Was ist eine unveränderliche Infrastruktur? Ein umfassender Leitfaden

• Eine unveränderliche Infrastruktur ersetzt Server und Container, anstatt sie zu verändern, und gewährleistet so konsistente Bereitstellungen.
• Automatisierung und Versionskontrolle sind für den Aufbau und die Verwaltung dieses Ansatzes von grundlegender Bedeutung.
• Vorgefertigte, versionierte Images oder Container werden für konsistente und wiederholbare Bereitstellungen verwendet.

Stellen Sie sich vor, Sie haben einen Server in einer veränderlichen Konfiguration bereitgestellt. Sie melden sich an, wenden Aktualisierungen an, ändern die Konfiguration und verbringen dann Stunden mit der Fehlersuche, was schief gelaufen ist. In einer unveränderlichen Infrastruktur hingegen bleibt der Server nach der Bereitstellung unberührt. Wenn Sie Änderungen benötigen, erstellen Sie eine aktualisierte Version des Serverabbilds und stellen es erneut bereit.

Das Konzept der unveränderlichen Infrastruktur hat sich als entscheidender Faktor erwiesen, insbesondere im Cloud Computing und DevOps. Aber was genau bedeutet es und warum ist es so wichtig?

Veränderliche vs. unveränderliche Infrastruktur

Um die unveränderliche Infrastruktur besser zu verstehen, vergleichen wir sie mit dem traditionellen veränderlichen Ansatz:

Veränderbare Infrastruktur

Bei dieser traditionellen Art der Serververwaltung muss man einen Server mit allen Anwendungen und Einstellungen einrichten und im Laufe der Zeit immer wieder Änderungen direkt auf diesem Server vornehmen. Dazu gehören in der Regel die Anwendung von Patches, die Aktualisierung von Software und die Anpassung von Konfigurationen. Das ist zwar einfach, wirft aber eine Reihe von Problemen auf, wie zum Beispiel:

Konfigurationsabweichung: Im Laufe der Zeit häufen sich kleinere Änderungen, bis sie dazu führen, dass die Server nicht mehr mit der ursprünglichen Konfiguration übereinstimmen. Dies macht es schwierig, die Konsistenz in der gesamten Infrastruktur aufrechtzuerhalten.

Schneeflocken-Server: Jeder Server ist einzigartig, wie eine Schneeflocke, was die Reproduktion von Umgebungen und die Fehlersuche erschwert.

Schwierige Rollbacks: Das Zurücksetzen auf einen früheren Zustand erfordert normalerweise manuelle Eingriffe, was die Komplexität und das Risiko erhöht.

Unveränderliche Infrastruktur

Dieser moderne Ansatz kehrt das Drehbuch um. Anstatt bestehende Server zu ändern, werden sie durch Klone der Originale ersetzt. Wenn eine Aktualisierung mit den Änderungen erforderlich ist, wird ein neues Image oder ein neuer Container erstellt, und die alte Instanz wird durch eine neue Version ersetzt.

Zu den wichtigsten Grundsätzen gehören:

Konsistente Bilder/Container: Jede Komponente wird auf der Grundlage eines definierten Entwurfs erstellt, wodurch die Konsistenz über verschiedene Umgebungen hinweg gewährleistet wird.

Automatisierte Bereitstellung: Die Einsätze sind automatisiert, was die Möglichkeit menschlicher Fehler reduziert.

Wegwerfkomponenten: Infrastrukturkomponenten können als Wegwerfkomponenten behandelt werden, die bei Bedarf leicht ausgetauscht werden können und somit Aktualisierungen und Skalierungen wesentlich vereinfachen.

Wie funktioniert es?

Das unveränderliche Infrastrukturmodell steht in engem Zusammenhang mit Automatisierung und Versionskontrolle. Es stützt sich auf einen genau definierten, automatisierten Prozess, um Konsistenz und Wiederholbarkeit zu gewährleisten. Hier finden Sie eine genauere Aufschlüsselung der allgemeinen Funktionsweise: 

1. Definieren Sie Infrastruktur als Code (IaC): Infrastructure-as-code ist die Grundlage einer unveränderlichen Infrastruktur. Tools wie Terraform können verwendet werden, um die Basisinfrastruktur - Dinge wie virtuelle Maschinen, Netzwerke und Load Balancer - mithilfe von Code zu definieren und zu verwalten. Die Versionierung dieses Codes bedeutet, dass die Nachverfolgung von Änderungen und Rollbacks sehr viel einfacher wird.

