【應試目標能力】

703.1 虛擬機器部署 Virtual Machine Deployment (4)

• 瞭解 Vagrant 架構及概念，包括儲存及網路
• 從 Atlas 取得並使用 box
• 建立及執行 Vagrantfile
• 存取 Vagrant 虛擬機器
• 在 Vagrant 虛擬機和 host 系統間共享並同步目錄
• 瞭解 Vagrant provisioning，包括檔案、Shell、Ansible 和 Docker
• 瞭解多台機器建置

第一個工具要介紹的是 Vagrant。為什麼是 Vagrant 呢？當研究一個新主題的時候，很多時候我的第一步是建個虛擬機，然後在那台虛擬機中去建立所需要的環境、安裝所需要的軟體，這時 Vagrant 就派上用場了。

Vagrant 是 HashiCorp 開發的虛擬機器 (virtual machine) 管理工具，應該算是覆蓋在底層虛擬機軟體上的一個介面，讓我們可以用設定檔和命令列指令很快地安裝好一台虛擬機器。我不太清楚在 production 場景 Vagrant 有沒有用武之地，因為我猜企業用的虛擬化平台應該會有它自己的編配管理，但如果像我的使用情境，是在本機上透過安裝虛擬機器來學習新技術，而且是 Linux 系統的話，我想 Vagrant 應該會是一個很方便的工具（會這樣說是因為我還沒有用 Vagrant 安裝過 Windows 作業系統）。

以我自己的經驗來說，新安裝一台虛擬機器有一些麻煩之處：

1. 從原始作業系統的映像檔 (iso) 開始下載、安裝，要花很多時間。
2. 對虛擬機器一開始建立的設置有些內容不太熟悉，不知道要選什麼。
3. 網路的設定有點麻煩，尤其是對網路不熟的人，什麼 bridge、NAT 的，我只是希望這台虛擬機有一個 IP 可以讓我從本機連，然後這台虛擬機可以連外。
4. 虛擬機和本機共享目錄的設定。

以上的問題，透過 Vagrant 都可以輕鬆地解決。Vagrant 的工作流程大概是這樣的：

1. 編寫設定檔 (Vagrantfile)
2. 根據設定檔下載引入 Vagrant box 檔案。
3. Vagarnt 根據設定檔配置，開通並執行虛擬機器，讓它成為運行狀態。

要使用 Vagrant 前，當然要先安裝 Vagrant，然後因為 Vagrant 是基於虛擬機器軟體的管理工具，所以在安裝 Vagrant 前要先安裝虛擬機器軟體，在 Vagrant 的術語中，底層的虛擬機器軟體叫作 provider。如果是個人使用的話，可以選擇 VirtualBox 或 VMWare Workstation Player 這兩套軟體，在個人非商業行為的情境下它們是免費的。Vagrant 預設的 provider 是 VirtualBox，這也是官方推薦剛開始接觸 Vagrant 使用的 provider。官網上有列出目前支援的 provider，除了 VirtualBox 和 VMWare 外，還有 Docker 和 Hyper-V，詳細設定方法請參考 https://www.vagrantup.com/docs/providers/ 的說明。因為 VirtualBox 是官方推薦的，不需要額外設定，因此之後我都會用 VirtualBox 作為 provider。另外有一點要提醒的，VirtualBox 目前是由 Oracle 所維護，雖然是免費的，但是如果在商業環境下使用，有可能會被 Oracle 要求費用（想想 Oracle Java 的例子），所以如果要在公司的機器上安裝，可能還是先問一下網管人員比較好。

VirtualBox 下載安裝請參考 https://www.virtualbox.org/wiki/Downloads，目前有 Windows、OS X、Linux、Solaris 等不同版本，因為都是圖形化介面，安裝應該不會有太大的難度。安裝好 VirtualBox 後接著是 Vagrant，請參考 https://www.vagrantup.com/downloads.html， 也是圖形化介面，請依照本機作業系統選擇適當的安裝檔。

因為我是很久以前就安裝了，所以不太記得安裝好這兩個軟體後還需不需要其他的步驟或設定（之前有遇過在 Windows 7 上安裝遇到必須升級 Windows PowerShell 版本的問題），如果在之後的操作有遇到其他的問題，請自行依訊息上網搜尋相關解法。

接下來，我自己的習慣是會先開一個目錄，進到這個目錄裡操作。這個目錄用來放置 Vagrant 虛擬機器的設定檔 Vagrantfile，此外也可以用來作本機與虛擬機的共享目錄。這裡的本機就是自己的實體主機，Vagrant 中稱作 host，有宿主的意思，而 Vagrant 虛擬機或環境則稱作 guest。

