如何高效地远程部署？自动化运维利器Fabric教程
关于 Python 自动化的话题，在上一篇文章中，我介绍了 Invoke 库，它是 Fabric 的重要组件之一。Fabric 也是一个被广泛应用的自动化工具库，是不得不提的自动化运维利器，所以，本文将来介绍一下它。
Fabric 主要用在应用部署与系统管理等任务的自动化，简单轻量级，提供有丰富的 SSH 扩展接口。在 Fabric 1.x 版本中，它混杂了本地及远程两类功能;但自 Fabric 2.x 版本起，它分离出了独立的 Invoke 库，来处理本地的自动化任务，而 Fabric 则聚焦于远程与网络层面的任务。
为了做到这点，Fabric 主要依赖另一大核心组件 Paramiko，它是基于 SSH 协议的远程控制模块，Fabric 在其基础上封装出了更加友好的接口，可以远程执行 Shell 命令、传输文件、批量操作服务器、身份认证、多种配置与设置代理，等等。
一、Fabric 的版本区分
Python 2 版本已经被官宣在今年元旦“退休”了，未来只会是 Python 3 的舞台。为了适应 Python 版本的非兼容性迁移，很多项目也必须推出自己的新版本(兼容或只支持 Python 3)，其中就包括本文的主角 Fabric。
Fabric 自身存在着 2 个大版本：Fabric 1 和 Fabric 2，而在这个库的基础上，还有两个很容易混淆的相关库：Fabric2 和 Fabric3(注意这里的数字是库名的一部分)。
它们的区分如下：
- Fabric 1.x：支持 Python 2.5-2.7，但不支持 Python 3
- Fabric 2.x：支持 Python 2.7 与 3.4+，但不兼容 Fabric 1.x 的 fabfile
- Fabric2：等同于 Fabric 2.x，为了使不同版本共存(装一个 1.x 旧版本，再装它作为新版本)
- Fabric3：一个基于 Fabric 1.x 的 fork(非官方)，兼容 Python 2&3，兼容 Fabric1.x 的 fabfile
综上可见，我们推荐使用官方的 Fabric 2.x 系列版本，但同时要注意，某些过时的教程可能是基于早期版本的(或非官方的 Fabric3，也是基于 Fabric 1.x)，需要注意识别。
例如，在 Fabric 1.x 系列中这么写导入：from fabric.api import run;在新版本中将报错：“ImportError: No module named api”(PS：可根据是否有 fabric.api 来判断 Fabric 的版本，就像在 Python 中根据 print 语句或 print 函数来判断版本一样)。同时，由于新版本不支持老版本的 fabfile，在使用时就可能报错：“No idea what 'xxx' is!”
Fabric 2 是非兼容性版本，相比于前个版本，它主要改进的点有：
- 支持 Python 2.7 与 3.4+
- 线程安全，取消了多进程的并发实现
- API 围绕 fabric.connection.Connection 进行了重组
- 全面修改了命令行解析器，允许在每个任务的基础上使用规则的 GNU/POSIX 风格的标志和选项(不再需要 fab mytask:weird = custom,arg = format)
- 可以声明前置任务与后置任务
- ……(官方列了10几条[1]，本文不一一罗列)
之前介绍过的 invoke，就是在开发 Fabric 2 时被分离出来的，具体的原因可参见这个回答[2]。总而言之，在使用 Fabric 时，应该注意版本差异的问题。
二、Fabric 的基本用法
1、安装
首先是安装：pip intall fabric ，安装后，可在命令行窗口查看版本信息：
>>> fab -V Fabric 2.5.0 Paramiko 2.7.1 Invoke 1.4.0
执行“fab -V”，以上结果可看出我安装的是 Fabric 2.5.0 版本，同时可看到它的两个核心依赖库 Paramiko 及 Invoke 的版本信息。
2、一个简单的例子
Fabric 主要用于远程任务，即要对远程服务器进行操作，下面是一个简单的例子：
# 可使用任意的文件名
from fabric import Connection
host_ip = '47.xx.xx.xx' # 服务器地址
user_name = 'root' # 服务器用户名
password = '****' # 服务器密码
cmd = 'date' # shell 命令，查询服务器上的时间
con = Connection(host_ip, user_name, connect_kwargs={'password': password})
result = con.run(cmd, hide=True)
print(result) 以上代码，通过账号+密码登录到远程服务器，然后执行date命令，查看服务器的时间，执行结果：
Command exited with status 0. === stdout === Fri Feb 14 15:33:05 CST 2020 (no stderr)
现在打印的结果中，除了服务器时间，还有一些无关的信息。这是因为它打印的“result”是一个"fabric.runners.Result"类，我们可以把其中的信息解析出来：
print(result.stdout) # Fri Feb 14 15:33:05 CST 2020 print(result.exited) # 0 print(result.ok) # True print(result.failed) # False print(result.command) # date print(result.connection.host) # 47.xx.xx.xx
上述代码使用了 Connection 类及其 run() 方法，可在连接的服务器上运行 shell 命令。如果需要用管理员权限，则需替换成 sudo() 方法。如果要在本地执行 shell 命令，则需替换成 local() 方法。
除此之外，还有 get()、put() 等方法，详见下文介绍。
3、命令行用法
上例代码可写在任意的 .py 脚本中，然后运行该脚本，或者稍微封装下再导入到其它脚本中使用。
另外，Fabric 还是个命令行工具，可以通过fab命令来执行任务。我们稍微改造一下上例的代码：
# 文件名：fabfile.py
from fabric import Connection
from fabric import task
host_ip = '47.xx.xx.xx' # 服务器地址
user_name = 'root' # 服务器用户名
password = '****' # 服务器密码
cmd = 'date' # shell 命令，查询服务器上的时间
@task
def test(c):
"""
Get date from remote host.