2. Automatisieren Sie mit CI/CD: A Kontinuierliche Integration/kontinuierliche Bereitstellung (CI/CD) schafft eine automatisierte Pipeline von der Codeübergabe über die Erstellung von Images/Containern bis zur endgültigen Bereitstellung. Dadurch wird sichergestellt, dass Änderungen konsistent und effizient erstellt, getestet und bereitgestellt werden. Die CI/CD-Pipeline steuert die folgenden Build- und Bereitstellungsschritte:

3. Erstellen von Bildern/Containern: Dies ist das Kernstück des unveränderlichen Prozesses.

• Image-Erstellung (für VMs): Tools wie Packer können zur Automatisierung der Erstellung vorkonfigurierter Maschinen-Images verwendet werden. Eine Packer-Vorlage definiert ein Basis-Image (z. B. eine minimale Linux-Distribution), Provisioner (Skripte oder Konfigurationsmanagement-Tools wie Ansible, Chef oder Puppet) zur Installation von Software und Konfiguration von Einstellungen sowie Builder (die Zielplattformen wie AWS, Azure oder Google Cloud). Das resultierende Image wird dann in einem Image-Repository gespeichert.
• Containerbau (für Container): Dockerfiles definieren die Schritte zur Erstellung von Container-Images. Ein Dockerfile beginnt mit einem Basis-Image und fügt dann Anwendungscode, Bibliotheken und Abhängigkeiten hinzu. Diese Images werden in einer Container-Registry (wie Docker Hub oder einer privaten Registry) gespeichert.

4. Bereitstellen von Images/Containern: Die vorgefertigten Images oder Container werden in der Zielumgebung bereitgestellt.

• VM-Bereitstellungen: Neue Instanzen aus den vorgefertigten Images werden mit Terraform oder anderen Cloud-spezifischen Deployment-Tools erstellt.
• Container-Bereitstellungen: Container-Orchestrierungsplattformen wie Kubernetes werden verwendet, um alle Aspekte wie Bereitstellung, Skalierung und den Lebenszyklus eines Containers zu verwalten. Wenn Sie Ihre Anwendung aktualisieren müssen, stellt Kubernetes neue Container neben den alten bereit und verlagert den Datenverkehr schrittweise auf die neue Version, bevor die alten Container außer Betrieb genommen werden. Auf diese Weise wird das Prinzip "Ersetzen, nicht ändern" in containerisierten Umgebungen durchgesetzt.

Vorteile einer unveränderlichen Infrastruktur

Die Umstellung auf ein unveränderliches Modell mag wie eine große Veränderung erscheinen, kann aber einige der dringendsten Herausforderungen in modernen IT-Umgebungen lösen. Indem veränderliche Komponenten durch vorgefertigte, unveränderliche Images ersetzt werden, können Unternehmen ein Maß an Konsistenz und Zuverlässigkeit erreichen, das mit herkömmlichen Infrastrukturen nur schwer zu erreichen ist. Im Folgenden finden Sie einige der Vorteile dieses Ansatzes:

Erhöhte Stabilität

Bei jeder Bereitstellung wird ein vorgefertigtes, identisches Image verwendet, so dass es keine Diskrepanzen zwischen Entwicklungs-, Test- und Produktionsumgebung gibt.

Verbesserte Sicherheit

Unveränderliche Systeme vermeiden manuelle Aktualisierungen und Ad-hoc-Korrekturen und begrenzen so die Konfigurationsabweichung, die eine häufige Ursache für Sicherheitslücken ist. Wenn eine Schwachstelle entdeckt wird, kann ein gepatchtes Image bereitgestellt werden, das das veraltete vollständig ersetzt.

Vereinfachte Rollbacks

Das Zurücksetzen auf einen früheren Zustand ist einfach zu bewerkstelligen. Da jede Version unveränderlich ist und gespeichert wird, können Sie bei Bedarf schnell ein früheres Image erneut bereitstellen.

Leichte Skalierbarkeit

Die Skalierung wird mühelos, da neue Instanzen desselben unveränderlichen Bildes konsistent und ohne unerwartete Abweichungen reproduziert werden können.

Optimierte Fehlersuche

Es müssen keine manuellen Änderungen nachverfolgt werden, so dass es einfacher ist, Probleme zu finden. Protokolle und Überwachungsdaten können Probleme ohne das Rauschen unerwarteter Änderungen aufzeigen.

Herausforderungen und Überlegungen

Ein unveränderliches Modell bietet zwar eine Reihe von Vorteilen, aber es ist auch wichtig, sich der Herausforderungen bewusst zu sein, die mit diesem Ansatz verbunden sind. Hier sind einige wichtige Punkte, die Sie im Auge behalten sollten:

Komplexität der Ersteinrichtung

Der Aufbau der Grundlage für unveränderliche Infrastrukturen wie CI/CD-Pipelines und Prozesse zur Erstellung von Images oder Containern erfordert eine Menge Vorarbeit. Dies könnte für Unternehmen, die unter Ressourcenbeschränkungen arbeiten oder nicht über ausreichende Erfahrung verfügen, eine große Hürde darstellen.

