🥇DevOps-Leitfaden für Einsteiger

Was ist die Bedeutung von DevOps und was bedeutet es für IT-Experten? Eine Beschreibung von Methoden, Frameworks und Werkzeugen.

Seit der Begriff DevOps in der IT-Welt etabliert wurde, hat sich viel verändert. Angesichts der Tatsache, dass ein Großteil des Ökosystems Open Source ist, ist es wichtig, den Ursprung und die Auswirkungen auf Karrieren in der IT zu reflektieren.

Was ist DevOps

Obwohl es keine einheitliche Definition gibt, betrachte ich DevOps als ein technologisches Framework, das die Zusammenarbeit zwischen Entwicklungs- und Betriebsteams fördert, um eine schnellere Bereitstellung von Code in Produktionsumgebungen zu ermöglichen, dabei Wiederholbarkeit und Automatisierung zu gewährleisten. Im Rest des Artikels werden wir diese Aussage näher erläutern.

Der Begriff „DevOps“ ist eine Kombination der Wörter „Entwicklung“ (development) und „Betrieb“ (operations). DevOps trägt dazu bei, die Geschwindigkeit der Anwendungs- und Servicebereitstellung zu erhöhen. Dadurch können Organisationen ihre Kunden effizient bedienen und wettbewerbsfähiger auf dem Markt werden. Einfach gesagt, ist DevOps die Vereinheitlichung zwischen Entwicklung und IT-Betrieb mit einer effektiveren Zusammenarbeit und Interaktion.

DevOps fördert eine Kultur, in der die Zusammenarbeit zwischen Entwicklerteams, Betreibern und Geschäftsteams als wesentlicher Aspekt angesehen wird. Es geht nicht nur um Werkzeuge, da DevOps in der Organisation kontinuierlich sowohl den Mitarbeitern als auch den Kunden zugutekommt. Die Werkzeuge sind eines der Grundpfeiler neben den Menschen und Prozessen. DevOps verbessert die Fähigkeit der Organisationen, qualitativ hochwertige Lösungen in kurzer Zeit bereitzustellen. Zudem automatisiert DevOps sämtliche Prozesse, von der Erstellung bis zur Bereitstellung von Anwendungen oder Produkten.

Die Diskussion über DevOps konzentriert sich auf die Beziehungen zwischen Entwicklern, die Software für die Praxis schreiben, und den Betreibern, die für die Unterstützung dieser Software verantwortlich sind.

Herausforderungen für das Entwicklerteam

Entwickler sind in der Regel enthusiastisch und bereit, neue Ansätze und Technologien zur Lösung von Problemen in Organisationen einzuführen. Allerdings stehen sie auch vor bestimmten Herausforderungen:

Der wettbewerbsintensive Markt übt großen Druck auf eine zeitgerechte Produktlieferung aus.
Sie müssen sich um das Management von produktionsbereitem Code und die Implementierung neuer Funktionen kümmern.
Der Veröffentlichungzyklus kann lang dauern, weshalb das Entwicklungsteam mehrere Annahmen treffen muss, bevor Anwendungen bereitgestellt werden. In solchen Fällen ist eine großzügigere Zeitspanne erforderlich, um Probleme während der Bereitstellung in der Produktions- oder Testumgebung zu lösen.

Herausforderungen, vor denen das Betriebsteam steht

Betriebsteams waren historisch auf die Stabilität und Zuverlässigkeit von IT-Diensten ausgerichtet. Daher konzentrieren sich die operativen Teams darauf, Stabilität durch Änderungen an Ressourcen, Technologien oder Ansätzen zu erreichen. Zu ihren Aufgaben gehören:

Management der Ressourcenverteilung bei steigendem Bedarf.
Bearbeitung von Änderungen im Design oder in den Einstellungen, die für die Anwendung in der Produktionsumgebung erforderlich sind.
Diagnose und Problemlösung im Zusammenhang mit der Produktion, nachdem Anwendungen selbstständig bereitgestellt wurden.

