Übersicht über CI/CD-Pipelines: Warum Sie darüber Bescheid wissen sollten
Continuous Integration und Continuous Delivery (CI/CD) sind die Gravitationsfelder, um die sich der moderne DevOps-Workflow dreht. Organisationen, die kosteneffizient und mit hoher Geschwindigkeit relativ fehlerfreien Code erstellen möchten, müssen CI/CD-Pipelines als wesentlichen Bestandteil ihrer Software-Lieferarchitektur etablieren.
Bevor Continuous-Integration- und Continuous-Delivery-Pipelines populär wurden, wurden Codeänderungen manuell mittels Ad-hoc-Workflows in Produktionssysteme eingebracht – oft ohne standardisierte Tests. Zum Glück habe ich die nervenaufreibenden Geschichten aus Softwaretestumgebungen ohne diese wichtigen Prozesse überlebt und kann sie heute erzählen.
Im Gegensatz dazu habe ich aus erster Hand erlebt, wie CI/CD-Tools und -Prozesse einen effektiven Rahmen bieten, um qualitativ hochwertige Software schnell und zuverlässig bereitzustellen.
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Anhand meiner Berufserfahrung erkläre ich, was eine CI/CD-Pipeline ausmacht, wie sie funktioniert und warum Software-Engineering-Teams sie aus praktischen und philosophischen Gründen eingeführt haben – zusammen mit weiteren Grundsätzen wie der agilen Testmethodik.
Was ist eine CI/CD-Pipeline?
Eine CI/CD-Pipeline ist ein transparenter, automatisierter und zuverlässiger Prozess für Softwareentwicklung und -bereitstellung. Eine CI/CD-Lieferpipeline besteht aus zwei klar voneinander abgegrenzten Komponenten: Continuous Integration und Continuous Delivery, die zusammen einen agilen DevOps-Workflow ermöglichen.
Beide Komponenten setzen stark auf Automatisierung, um Fehler zu reduzieren und hochwertige Softwareentwicklung zu gewährleisten, indem mühsame manuelle Abläufe vermieden werden. Im Wesentlichen stellt also eine CI/CD-Pipeline eine Abfolge automatisierter Schritte für die Softwarebereitstellung bereit.
Der CI-Teil ermutigt Entwickler, Programmierer und Softwareingenieure dazu, Software zu entwickeln, indem sie häufig Code schreiben und Tests ausführen. Sie sollen regelmäßig ihre Codeänderungen und neue Funktionalitäten in kleinen, überschaubaren Quellcodedateien im Repository einchecken.
Der CD-Teil hingegen sorgt dafür, dass eine Softwareorganisation stets ein einsatzbereites Software-Artefakt besitzt, das bereits qualitätsgesichert und durch Sicherheitstests validiert wurde.
Die vier Hauptphasen einer CI/CD-Pipeline
Source-Phase
Dies ist der Beginn der Pipeline. Sie wird ausgelöst oder gestartet, wenn ein Entwickler eine Änderung im Codebestand vornimmt. Typischerweise geschieht dies, wenn ein Entwickler einen git push oder git merge ausführt, um Quellcode in das Code-Repository eines Versionskontrollsystems einzubringen.
Build-Phase
Die Build-Phase ist im Wesentlichen die Kompilierungsphase. In containerbasierten Microservice-Systemen wie Docker bedeutet dies, dass der Quellcode des Projekts und alle Abhängigkeiten zu eigenständigen Einheiten gebündelt werden. Diese werden anschließend kompiliert, um eine lauffähige Instanz der Softwareanwendung zu erstellen. Es ist jedoch zu beachten, dass der Kompilierungsschritt bei Sprachen wie Java und C++ notwendig ist. Für interpretierte Sprachen wie Python und JavaScript entfällt die Kompilierung.
Wenn ein Software-Artefakt diese Phase nicht besteht, deutet dies häufig auf grundlegende, zugrunde liegende Probleme wie eine schlechte Architekturkonfiguration hin. Das heißt in der Regel, dass die Softwarearchitekten und -ingenieure zurück ans Reißbrett müssen, um das Problem zu beheben.
Test-Phase
Wie der Name schon sagt, handelt es sich hierbei um die Testphase der Pipeline. Hier zeigt die integrierte Automatisierung einer CI/CD-Pipeline ihre Stärke, indem sie dem Team Zeit und Aufwand erspart. Verschiedene Tests wie Smoke-Tests, Unit-Tests und Integrationstests werden automatisiert durchgeführt, um die Funktionalität und Logik der Anwendung zu überprüfen.