Erhöhte Speicheranforderungen

Bei der Speicherung verschiedener Versionen von Images oder Containern kann der Verbrauch steigen, insbesondere in Umgebungen mit häufigen Aktualisierungen oder groß angelegten Bereitstellungen.

Überlegungen zur Sicherheit

Auch wenn die Basis-Images unveränderlich sind und die Systeme im Grunde genommen "weggeworfen" werden können, müssen sie dennoch mit bewährten Sicherheitsverfahren konfiguriert werden, um zu verhindern, dass sie von Bedrohungsakteuren ausgenutzt werden. Dazu gehören die Verwendung vertrauenswürdiger Basis-Images, die Implementierung Sicherheitshärtungsmaßnahmen bei der Erstellung, regelmäßiges Scannen auf Schwachstellen und die Einhaltung der Sicherheitsstandards der Branche. Der Unterschied besteht darin, dass diese Tools und Konfigurationen direkt in die Basis-Images integriert sind, so dass jede von Ihnen bereitgestellte Instanz von Anfang an sicher ist. Und wenn Schwachstellen gefunden werden, wird das System nicht auf herkömmliche Weise gepatcht, sondern das Image wird mit der Korrektur neu erstellt und erneut bereitgestellt. Wenn das System nicht sofort austauschbar ist (z. B. aufgrund von Arbeitsbelastung oder Leistungseinschränkungen der gesamten Infrastruktur), können Sie eine Live-Patching-Lösung wie KernelCare Enterprise auf das Basis-Image aufspielen. Sie kümmert sich um die Abdeckung neuer Probleme, bis das System zerstört und mit einem aktualisierten Image neu erstellt wird.

Lernkurve und Kulturwandel

Die Umstellung auf eine unveränderliche Infrastruktur erfordert das Erlernen neuer Tools wie Packer, Docker und Kubernetes. Vor allem aber ist ein Umdenken erforderlich, um die Philosophie "Ersetzen, nicht aktualisieren" anzunehmen. Die Teams müssen sich an neue Arbeitsabläufe anpassen, stark auf Automatisierung setzen und neue Debugging-Strategien entwickeln.

Fehlersuche und Fehlerbehebung

Die Fehlerbehebung in einem unveränderlichen Setup unterscheidet sich von der Durchführung von Live-Änderungen an einer laufenden Instanz. Stattdessen empfiehlt es sich, das problematische Image oder den Container in einer sauberen Umgebung neu zu erstellen, um Konsistenz und Kontrolle zu gewährleisten.

Zustandsabhängige Anwendungen und Datenpersistenz

Eine unveränderliche Infrastruktur begünstigt zustandslose Anwendungen, aber viele Workloads sind auf beständige Daten angewiesen. Dies erfordert eine sorgfältige Planung, um die Zustandsverwaltung von unveränderlichen Komponenten zu trennen, was die Komplexität der Architektur erhöht.

Abschließende Überlegungen

Eine unveränderliche Infrastruktur verändert die Art und Weise, wie Unternehmen ihre Systeme aufbauen und verwalten. Durch die Umstellung von herkömmlichen, veränderlichen Systemen auf unveränderliche Systeme können Unternehmen die Sicherheit erhöhen, indem sie die Angriffsfläche verringern und das Patching rationalisieren. Außerdem wird mehr Konsistenz geschaffen, was die Bereitstellung reibungsloser und zuverlässiger macht. Außerdem wird eine bessere Skalierbarkeit unterstützt, da Anwendungen und Infrastrukturen nach Bedarf auf- und abgebaut werden können.

Dieser Ansatz passt perfekt zu modernen Praktiken wie DevOps und CI/CD und hilft Teams, schneller und sicherer zu liefern. Ganz gleich, ob Sie Cloud-native Anwendungen ausführen, Edge-Bereitstellungen skalieren oder hochsensible Umgebungen absichern - es handelt sich um eine leistungsstarke Strategie, die die Zukunft der IT prägt.

Zusammenfassung

Artikel Name

Was ist eine unveränderliche Infrastruktur? Ein umfassender Leitfaden

Beschreibung

Erkunden Sie die unveränderliche Infrastruktur: was sie ist, wie sie funktioniert, ihre Vorteile und Herausforderungen. Erfahren Sie, wie sie sich von veränderlicher Infrastruktur unterscheidet.

Autor

Rohan Tomalsina

Name des Herausgebers

TuxCare

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