Wie DevOps Entwicklungs- und Betriebsprobleme löst

Anstatt eine Vielzahl von Anwendungsfunktionen gleichzeitig einzuführen, versuchen Unternehmen herauszufinden, ob sie eine kleinere Anzahl von Funktionen für ihre Kunden in einer Reihe von iterativen Releases bereitstellen können. Dieser Ansatz bietet zahlreiche Vorteile, wie eine bessere Softwarequalität und schnellere Rückmeldungen von Kunden. Dies wiederum sorgt für ein hohes Maß an Kundenzufriedenheit. Um diese Ziele zu erreichen, sind Unternehmen gefordert:

Die Fehlerrate bei neuen Releases zu senken
Die Bereitstellungshäufigkeit zu erhöhen
Eine schnellere durchschnittliche Wiederherstellungszeit nach der Veröffentlichung eines neuen Anwendungsreleases zu erreichen.
Die Zeit für Fehlerbehebungen zu verkürzen

DevOps bewältigt all diese Aufgaben und sorgt für eine reibungslose Bereitstellung. Organisationen nutzen DevOps, um Leistungsniveaus zu erreichen, die vor einigen Jahren noch unvorstellbar waren. Sie führen Dutzende, Hunderte und sogar Tausende von Deployments pro Tag durch und gewährleisten dabei eine erstklassige Zuverlässigkeit, Stabilität und Sicherheit. (Erfahren Sie mehr über die Batchgrößen und deren Einfluss auf die Bereitstellung von Software).

DevOps versucht verschiedene Probleme zu lösen, die durch die Anwendung vergangener Methodiken entstanden sind, darunter:

Die Isolation der Arbeit von Entwicklungs- und Betriebsteams.
Tests und Bereitstellung als separate Phasen, die nach dem Design und der Erstellung durchgeführt werden und mehr Zeit in Anspruch nehmen als die Entwicklungszyklen.
Übermäßiger Zeitaufwand für Tests, Bereitstellung und Design anstelle der Konzentration auf die Schaffung grundlegender Geschäftsservices.
Manuelle Bereitstellung von Code, die zu Fehlern in der Produktion führt.
Unterschiedliche Arbeitszeitpläne der Entwicklungs- und Betriebsteams, die zusätzliche Verzögerungen verursachen.

Die Gegenüberstellung von DevOps, Agile und traditioneller IT.

DevOps wird häufig im Zusammenhang mit anderen IT-Praktiken diskutiert, insbesondere mit agiler und Wasserfall-IT-Infrastruktur.

Agilität ist eine Sammlung von Prinzipien, Werten und Methoden zur Softwareerstellung. Wenn Sie zum Beispiel eine Idee haben, die Sie in Software umsetzen möchten, können Sie die Prinzipien und Werte der Agilität nutzen. Diese Software kann jedoch nur in einer Entwicklungs- oder Testumgebung funktionieren. Sie benötigen einen einfachen und sicheren Weg, um Software schnell und mit hoher Wiederholbarkeit in die Produktionsumgebung zu übertragen, und dieser Weg führt über DevOps-Tools und -Methoden. Die agile Software-Entwicklungsmethodik konzentriert sich auf die Entwicklungsprozesse, während DevOps für die Entwicklung und Bereitstellung verantwortlich ist — auf sicherste und zuverlässigste Weise.

Der Vergleich des traditionellen Wasserfallmodells mit DevOps ist ein guter Weg, um die Vorteile von DevOps zu verstehen. Im folgenden Beispiel wird angenommen, dass die Anwendung in vier Wochen live gehen soll, die Entwicklung zu 85 % abgeschlossen ist, die Anwendung bereitgestellt wird und der Prozess zur Beschaffung von Servern zur Bereitstellung des Codes gerade erst begonnen hat.

Traditionelle Prozesse
Prozesse in DevOps

Nach der Bestellung neuer Server arbeitet das Entwicklerteam an den Tests. Die operative Gruppe erstellt umfassende Dokumentationen, die für die Bereitstellung der Infrastruktur in Unternehmen erforderlich sind.
Nach der Bestellung neuer Server arbeiten die Entwickler- und Betriebsteams gemeinsam an den Prozessen und dem Dokumentenfluss für die Installation der neuen Server. Dies ermöglicht ein besseres Verständnis der Infrastrukturanforderungen.

Es gibt verzerrte Informationen über die Wiederherstellung nach Ausfällen, Redundanz, Standorte von Rechenzentren und Speichervoraussetzungen, da es an Eingaben vom Entwicklerteam fehlt, das über tiefgehende Fachkenntnisse verfügt.
Detaillierte Informationen zur Ausfallsicherheit, Redundanz, Notfallwiederherstellung, Standorte von Rechenzentren und Speichervoraussetzungen sind dank der Beiträge des Entwicklerteams bekannt und korrekt.