"""
con = Connection(host_ip, user_name, connect_kwargs={'password': password})
result = con.run(cmd, hide=True)
print(result.stdout) # 只打印时间 解释一下，主要的改动点有：
- fabfile.py 文件名：入口代码的脚本名必须用这个名字
- @task 装饰器：需要从 fabric 中引入这个装饰器，它是对 invoke 的 @task 装饰器的封装，实际用法跟 invoke 一样(注意：它也需要有上下文参数“c”，但实际上它并没有在代码块中使用，而是用了 Connection 类的实例)
然后，在该脚本同级目录的命令行窗口中，可以查看和执行相应的任务：
>>> fab -l Available tasks: test Get date from remote host. >>> fab test Fri Feb 14 16:10:24 CST 2020
fab 是 Invoke 的扩展实现，继承了很多原有功能，所以执行“fab --help”，与之前介绍的“inv --help”相比，你会发现它们的很多参数与解释都是一模一样的。
fab 针对远程服务的场景，添加了几个命令行选项(已标蓝)，其中：
- --prompt-for-login-password：令程序在命令行中输入 SSH 登录密码(上例在代码中指定了 connect_kwargs.password 参数，若用此选项，可要求在执行时再手工输入密码)
- --prompt-for-passphrase：令程序在命令行中输入 SSH 私钥加密文件的路径
- -H 或 --hosts：指定要连接的 host 名
- -i 或 --identity：指定 SSH 连接所用的私钥文件
- -S 或 --ssh-config：指定运行时要加载的 SSH 配置文件
关于 Fabric 的命令行接口，更多内容可查看文档 [3]。
4、交互式操作
远程服务器上若有交互式提示，要求输入密码或“yes”之类的信息，这就要求 Fabric 能够监听并作出回应。
以下是一个简单示例。引入 invoke 的 Responder，初始化内容是一个正则字符串和回应信息，最后赋值给 watchers 参数：
from invoke import Responder
from fabric import Connection
c = Connection('host')
sudopass = Responder(
pattern=r'\[sudo\] password:',
response='mypassword\n')
c.run('sudo whoami', pty=True, watchers=[sudopass]) 5、传输文件
本地与服务器间的文件传输是常见用法。Fabric 在这方面做了很好的封装，Connection 类中有以下两个方法可用：
- get(*args, **kwargs)：拉取远端文件到本地文件系统或类文件(file-like)对象
- put(*args, **kwargs)：推送本地文件或类文件对象到远端文件系统
在已建立连接的情况下，示例：
# (略)
con.get('/opt/123.txt', '123.txt')
con.put('test.txt', '/opt/test.txt') 第一个参数指的是要传输的源文件，第二个参数是要传输的目的地，可以指定成文件名或者文件夹(为空或 None 时，使用默认路径)：
# (略)
con.get('/opt/123.txt', '') # 为空时，使用默认路径
con.put('test.txt', '/opt/') # 指定路径 /opt/ get() 方法的默认存储路径是os.getcwd ，而 put() 方法的默认存储路径是 home 目录。
6、服务器批量操作
对于服务器集群的批量操作，最简单的实现方法是用 for 循环，然后逐一建立 connection 和执行操作，类似这样：
for host in ('web1', 'web2', 'mac1'):
result = Connection(host).run('uname -s') 但有时候，这样的方案会存在问题：
- 如果存在多组不同的服务器集群，需要执行不同操作，那么需要写很多 for 循环
- 如果想把每组操作的结果聚合起来(例如字典形式，key-主机，value-结果)，还得在 for 循环之外添加额外的操作
- for 循环是顺序同步执行的，效率太低，而且缺乏异常处理机制(若中间出现异常，会导致跳出后续操作)
对于这些问题，Fabric 提出了 Group 的概念，可将一组主机定义成一个 Group，它的 API 方法跟 Connection 一样，即一个 Group 可简化地视为一个 Connection。
然后，开发者只需要简单地操作这个 Group，最后得到一个结果集即可，减少了自己在异常处理及执行顺序上的工作。
Fabric 提供了一个 fabric.group.Group 基类，并由其派生出两个子类，区别是：
- SerialGroup(*hosts, **kwargs)：按串行方式执行操作
- ThreadingGroup(*hosts, **kwargs)：按并发方式执行操作
Group 的类型决定了主机集群的操作方式，我们只需要做出选择即可。然后，它们的执行结果是一个fabric.group.GroupResult类，它是 dict 的子类，存储了每个主机 connection 及其执行结果的对应关系。