接下來就是要決定要安裝那一個映像檔。和 Docker 類似，Vagrant 也提供了各種 provider、distruibution、版本，以及依各種需求預先安裝好各式軟體的映像檔，這個映像檔在 Vagrant 中稱作 box。文件中是這麼說明的：Box 是 Vagrant 環境的套件格式 (package format)，Vagrant 使用基礎映像檔以快速地克隆 (clone) 出一台虛擬機器，這些基礎映像檔就是 Vagrant 中的 box，而指定你的 Vagrant 環境所要使用的 box，這是在創建新的 Vagrantfile 後的第一步。

那要到那裡去尋找 box 呢？應試目標能力中提到的 Atlas 好像停止維護了，現在可到 Vagrant Cloud https://app.vagrantup.com 去找到適合的 box。Vagrant Cloud 除了讓我們下載其他人提供的 box 之外，也可以將自己的 box 上傳供他人使用。

一個 box 的完整名稱由兩部分組成，username（也可以當作是 namespace）及 boxname，中間以 "/ " 連接，例如 ubuntu/trusty64，這是 Ubuntu 官方所提供的 14.04 的 box。此外一個 box 還會有不同的版本號，但一般狀況下不需特別指定。決定好要使用的 box 之後，我們就可以來編寫設定檔 Vagrantfile 了。前面提到，指定要使用的 box 是建立新的 Vagrantfile 後的第一步，這個意思是說 Vagrantfile 中有一個參數用來指定 box 的名稱。也可以在創建 Vagrantfile 時直接指定 box 名稱。假設我們要安裝 Ubuntu 16.04，那麼可以使用 Ubuntu 官方提供的 ubuntu/xenial64 這個 box，指令如下：

$ vagrant init ubuntu/xenial64

若不加 box 名稱，可直接下 $ vagrant init，再修改 Vagrantfile 中的相關參數。這個指令會在當下目錄產生一個叫 Vagrantfile 的檔案。Vagrantfile 比較特別的地方是，它並不像其他工具的設定檔可能是 XML、YAML、JSON 或 INI 的資料格式。它看起來像是一支腳本程式，使用 Ruby 這個語言的語法。新建立的 Vagrantfile 有很多設定都被註解掉了，此外還有各種設置的說明，在文件中都以 # 井字號開頭。將設置說明的部分拿掉後的 Vagrantfile 如下：

Vagrant.configure("2") do |config|
    config.vm.box = "base"
    # config.vm.box_check_update = false
    # config.vm.network "forwarded_port", guest: 80, host: 8080
    # config.vm.network "forwarded_port", guest: 80, host: 8080, host_ip: "127.0.0.1"
    # config.vm.network "private_network", ip: "192.168.33.10"
    # config.vm.network "public_network"
    # config.vm.synced_folder "../data", "/vagrant_data"
    # config.vm.provider "virtualbox" do |vb|
    #   vb.gui = true
    #   vb.memory = "1024"
    # end
    # config.vm.provision "shell", inline: <<-SHELL
    #   apt-get update
    #   apt-get install -y apache2
    # SHELL
end

第一行的 "2" 指的是 Vagrant 版本，有些 Vagrantfile 會在開頭以常數指定此值，然後在這裡使用該常數。中間 config 部分是主要的設定，格式是 config.xxx.yyy，這裡的 xxx 也可以當成是 namespace，範例中的設定都在 vm 這個 namespace 下，這也是最常用的設定，其他還有 config.ssh、config.vagrant 等等，有興趣請參考官方文件 Vagrantfile 一章的相關說明。

首先是 config.vm.box = "base"，它指定了要使用的 box 名稱。若 $ vagrant init 有給予 box 名稱參數，這裡就會是該 box 的名稱。我們手動把它修改為 ubuntu/xenial64。

config.vm.box = "ubuntu/xenial64"

接下來的部分全部都被註解掉了，所以其實修改 box 名稱後就可以使用此設定檔了，不過我們還是看一下其他的配置。

config.vm.box_check_update 是指在執行 vagrant up 時，要不要檢查 box 有無更新版本，預設是 true。若有更新版本 Vagrant 會給予提示，但不會主動下載更新的版本。

config.vm.network 這一段是網路的配置。如果這台虛擬機只會用 ssh 連進去玩一玩，那麼什麼都不用改也是可以的。forwarded_port 是把這台虛擬機的 port（這裡的例子是 80）和本機的 port （這裡的例子是 8080） 綁在一起，這樣在沒有虛擬機 IP 的狀況下，可透過 host 的 8080 port 來訪問虛擬機的 80 port。設定中的 guest 是指虛擬機，host 是指本機，前面已經提過了。這裡我比較想要直接給虛擬機一個 IP，而且因為只需要讓 host 連，所以使用內部網路 (private network)，不另外再分配一個對外實體 IP 。我們把底下這一行的註解拿掉：

config.vm.network "private_network", ip: "192.168.33.10" 