Die operative Gruppe hat keinen Einblick in den Fortschritt des Entwicklerteams. Sie entwickelt zudem einen Überwachungsplan basierend auf ihren eigenen Vorstellungen.

Das operative Team ist vollständig über die Fortschritte informiert, die das Entwicklungsteam erzielt hat. Es arbeitet auch mit dem Entwicklungsteam zusammen, um einen Monitoring-Plan zu entwickeln, der sowohl IT- als auch Geschäftsanforderungen erfüllt. Außerdem werden Werkzeuge zur Überwachung der Anwendungsleistung (APM) eingesetzt.

Ein Lasttest, der vor dem Start der Anwendung durchgeführt wird, führt zu einem Ausfall der Anwendung, was deren Launch verzögert.
Ein Lasttest, der vor dem Start der Anwendung durchgeführt wird, führt zu einer Leistungsminderung. Das Entwicklungsteam identifiziert schnell Engpässe, und die Anwendung wird pünktlich gestartet.

DevOps-Zyklus

DevOps umfasst die Annahme bestimmter bewährter Praktiken.

Kontinuierliche Planung

Kontinuierliche Planung basiert auf Prinzipien der Lean-Methodik. Sie beginnt im Kleinen, indem Ressourcen und Ergebnisse ermittelt werden, die erforderlich sind, um den geschäftlichen Wert oder die Vision zu validieren. Dabei wird ständig angepasst, der Fortschritt gemessen, die Bedürfnisse der Kunden untersucht und die Richtung bei Bedarf geändert, um die Flexibilität zu gewährleisten. Zudem dient dies zur Aktualisierung des Geschäftsplans.

Gemeinsame Entwicklung

Die gemeinsame Entwicklung ermöglicht es Unternehmen, Entwicklerteams und Testteams, die über verschiedene Zeitzonen verteilt sind, kontinuierlich qualitativ hochwertige Software bereitzustellen. Dazu gehört die plattformübergreifende Entwicklung, die Unterstützung von Programmiersprachen, die Erstellung von Benutzerstories, Ideenentwicklung und das Management des Lebenszyklus. Die gemeinsame Entwicklung umfasst den Prozess und die Praxis der kontinuierlichen Integration, was häufige Codeintegration und automatisierte Builds fördert. Bei der häufigen Integration von Code in Anwendungen werden Integrationsprobleme bereits in den frühen Phasen des Lebenszyklus erkannt (wo sie leichter zu beheben sind), und die allgemeinen Integrationsanstrengungen werden durch kontinuierliches Feedback reduziert, da das Projekt fortlaufend klare Fortschritte zeigt.

Kontinuierliches Testen

Kontinuierliches Testen senkt die Testkosten und hilft Entwicklungsteams, ein Gleichgewicht zwischen Geschwindigkeit und Qualität zu finden. Es beseitigt auch Engpässe im Testprozess durch die Virtualisierung von Dienstleistungen und vereinfacht die Erstellung von virtualisierten Testumgebungen, die einfach gemeinsam genutzt, bereitgestellt und aktualisiert werden können, während sich die Systeme ändern. Diese Funktionen reduzieren die Kosten für die Einrichtung und Wartung von Testumgebungen und verkürzen die Testzyklen, sodass Integrationstests früh im Lebenszyklus durchgeführt werden können.

Kontinuierliche Bereitstellung und Deployment

Diese Methoden bringen eine der Grundpraktiken mit sich: kontinuierliche Bereitstellung und Deployment. Sie schaffen eine kontinuierliche Pipeline, die wichtige Prozesse automatisiert. Dies verringert die Anzahl der manuellen Vorgänge, die Wartezeiten für Ressourcen und den Umfang von Nacharbeiten, sodass Deployments auf Knopfdruck möglich sind, was eine höhere Anzahl von Releases, weniger Fehler und vollständige Transparenz gewährleistet.

Automatisierung spielt eine entscheidende Rolle für die Stabilität und Zuverlässigkeit von Software-Releases. Eine der wichtigsten Aufgaben besteht darin, manuelle Prozesse wie Builds, Regressionstests, Deployment und Infrastrukturmanagement zu automatisieren. Dies erfordert eine Versionskontrolle des Quellcodes, Test- und Deployment-Skripte, Informationen zur Infrastruktur und Anwendungskonfiguration sowie Bibliotheken und Pakete, von denen die Anwendung abhängt. Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Fähigkeit, den Status aller Umgebungen abzufragen.