>>> from fabric import SerialGroup
>>> results = SerialGroup('web1', 'web2', 'mac1').run('uname -s')
>>> print(results)
<GroupResult: {
<Connection 'web1'>: <CommandResult 'uname -s'>,
<Connection 'web2'>: <CommandResult 'uname -s'>,
<Connection 'mac1'>: <CommandResult 'uname -s'>,
}> 另外，GroupResult 还提供了 failed 与 succeeded 两个属性，可以取出失败/成功的子集。由此，也可以方便地批量进行二次操作。
三、Fabric 的进阶用法
1、身份认证
Fabric 使用 SSH 协议来建立远程会话，它是一种相对安全的基于应用层的加密传输协议。
基本来说，它有两种级别的安全认证方式：
- 基于口令的身份认证：使用账号与密码来登录远程主机，安全性较低，容易受到“中间人”攻击
- 基于密钥的身份认证：使用密钥对方式(公钥放服务端，私钥放客户端)，不会受到“中间人”攻击，但登录耗时较长
前文在举例时，我们用了第一种方式，即通过指定 connect_kwargs.password 参数，使用口令来登录。
Fabric 当然也支持采用第二种方式，有三种方法来指定私钥文件的路径，优先级如下：
- 优先查找 connect_kwargs.key_filename 参数，找到则用作私钥
- 其次查找命令行用法的 --identify 选项
- 最后默认使用操作系统的 ssh_config 文件中的IdentityFile 的值
如果私钥文件本身还被加密过，则需要使用 connect_kwargs.passphrase 参数。
2、配置文件
Fabric 支持把一些参数项与业务代码分离，即通过配置文件来管理它们，例如前面提到的密码和私钥文件，可写在配置文件中，避免与代码耦合。
Fabric 基本沿用了 Invoke 的配置文件体系(官方文档中列出了 9 层)，同时增加了一些跟 SSH 相关的配置项。支持的文件格式有 .yaml、.yml、.json 与 .py(按此次序排优先级)，推荐使用 yaml 格式(后缀可简写成 yml)。
其中，比较常用的配置文件有：
- 系统级的配置文件：/etc/fabric.yml
- 用户级的配置文件：~/.fabric.yml(Windows 在 C:\Users\xxx 下)
- 项目级的配置文件：/myproject/fabric.yml
以上文件的优先级递减，由于我本机是 Windows，为了方便，我在用户目录建一个".fabric.yml"文件，内容如下：
# filename:.fabric.yml user: root connect_kwargs: password: xxxx # 若用密钥，则如下 # key_filename: # - your_key_file
我们把用户名和密码抽离出来了，所以 fabfile 中就可以删掉这些内容：
# 文件名：fabfile.py from fabric import Connection from fabric import task host_ip = '47.xx.xx.xx' # 服务器地址 cmd = 'date' # shell 命令，查询服务器上的时间 @task def test(c): """ Get date from remote host. """ con = Connection(host_ip) result = con.run(cmd, hide=True) print(result.stdout)
然后，在命令行中执行：
>>> fab test Tue Feb 18 10:33:38 CST 2020
配置文件中还可以设置很多参数，详细可查看文档 [4]。
3、网络网关
如果远程服务是网络隔离的，无法直接被访问到(处在不同局域网)，这时候需要有网关/代理/隧道，这个中间层的机器通常被称为跳板机或堡垒机。
Fabric 中有两种网关解决方案，对应到 OpenSSH 客户端的两种选项：
- ProxyJump：简单，开销少，可嵌套
- ProxyCommand：开销大，不可嵌套，更灵活
在创建 Fabric 的 Connection 对象时，可通过指定 gateway 参数来应用这两种方案：
ProxyJump 方式就是在一个 Connection 中嵌套一个 Connection 作为前者的网关，后者使用 SSH 协议的direct-tcpip 为前者打开与实际远程主机的连接，而且后者还可以继续嵌套使用自己的网关。
from fabric import Connection
c = Connection('internalhost', gateway=Connection('gatewayhost')) ProxyCommand 方式是客户端在本地用 ssh 命令(类似“ssh -W %h:%p gatewayhost”)，创建一个子进程，该子进程与服务端进行通信，同时它能读取标准输入和输出。
这部分的实现细节分别在paramiko.channel.Channel 和 paramiko.proxy.ProxyCommand，除了在参数中指定，也可以在 Fabric 支持的配置文件中定义。更多细节，请查阅文档 [5]。
四、小结