給這台虛擬機 192.168.33.10 的 IP。注意一下這裡內部 IP 區段是 192.168.0.0 ~ 192.168.255.255。

config.vm.synced_folder，是虛擬機和本機的共用目錄設置，它後面有兩個參數，第一個參數是本機上的目錄位置，第二個參數是虛擬機上的目錄位置。本機的目錄必須存在，否則啟動時會報錯。預設會將虛擬機的 /vagrant 目錄和本機 Vagrantfile 所在的目錄共享，所以這裡不一定要設定。如果 provider 是 VirtualBox，會以 VirtualBox shared folder 作為 synced folder 的機制，也可以使用 rsync。另外有可能會用到的功能是目錄的權限設定，連同 synced foler 的其他設定請參考官文文件說明 https://www.vagrantup.com/docs/synced-folders/。

config.vm.provider 用來指定虛擬機的 provider 及其他資源的配置。如果更改設定的話，記得把這一整段的註解都拿掉，從 config.vm.provider 到同一個縮排的 end 為止。比較常用的是記憶體的大小 vb.memory，這邊給定 1024 MB。如果 host 的記憶體沒有很大的話，這裡可以稍微調小一點，另外可用 vb.cpus 來修改 CPU 的核數，例如 vb.cpus = "2"

最後是 config.vm.provision，可以用來指定環境建立時的「開通」動作，例如這裡使用 apt-get install apache2 來安裝 Apache 伺服。這部分明天會有更多的說明。

另外有一個我自己會用到的，是 hostname 的設定，例如要指定主機名稱為 ubuntu-test，參數如下：

config.vm.hostname = "ubuntu-test"

最後找個 Vagrantfile 範例來看一下，來自 Linux Academy 的教學文 (https://linuxacademy.com/blog/linux/vagrant-cheat-sheet-get-started-with-vagrant/)。

$samplescript = <<SCRIPT
yum install -y httpd
systemctl enable httpd
systemctl start httpd
SCRIPT

Vagrant.configure(2) do |config|
  config.vm.box = "centos/7"
  config.vm.hostname = "myhost"
  config.vm.network "private_network", ip: "192.168.50.10"
  config.vm.synced_folder "src/", "/var/www/html"

  config.vm.provision "shell", inline: $samplescript

  config.vm.provider "virtualbox" do |vb|
    vb.memory = "1024"
    vb.cpus = "2"
  end
end

這個 Vagrantfile 使用了 centos/7 box，hostname 為 myhost，內部網路 IP 為 192.168.50.10，host 的 src 目錄和 guest 的 /var/www/html 共享（要先在 Vagrantfile 所在的目錄底下先建立一個 src 目錄）。開通後會安裝 httpd (Apache) 並啟動它。guest 的資源設置為記憶體 1024 MB 及 2 個 CPU。不過實際上網路上的 Vagrantfile 範例大部分都會比這個複雜啦，如果有看不懂的地方，再去查一下文件吧。

設定好了之後，我們要來建立並啟動這個虛擬環境了！下面這個指令用來讓 Vagrant 依 Vagrantfile 中的設定去下載 box 檔案，然後把機器建起來。

$ vagrant up

Vagrant 會從目前所在的目錄開始，逐漸往上層去找 Vagrantfile，所以建議像之前提到的，建立一個專門的目錄並在該目錄下操作相關指令，才能確保 Vagrant 找到的 Vagrantfile 是我們想要的那一個。

第一次下載 box 要比較長的時間，如果之前已經有下載過，Vagrant 會直接使用，下載好的 box 在我的 mac OS 中會放在使用者家目錄 ~/.vagrant.d/boxes 此目錄底下，Vagrant 也有專門用來管理 box 檔案的指令。接著 Vagrant 會幫我們完成剩下的事情，並把過程輸出在 console。如果一切順利，看到下面輸出並返回命令列提示字元後，就表示機器準備好了。

==> default: Machine booted and ready!
==> default: Checking for guest additions in VM...
==> default: Mounting shared folders...

這個時候如果把 VirtualBox 打開，應該可以看到這台執行中的虛擬機，它的名稱前綴會是 Vagrantfile 所在的目錄名稱，可以在設定檔中作修改。今天就先到這邊，明天接著看看要如何與新建的 Vagrant 虛擬環境進行互動。