Kontinuierliche Überwachung

Die kontinuierliche Überwachung ermöglicht die Erstellung von Unternehmensberichten, die den Entwicklungsteams helfen, die Verfügbarkeit und Leistung von Anwendungen in der Produktionsumgebung zu verstehen, noch bevor sie in den operativen Einsatz gehen. Das frühzeitige Feedback, das durch kontinuierliche Überwachung bereitgestellt wird, ist entscheidend zur Kostenreduktion bei Fehlern und zur effektiven Projektleitung. Diese Praxis umfasst häufig Überwachungstools, die Leistungskennzahlen von Anwendungen offenbaren.

Kontinuierliches Feedback und Optimierung

Kontinuierliches Feedback und Optimierung bieten eine visuelle Darstellung des Kundenflusses und präzise Identifizierung von Problembereichen. Feedback kann sowohl in der Vorverkaufs- als auch in der Nachproduktionsphase integriert werden, um den Wert zu maximieren und den erfolgreichen Abschluss noch mehr Transaktionen zu gewährleisten. Das alles ermöglicht eine sofortige Visualisierung der Ursachen von Kundenproblemen, die deren Verhalten und Auswirkungen auf das Geschäft beeinflussen.

Vorteile von DevOps

DevOps fördert die Schaffung einer Umgebung, in der Entwickler und Betreiber als ein Team zusammenarbeiten, um gemeinsame Ziele zu erreichen. Ein wichtiger Meilenstein in diesem Prozess ist die Implementierung von Continuous Integration und Continuous Delivery (CI/CD). Diese Methoden ermöglichen es Teams, Software schneller mit weniger Fehlern auf den Markt zu bringen.

Wichtige Vorteile von DevOps sind:

Vorhersagbarkeit: DevOps reduziert signifikant die Fehlerrate bei neuen Releases.
Wartbarkeit: DevOps gewährleistet eine einfache Wiederherstellung im Falle von Fehlern in einem neuen Release oder bei der Abschaltung einer Anwendung.
Reproduzierbarkeit: Das Versionskontrollsystem erlaubt es, frühere Versionen nach Bedarf wiederherzustellen.
Höhere Qualität: Die Behebung von Infrastrukturproblemen verbessert die Qualität der Anwendungsentwicklung.
Time-to-Market: Die Optimierung der Softwarebereitstellung verkürzt die Markteinführungszeit um 50 %.
Risikominimierung: Die Sicherstellung von Sicherheit im Software-Lebenszyklus reduziert die Anzahl der Fehler während des gesamten Lebenszyklus.
Kosteneffizienz: Das Streben nach Kosteneffizienz in der Softwareentwicklung ist bei der Unternehmensführung beliebt.
Stabilität: Software-Systeme sind stabiler und sicherer, und Änderungen können validiert werden.
Größere Codebasen werden in handhabbare Teile aufgeteilt: DevOps basiert auf agilen Entwicklungsmethoden, die es ermöglichen, eine große Codebasis in kleinere, manageable Komponenten zu unterteilen.

DevOps-Prinzipien

Die Einführung von DevOps hat mehrere Prinzipien hervorgebracht, die sich weiterentwickeln. Die meisten Lösungsanbieter haben ihre eigenen Modifikationen verschiedener Methoden entwickelt. Alle diese Prinzipien beruhen auf einem ganzheitlichen Ansatz zu DevOps und können von Organisationen jeder Größe genutzt werden.

Entwickeln und testen Sie in einer produktionsähnlichen Umgebung.

Das Ziel ist es, Entwicklern und Qualitätssicherungsteams (QA) zu ermöglichen, Systeme zu entwickeln und zu testen, die sich wie Produktionssysteme verhalten, damit sie sehen können, wie sich die Anwendung verhält und funktioniert, lange bevor sie für die Bereitstellung bereit ist.

