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# 16 | 构建资源的弹性伸缩
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在前面的文章中，我已经介绍了构建在整个持续交付过程中扮演的重要角色，并且详细讨论了依赖管理和构建检测等方面的内容。在这篇文章中，我将带你搭建一套高可用、高性能的构建系统。
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## 持续集成工具
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目前市面上已经有很多持续集成工具了，它们已经替我们解决了很多实际问题，所以我们也就没有必要去再重复造轮子了。这些持续集成工具，最流行的应属 Travis CI、Circle CI、Jenkins CI这三种。
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**第一，Travis CI**
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Travis CI 是基于GitHub的CI托管解决方案之一，由于和GitHub的紧密集成，在开源项目中被广泛使用。
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Travis CI 的构建，主要通过 .travis.yml 文件进行配置。这个 .travis.yml 文件描述了构建时所要执行的所有步骤。
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另外，Travis CI 可以支持市面上绝大多数的编程语言。但是，因为Travis只支持GitHub，而不支持其他代码托管服务，所以官方建议在使用前需要先具备以下几个条件：
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1. 能登录到GitHub；
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2. 对托管在GitHub上的项目有管理员权限；
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3. 项目中有可运行的代码；
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4. 有可以工作的编译和测试脚本。
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Travis CI的收费策略是，对公共仓库免费，对私有仓库收费。
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**第二，CircleCI**
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CircleCI 是一款很有特色，也是比较流行的，云端持续集成管理工具。CircleCI 目前也仅支持 GitHub 和Bitbucket管理。
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CircleCI 与其他持续集成工具的区别在于，它们提供服务的方式不同。CircleCI 需要付费的资源主要是它的容器。
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你可以免费使用一个容器，但是当你发现资源不够需要使用更多的容器时，你必须为此付费。你也可以选择你所需要的并行化级别来加速你的持续集成，它有 5 个并行化级别（1x、4x、8x,、12x，和16x）可供选择，分别代表利用几个容器同时进行一个项目的构建，如何选择就取决于你了。
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**第三，Jenkins CI**
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Jenkins 是一款自包含、开源的用于自动化驱动编译、测试、交付或部署等一系列任务的自动化服务，它的核心是Jenkins Pipline 。Jenkins Pipline可以实现对持续交付插件的灵活组合，以流水线的方式接入到Jenkins服务。
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Jenkins 还提供了一整套可扩展的工具集，程序员可以通过代码的方式，定义任何流水线的行为。另外，经过多年的发展，Jenkins已经包含了很多实用的第三方插件，覆盖了持续交付的整个生命周期。
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目前，绝大多数组织都选择了 Jenkins 作为内部的持续集成工具，主要原因是：
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* 代码开源， 插件完善，系统稳定；
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* 社区活跃，成功实践与网上资源比较丰富；
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* Jenkins Pipeline 非常灵活好用。
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大致了解了集成工具之后，携程和绝大部分企业一样，选择了最开放、最易于扩展的Jenkins作为集成构建的引擎，而且分别从实现横向的Master高可用和纵向的Slave弹性伸缩两方面，使构建系统更为强大和高效。
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## Jenkins Master 高可用架构的
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目前普遍的 Jenkins 搭建方案是：一个 Jenkins Master 搭配多个 Jenkins Slave。大多数情况下，这种方案可以很好地工作，并且随着构建任务的增加，无脑扩容 Jenkins Slave 也不是一件难事。另外，不管是 Linux Slave 还是 Windows Slave ，Jenkins 都可以很好地支持，并且非常稳定。
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但是，随着业务的增长，微服务架构的流行，持续交付理念的深入人心，构建会变得越来越多，越来越频繁，单个 Jenkins Master 终究会成为系统中的瓶颈。
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遗憾的是，开源的 Jenkins 并没有给我们提供一个很好的 Master 高可用方案，CloudBees 公司倒是提供了一个高可用的插件，但是价格不菲。
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所以，为了鱼与熊掌兼得，最终携程决定自己干。下面是我们构建系统的基本架构：
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图1 携程Jenkins Master 高可用架构
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携程的解决思路是在 Jenkins 上面再封装两层： Build Service 暴露构建的 HTTP 接口，接收请求后将任务丢给异步队列 Build Worker，Build Worker 根据不同的策略将任务分发给符合条件的 Jenkins Master。
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这里的分发条件，可以是编译任务的平台或语言，比如可以将基于 Windows 和 Linux 的任务分别放在不同的 Jenkins Master 上，也可以将 Java 构建和 NodeJS 构建任务放在不同的 Jenkins Master 上。
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除此之外，携程的这个构建系统还可以满足的一种需求是：一些比较复杂且重要的业务线，有时也会提出独立构建资源的需求，以达到独占编译资源的目的。
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总而言之，构建任务分发的策略可以是非常灵活的：构建 Worker 和 Jenkins Master 之间有“心跳监测”，可以时刻检查 Jenkins Master 是否还健康，如果有问题就将任务分发到其他等价的 Jenkins Master 上，并给相关人员发送告警通知。
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这种拆解 Jenkins Master 主要有以下几个好处：
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1. 每个 Job 都可运行在至少两个 Jenkins Master 之上， 保证高可用；
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2. 根据不同的策略将 Job 做 Sharding， 避免积压在同一个 Master 上；
