云实例初始化的行业标准：Cloud-Init

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云实例初始化的行业标准：Cloud-Init

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简书

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Cloud-Init是跨平台云实例初始化的行业标准，得到了所有主要公共云提供商的支持。它在启动时识别运行环境，读取云端元数据，并据此初始化系统，包括网络、存储设备和SSH访问密钥等配置。本文将详细介绍Cloud-Init的功能、使用场景及其与其他自动化部署工具的区别。

Cloud-Init在云平台中的普及

Cloud-Init几乎已经成为云计算领域中初始化虚拟机的事实标准，其广泛的应用几乎遍及所有主流的云平台。通过观察Cloud-Init支持的数据源（datasource），可以发现其兼容性极强，不仅支持众多云服务提供商，如AWS（亚马逊云服务）、Azure（微软云）、Aliyun（阿里云），还包括多种私有云和容器虚拟化部署方案，例如CloudStack、OpenNebula、OpenStack和LXD。

Cloud-Init解决了什么问题？

Cloud-Init主要解决了快速、自动化配置和启动云实例的问题，以便高效地适应云计算环境中的动态变化需求。这个工具的设计初衷旨在简化云实例的初始化流程。自从作为一个开源项目推出以来，Cloud-Init迅速获得了广泛的认可，并很快成为了几乎所有主要云服务提供商（如Amazon Web Services、Google cloud Platform和Microsoft Azure）支持的标准部分。

在云计算的早期阶段，虚拟机的设置和配置是一个耗时且复杂的过程，特别是面对大规模的配置和依赖软件安装需求时。虽然预配置的系统镜像能够实现快速部署，但随着计算需求的多样化和架构的复杂化，这种方法逐渐显得不够灵活和高效。运维人员需要对每个实例进行手动配置，如配置网络、存储、SSH密钥、软件包和各种其他系统方面，这不仅增加了运维工作量，也提高了出错的可能性。

Cloud-Init应运而生，以解决这一痛点。它允许用户在云实例首次启动时自动执行一系列定制化的配置任务，如设置主机名、网络配置、用户管理、安装软件包等，极大地简化了云实例的部署和管理。通过使用Cloud-Init，用户可以为云实例定制启动脚本和配置文件，从而实现真正的“一次配置，到处运行”，大幅提升了云资源的部署效率和灵活性。在云实例启动过程中，Cloud-Init负责识别其运行的云环境，并据此对系统进行相应的初始化设置。这意味着在首次启动时，云实例将被自动配置好网络、存储、SSH密钥、软件包以及其他多种系统设置，无需额外的人工干预。Cloud-Init的核心价值在于它为云实例的启动和连接提供了一种无缝的桥梁，确保实例按照预期的方式运作。对于使用云服务的用户来说，Cloud-Init提供了一种无需安装即可进行的首次启动配置管理方案。对于云提供商，它提供了可以与其云集成的实例设置。

Cloud-Init的功能和使用场景

Cloud-Init提供了一系列功能，能够支持多种云计算环境中的自动化配置和管理任务。通过这些功能和使用场景，Cloud-Init为云计算环境中的自动化部署和管理提供了强大的支持，极大地提升了云资源的配置灵活性和效率。

Cloud-Init通常用于在应用进程真正启动之前完成一些自定义的初始化操作。常见的初始化操作包括但不限于：

设置hostname
添加SSH keys
在第一次启动时执行一个脚本
格式化并且挂载一个数据盘
启动Ansible playbook
安装一个DEB/RPM包

我们的项目AutoMQ是基于云实现的云原生Kafka。在云上（以AWS为例）如果不使用k8s部署，AutoMQ将会使用ASG和EC2来运行。AutoMQ启动前涉及一系列初始化任务和配置才可以完整正常的启动。以下内容是AutoMQ企业版控制面实际采用的Cloud-Init脚本内容，用于完成启动初始化。其大体的步骤主要是：

初始化systemd使用的service文件
使用aws sdk利用ECS RAM Role完成身份认证，保证其有对其他云服务的访问权限
准备AutoMQ需要的环境变量
通过脚本启动AutoMQ systemd服务。

 #cloud-config
write_files:
- path: /etc/systemd/system/kafka.service
    permissions: '0644'
    owner: root:root
    content: |
      // ignore some code...
      