Die Anwendung sollte so früh wie möglich im Lebenszyklus mit Produktionssystemen verbunden werden, um drei Hauptprobleme zu lösen. Erstens ermöglicht es, die Anwendung in einer Umgebung zu testen, die der realen Umgebung ähnlich ist. Zweitens ermöglicht es, die Prozesse der Anwendungsbereitstellung im Voraus zu testen und zu überprüfen. Drittens erlaubt es dem Betriebsteam, früh im Lebenszyklus zu überprüfen, wie sich ihre Umgebung verhalten wird, wenn die Anwendungen bereitgestellt werden, was ihnen ermöglicht, eine feingestimmte, anwendungsorientierte Umgebung zu schaffen.

Bereitstellung mit reproduzierbaren, zuverlässigen Prozessen

Dieses Prinzip ermöglicht es Entwicklungsteams und Betreibern, flexible Softwareentwicklungsprozesse über den gesamten Lebenszyklus hinweg zu unterstützen. Automatisierung ist entscheidend für den Aufbau iterativer, zuverlässiger und reproduzierbarer Prozesse. Daher sollte die Organisation eine Bereitstellungspipeline einrichten, die eine kontinuierliche automatisierte Bereitstellung und Tests gewährleistet. Häufige Bereitstellungen ermöglichen es den Teams auch, die Bereitstellungsprozesse zu testen, wodurch das Risiko von Bereitstellungsfehlern während realer Releases verringert wird.

Überwachung und Qualitätsprüfung

Organisationen sind gut im Monitoring von Anwendungen in der Produktion, da sie über Tools verfügen, die Leistungskennzahlen und wichtige Leistungsindikatoren (KPI) in Echtzeit festhalten. Dieses Prinzip verschiebt das Monitoring auf frühe Phasen des Lebenszyklus, sodass sichergestellt wird, dass automatisierte Tests sowohl funktionale als auch nicht-funktionale Merkmale der Anwendung früh im Prozess verfolgen. Jedes Mal, wenn eine Anwendung getestet und bereitgestellt wird, müssen die Qualitätskennzahlen überprüft und analysiert werden. Monitoring-Tools bieten frühzeitige Warnungen vor Problemen, die mit dem Betrieb und der Qualität in der Produktion auftreten können. Diese Kennzahlen sollten in einem Format gesammelt werden, das für alle Beteiligten zugänglich und verständlich ist.

Verbesserung der Feedbackzyklen

Eines der Ziele der DevOps-Prozesse besteht darin, Organisationen die Möglichkeit zu geben, schneller zu reagieren und Änderungen vorzunehmen. Bei der Bereitstellung von Software erfordert dieses Ziel, dass die Organisation frühzeitig Feedback erhält und dann schnell aus jedem durchgeführten Schritt lernt. Dieses Prinzip verlangt von den Organisationen, Kommunikationskanäle zu schaffen, die es den Beteiligten ermöglichen, auf Feedbackbasis Zugang zu erhalten und zu interagieren. Die Entwicklung kann durch Anpassung ihrer Projektpläne oder Prioritäten erfolgen. Die Produktion kann durch Verbesserung der Produktionsumgebung handeln.

Dev

Planung: Kanboard, Wekan und andere Trello-Alternativen; GitLab, Tuleap, Redmine und andere JIRA-Alternativen; Mattermost, Roit.im, IRC und andere Slack-Alternativen.
Code schreiben: Git, Gerrit, Bugzilla; Jenkins und andere Open-Source-Tools für CI/CD.
Build: Apache Maven, Gradle, Apache Ant, Packer.
Tests: JUnit, Cucumber, Selenium, Apache JMeter.

Ops

Release, Deployment, Operations: Kubernetes, Nomad, Jenkins, Zuul, Spinnaker, Ansible, Apache ZooKeeper, etcd, Netflix Archaius, Terraform.
Monitoring: Grafana, Prometheus, Nagios, InfluxDB, Fluentd, und andere, die in diesem Handbuch behandelt werden.

(* Die Operationstools wurden in der Reihenfolge nummeriert, wie sie von den Betriebsteams verwendet werden, aber ihr Werkzeug überlappt sich mit den Phasen des Lebenszyklus von Release- und Deployment-Tools. Zur besseren Lesbarkeit wurde die Nummerierung entfernt.)

Zusammenfassung

DevOps ist eine zunehmend beliebte Methodologie, die darauf abzielt, Entwickler und Betreiber zu einem Ganzen zu vereinen. Sie ist einzigartig, unterscheidet sich von traditionellen IT-Operationen und ergänzt Agile (ist jedoch nicht ganz so flexibel).

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