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3. Jenkins Master 按需配置，按需安装不同的插件，便于管理。
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利用这套方案，携程就可以做到Master层面的伸缩了。这套方案的实现成本并不是很大，简单易懂，小团队也完全可以掌握和实施。
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## Jenkins Slave 弹性伸缩方案
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解决了Jenkins Master的高可用问题，接着就要去思考如何才能解决Slave资源管理和利用率的问题了。因为，你会发现一个组织的集成和构建往往是周期性的，高峰和低谷都比较明显，而且随着组织扩大，幅度也有所扩大。所以，如果按照高峰的要求来配备Slave实例数，那么在低谷时，就很浪费资源了。反之，又会影响速度，造成排队。
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因此，我们需要整个Slave集群具有更优的弹性：既要好管理，又要好扩展。在携程，我们尝试过多种虚拟机方案，比如全Windows类型、金映象方案等等。最后，根据容器的特性，选择了容器作为解决方案。期间也经历了Mesos 到 K8s的两套方案。
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**第一，最初的虚拟机**
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在最初构建种类不多并且场景不复杂的情况下，我们的 Slave 全部使用 Windows 虚拟机。
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我们把所需的构建软件像大杂烩一样一股脑地安装在虚拟机上，比如，编译 .NET 所需的 MSBuild ，编译 Java 所需的 Maven。我们维护着一份啰嗦冗长的安装手册，并小心翼翼地这些文档保存在服务器上。
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这时，最怕的就是构建环境的变更，比如某个软件要升级，要添加对某个新软件的支持。这些变更需要我们对所有机器的操作都重来一遍，甚至还需要关机重启，十分费时折腾。
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后来，我们尝试了将虚拟机维护成镜像，并使用 SaltStack 做自动化变更。虽然日子好过了点，但升级一次环境还是需要投入不少人工成本。另外，文档的更新始终一件苦差事，从来不敢怠慢就怕某次变更没有记录在案。
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你我都清楚，写文档从来都不像写代码那么舒服。程序员最讨厌的两件事也都和文档相关：一是给自己的软件写文档，二是别人的软件没有文档。
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这让我们非常困扰，我们做的是 DevOps 与持续交付，但是自己的工具管理却如此混乱无章，这也使我们感觉十分蒙羞与窘迫。
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**第二，容器化的甜头**
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随着容器越来越流行，我们发现：使用容器镜像保存构建环境是一个非常不错的选择。相对于虚拟机，容器技术主要有以下几个优势：
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1. 使用 Dockerfile 描述环境信息相对于之前的文档更加直观，并且可以很自然地跟 Git 结合做到版本化控制，先更新 Dockerfile 再更新镜像是很自然的事。
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2. 镜像更容易继承，你可以配置一个 Base 镜像，然后根据不同的需求叠加软件。比如，你的所有构建都需要安装 Git 等软件，那么就可以把它写到 Base 镜像里面。
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3. Docker 镜像可以自由控制，开发人员可以自己推送镜像，快速迭代。重建容器的代价比重建虚拟机小得多，容器更加轻量，更容易在本地做测试。
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目前，携程的构建系统已经支持了包括： Java， NodeJS，Golang，Erlang，Python 等多种语言的构建，并且维护起来非常轻松，完全没有负担。
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在尝到了 Linux 容器带来的甜头之后，我们毅然决然地开始研究 Windows 容器技术。经过不断地尝试与探索，终于把它应用到了生产环境，并且取得了非常不错的效果，目前为止运行也十分稳定。
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**第三，让资源弹起来**
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容器化在很大程度上解决了运维成本的问题，虽然通过 Docker 管理容器比虚拟机要方便一些，但是管理大量的容器却也没那么得心应手。
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此外，我们之前使用容器的方式几乎和使用虚拟机一样，也就是所谓的 “胖容器”，一旦创建，不管用不用，它都在那里。而构建是一个周期性的行为，一般跟着程序员的工作时间走：工作日比周末多，白天比晚上多，甚至还有明显的午饭和晚饭空闲期。
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后来 Mesos 与 Kubernetes等主流的容器集群管理工具渐渐浮出水面，出现在我们的视野中。
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基于 Borg 成熟经验打造的 Kubernetes，为容器编排管理提供了完整的开源方案，并且社区活跃，生态完善，积累了大量分布式、服务化系统架构的最佳实践。在2017 年， 携程尝试将 Jenkins 和Kubernetes集成在了一起 。
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目前，Jenkins 社区已经提供了一个Kubernetes插件，而且是免费的，使得 Jenkins 与 K8s 的集成变得非常简单轻松。
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图2 构建数量与容器数量对比
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上图就是我们某台宿主机 24 小时的构建数量与所创建容器的对比图，可以看出两条曲线呈现的趋势基本是一致的。我们在夜晚闲置的资源上，调度了一些其他的离线 Job，大幅提升了资源利用率。
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所以，携程利用容器技术，也顺利实现了Slave节点的弹性伸缩。对于中小型企业，初期完全可以利用Jenkins及其Kubernetes插件，做到Slave节点的资源弹性伸缩。至于与离线Job混部，因为要考虑的因素较多，可以在应用容器化之后再考虑。
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## 总结与实践
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我主要介绍了几种流行的持续集成工具，以及基于 Jenkins 的高可用构建系统的一些基本设计理念和我们系统的演变过程。
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1. 通常建议使用成熟的CI产品（比如，Travis CI、Circle CI、Jenkins CI）来作为平台的基础；
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2. 虽然这些CI工具是成熟产品，但面对日新月异的技术需求，高可用和伸缩问题还是要自己解决；
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3. 通过请求分发等设计，可以实现Master节点的横向伸缩及高可用问题；
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4. 利用容器技术，可以解决Salve节点的弹性伸缩和资源利用率问题。
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最后，你可以尝试搭建一套 Jenkins 与Kubernetes 服务，让你的任务跑在动态创建出来的容器上，并思考一下这个方案有没有什么缺点和不足。
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感谢你的收听，欢迎你给我留言。
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