)部署的新版本軟件。一鍵式部署方案流程如圖1所示。

整個(gè)工作流程涉及開發(fā)人員計(jì)算機(jī)、持續(xù)集成服務(wù)Jenkins、項(xiàng)目遠(yuǎn)程倉(cāng)庫(kù)服務(wù)、私有倉(cāng)庫(kù)管理服務(wù)Nexus以及Docker服務(wù)。一鍵式部署方案架構(gòu)如圖2所示。其中，開發(fā)人員計(jì)算機(jī)使用Git客戶端工具從項(xiàng)目遠(yuǎn)程倉(cāng)庫(kù)中拉取項(xiàng)目最新代碼，將修改好的代碼和打包好的項(xiàng)目文件推送到項(xiàng)目遠(yuǎn)程倉(cāng)庫(kù)服務(wù)；Jenkins服務(wù)使用Git插件從項(xiàng)目遠(yuǎn)程倉(cāng)庫(kù)中拉取項(xiàng)目文件夾，執(zhí)行Jenkinsfile腳本文件，從Nexus Docker鏡像倉(cāng)庫(kù)拉取基礎(chǔ)鏡像構(gòu)建目標(biāo)鏡像文件，將構(gòu)建好的鏡像推送至Nexus Docker鏡像倉(cāng)庫(kù)，啟動(dòng)容器時(shí)再?gòu)溺R像倉(cāng)庫(kù)中拉取鏡像執(zhí)行啟動(dòng)命令[4]。

3.2.1 Dockerfile

Dockerfile是一個(gè)文本文件，用于構(gòu)建自定義鏡像。在Dockerfile中首先需要聲明制定構(gòu)建新的鏡像文件所使用的基礎(chǔ)鏡像，以部署jar包為例，基礎(chǔ)鏡像使用的是openjdk，ip： port處輸入訪問(wèn)Nexus的地址和端口；然后需要為RUN，CMD，ADD和ENTRYPOINT等指令設(shè)定工作目錄，將要部署的jar包文件添加到容器中并重命名為app.jar；把項(xiàng)目用到的端口暴露給外界；設(shè)置鏡像的時(shí)區(qū)以保證時(shí)間正確；使用RUN構(gòu)建鏡像，使用ENTRYPOINT配置容器，使其可執(zhí)行化。Dockerfile文件具體內(nèi)容如下：

FROM ip：port/ amd64/ openjdk：8u312

WORKDIR /tmp

ADD demo-2.3.5. RELEASE.jar app.jar

EXPOSE 8000 8010

ENV TZ=Asia/ Shanghai

RUN ln -snf /usr/share/zoneinfo/$TZ /etc/localtime ENTRYPOINT ["java"，"-jar"，"app.jar"] 3.2.2 Jenkinsfile

Jenkins流水線的定義被寫在一個(gè)名為Jenkinsfile的shel1腳本文件中，因此，需要定義好一個(gè)流水線，使整個(gè)部署流程自動(dòng)化。流水線具體操作分為以下4個(gè)步驟：

①File Check文件檢查。首先檢查構(gòu)建鏡像所需的文件正確齊全，例如jar包、Dockerfile等。

②Docker Build構(gòu)建鏡像。首先，使用docker rm命令，移除舊版本容器以及移除舊版鏡像，包括Nexus倉(cāng)庫(kù)的鏡像，這一步是為了防止鏡像冗余導(dǎo)致不用的鏡像占用空間；接著，通過(guò)docker build -t demo：1.0 .命令構(gòu)建新鏡像，1.0表示版本號(hào)，后續(xù)更新版本可以進(jìn)行相應(yīng)的修改。

③Docker Push推送鏡像。這一步是將上一步生成好的鏡像文件推送至Nexus遠(yuǎn)程私有倉(cāng)庫(kù)。先登錄Nexus私有倉(cāng)庫(kù)（docker login），使用docker tag標(biāo)記本地鏡像，將其歸入Nexus倉(cāng)庫(kù)，然后使用docker push將其推送至Nexus倉(cāng)庫(kù)。

④Docker Run運(yùn)行容器。最后一步運(yùn)行容器，使用docker run命令，通過(guò)指定鏡像文件、設(shè)置文件映射、端口映射和容器名稱等信息啟動(dòng)容器。

4結(jié)束語(yǔ)

本文分析了當(dāng)前開發(fā)模式的現(xiàn)狀，在敏捷開發(fā)環(huán)境下項(xiàng)目需要頻繁部署，因?yàn)槭褂脗鹘y(tǒng)的部署方式會(huì)大大占用開發(fā)人員的時(shí)間和精力，所有本文提出了一種基于Jenkins服務(wù)進(jìn)行一鍵式部署項(xiàng)目的解決方案，整個(gè)方案架構(gòu)以Docker為基礎(chǔ)環(huán)境，通過(guò)整合Git，Jenkins和Nexus實(shí)現(xiàn)了便捷的一鍵式部署，大大節(jié)省了部署所需耗費(fèi)的人力和物力。目前，本文的一鍵式部署方案已經(jīng)過(guò)驗(yàn)證投入到實(shí)際應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目的快速持續(xù)集成，提高了整個(gè)團(tuán)隊(duì)的項(xiàng)目開發(fā)效率。

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