[论文解读] Terraform -- Automating Infrastructure as a Service

Michael Howard|arXiv (Cornell University)|May 21, 2022

Software System Performance and Reliability被引用 9

一句话总结

本文提出 Terraform 作为一种基础设施即代码（IaC）工具，通过 HashiCorp 配置语言（HCL）的可读配置文件，实现对云环境和本地基础设施的声明式、版本化配置。通过使用提供程序插件将基础设施定义与实现解耦，Terraform 实现了跨多个云提供商的可移植性、幂等性和可审计性基础设施管理，减少人为错误，并在基础设施生命周期管理中实现 DevOps 最佳实践。

ABSTRACT

Developing a software service requires a strict software development life cycle and process. This process demands controlling all application code through source control management as well as a rigorous versioning and branching strategy. However, the platform and infrastructure also benefit from this rigor. Software services must be deployed to a target run time environment and provisioning that environment through manual user actions is tedious and error-prone. Provisioning manually also becomes prohibitive as the number of resources grow and spread globally over multiple regions. The answer is to apply the same rigor to provisioning the infrastructure as applied to developing the application software. Terraform provides a platform allowing infrastructure resources to be defined in code. This code not only allows the automation of the infrastructure provisioning but also allows for a strict development and review life cycle, same as the application software.

研究动机与目标

• 解决云环境中手动、易出错的基础设施配置问题。
• 将软件开发最佳实践（如版本控制、分支管理和代码审查）应用于基础设施管理。
• 实现在多个云提供商之间可移植、幂等且可审计的基础设施配置。
• 通过提供程序插件抽象基础设施 API，减少供应商锁定。
• 将基础设施配置集成到更广泛的 DevOps 和 CI/CD 工作流中。

提出的方法

• 使用声明式配置文件在 HashiCorp 配置语言（HCL）中定义基础设施资源。
• 采用三阶段工作流：编写（编写配置）、计划（生成执行计划）和应用（对基础设施提供程序执行操作）。
• 利用提供程序插件将 HCL 资源块转换为 AWS、Azure 和 VMware 等云平台的特定 API 调用。
• 通过本地或远程存储的状态文件跟踪当前基础设施状态，以支持幂等操作。
• 通过云开发工具包（CDK）支持与高级编程语言的集成，实现多语言基础设施编写。
• 采用声明式模型，指定期望的基础设施状态，而非实现该状态的步骤序列。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何通过代码自动化基础设施配置，同时保持在不同云提供商之间的可移植性？
• RQ2 将软件开发生命周期实践（如版本控制和代码审查）应用于基础设施管理有何益处？
• RQ3 声明式配置语言在提升基础设施配置的可靠性与可维护性方面有何作用？
• RQ4 Terraform 在多大程度上可减少供应商锁定并提升基础设施可移植性？
• RQ5 与 AWS CloudFormation 和 OpenStack Heat 等竞争工具相比，Terraform 在多云支持和可扩展性方面有何差异？

主要发现

• Terraform 通过 HCL 的声明式配置文件实现基础设施配置，支持基础设施代码的版本控制、同行评审和自动化测试。
• 三阶段工作流（编写、计划、应用）通过将配置定义与执行解耦，实现安全、可预测且可审计的基础设施变更。
• 提供程序插件抽象了不同云提供商之间的差异，实现了对 AWS、Azure、VMware 等平台的一致性基础设施管理。
• 状态文件通过跟踪当前基础设施状态，确保幂等性，防止更新过程中的意外更改。
• Terraform 与云开发工具包（CDK）的集成，使开发人员能够使用五种主流高级编程语言定义基础设施，提升了开发人员生产力。
• 与 AWS CloudFormation 或 OpenStack Heat 不同，Terraform 支持多云和混合云环境，降低了对单一云提供商生态系统的依赖。