- path: /opt/automq/scripts/run.info
    permissions: '0644'
    owner: root:root
    content: |
      role=
      wal.path=
      init.finish=
runcmd:
    // ignore some code....
    echo "Start getting the meta and wal volume ids" > ${AUTOMQ_HOME}/scripts/automq-server.log
    region_id=$(curl -s http://169.254.169.254/latest/meta-data/placement/region)
    
    aws configure set default.region ${region_id} --profile ec2RamRoleProfile
    aws configure set credential_source Ec2InstanceMetadata --profile ec2RamRoleProfile
    aws configure set role_arn #{AUTOMQ_INSTANCE_PROFILE} --profile ec2RamRoleProfile
    
    instance_id=$(curl -s http://169.254.169.254/latest/meta-data/instance-id)
- |
    echo "AUTOMQ_ENABLE_LOCAL_CONFIG=#{AUTOMQ_ENABLE_LOCAL_CONFIG}" >> ${AUTOMQ_HOME}/scripts/env.info
    // ignore some code....
- |
    echo "export AUTOMQ_NODE_ROLE='#{AUTOMQ_NODE_ROLE}'" >> /etc/bashrc
    // ignore some code....
    source /etc/bashrc
- sh ${AUTOMQ_HOME}/scripts/automq-server.sh up --s3url="#{AUTOMQ_S3URL}" >> ${AUTOMQ_HOME}/scripts/automq-server.log 2>&1 &

注意：该userdata内容不完整，仅为参考示意，需要配合AutoMQ其他脚本和企业版代码才可以直接运行

在谈论初始化环境时，你可能会想到Docker或者k8s。但好消息是，你实际上不必在两者之间做出选择。因为为了使用Docker或者k8s，你仍然需要在机器上安装和配置Docker或者K8s的组件，这时候就需要使用Cloud-Init来进行配置了。大家只是在不同抽象级别的runtime上的差异而已，两者并不冲突。可以把Cloud-Init理解为VM世界的Dockerfile。

Cloud-Init是如何工作的？

工作流程大致可以分为两个阶段，分别发生在启动过程的早期（本地启动阶段）和晚期。

在网络配置启用之前的本地启动阶段，Cloud-Init主要执行以下操作：

识别数据源：通过检查硬件内置值来识别实例运行的数据源，数据源是所有配置数据的来源。
获取配置数据：一旦识别出数据源，Cloud-Init从中获取配置数据。这些数据指示Cloud-Init要执行的操作，可能包括实例的元数据（如机器ID、主机名和网络配置）、供应商数据和用户数据（userdata）。其中，供应商数据由云供应商提供，用户数据（userdata）由用户提供，这些数据通常在网络配置之后应用。
写入网络配置：Cloud-Init写入网络配置并配置DNS，以备网络服务启动时应用。

在网络配置之后的启动阶段，Cloud-Init执行非关键配置任务，根据供应商数据和用户数据（userdata）配置运行中的实例。具体操作包括：

配置管理：Cloud-Init可以与Puppet、Ansible或Chef等工具交互，应用更复杂的配置并确保系统是最新的。
安装软件：在此阶段，Cloud-Init可以安装软件，并运行软件更新以确保系统完全更新并准备就绪。
用户账户：Cloud-Init能够创建和修改用户账户，设置默认密码，并配置权限。
执行用户脚本：如果用户数据中提供了自定义脚本，Cloud-Init可以运行它们，允许安装附加指定的软件，应用安全设置等。它还可以将SSH密钥注入到实例的authorized_keys文件中，从而允许安全地远程访问机器。

启动阶段的细分：