Deploy-Phase
In der Deploy-Phase wird die getestete, lauffähige Instanz der Anwendung in die gewünschte Bereitstellungsumgebung überführt. Organisationen unterhalten hierfür in der Regel mehrere Staging-Umgebungen aus verschiedenen Gründen.
Beispielsweise dienen Alpha-Umgebungen dem User-Acceptance-Testing, um Fehler vor dem Release an die Produktnutzer zu identifizieren. Beta ist eine limitierte Veröffentlichung für wenige ausgewählte Nutzer, und dann gibt es noch die Produktionsumgebung für die breite Öffentlichkeit. Die Deploy-Phase zeichnet sich durch die Notwendigkeit aus, ein akzeptables Maß an Qualitätssicherung zu gewährleisten.
Was ist Continuous Integration (CI)?
CI steht für Continuous Integration, während CD für Continuous Deployment steht. Zusammen gewährleisten sie für DevOps-Teams eine nachhaltige Methode für verlässliche Software-Releases. Gemeinsam verkürzen sie den Zeitzyklus zwischen Konzeption, Ideenfindung und Produktionsfreigabe nutzbarer Software.
Diese beiden Säulen der modernen Softwarebereitstellungspipeline sind jedoch keine Gegensätze oder zwei Seiten derselben Medaille.
Sowohl Continuous Integration als auch Continuous Delivery sind differenziert und unterschiedlich genug, um jeweils eine eigene, ausführliche Betrachtung und Definition zu verdienen.
Warum wird CI benötigt?
Die Rolle von CI besteht darin, einen schlanken, zuverlässigen und automatisierten Prozess für das Schreiben, Erstellen und Testen von Softwareanwendungen bereitzustellen. Als Prozess ist CI darauf ausgerichtet, Quellcode mehrmals täglich zu erstellen, zu testen und in den Codebestand eines Projekts zu integrieren.
Der CI-Prozess strebt außerdem an, ein gleichbleibend hohes Maß an Produktivität in der Softwareentwicklung zu gewährleisten. Dies wird durch die Förderung von DevOps-Praktiken erreicht, die automatisierte Tests und das häufige Zusammenführen von neuem Code in ein zentrales Repository unterstützen.
Entwickler produzieren in der Regel regelmäßig viel Quellcode, sei es, um neue Funktionen zu entwickeln oder Fehler in bestehenden Features zu beheben. Programmierer arbeiten jedoch selten isoliert; sie sind Teil von Entwicklerteams, in denen die Zusammenarbeit mit anderen Programmierern entscheidend für den Projekterfolg ist.
Daher ist es nachteilig für das restliche Team, wenn Code über einen längeren Zeitraum nur auf den lokalen Computern verbleibt. Unter anderem könnte das zu späte Integrieren von neuem Code im Release-Zyklus unbeabsichtigt andere Funktionen beeinträchtigen.
Continuous-Integration-Tools maximieren die Praxis, Entwickler dazu zu ermutigen, ihre Codeänderungen mehrmals am Tag in das gemeinsame Repository des Teams einzupflegen.
Was ist Continuous Delivery (CD)?
Wie bereits erwähnt, folgt Continuous Delivery auf die Continuous Integration. Sie umfasst die Prozesse und die Infrastruktur, die die Vorbereitung von Codeänderungen für die Auslieferung in die Produktionsumgebung unterstützen. Das übergeordnete Ziel von CD ist sicherzustellen, dass in der Pipeline einer Organisation stets ein gebautes, getestetes, validiertes und einsatzbereites Software-Artefakt bereitsteht.
Die Infrastruktur von CD für Bereitstellung und Deployment zielt darauf ab, eine schnelle, nachhaltige und fehlerfreie Pipeline zur Vorbereitung und Veröffentlichung von Software-Builds in der Produktion bereitzustellen. Zudem soll die Zeit, die für Sicherheitsprüfungen und das Ausrollen der Software benötigt wird, reduziert werden.
Warum CD?
Ähnlich wie bei der kontinuierlichen Integration sind CD-Tools stark auf Automatisierung und automatisierte Tests angewiesen, um die Integrität eines Software-Builds vor dessen Bereitstellung zu validieren. Der Prozess ermöglicht es Software-Engineering-Teams zudem, einen Qualitätsstandard für ihren Code vor der Produktion zu definieren.
Es sei angemerkt, dass Continuous Delivery zwar ein automatisierter Prozess ist, in dieser Phase der Pipeline jedoch weiterhin manuelle Eingriffe erforderlich sind.
Unterschied zwischen Continuous Delivery und Continuous Deployment
Beide, Continuous Delivery und Deployment, verfolgen das gleiche Ziel, unterscheiden sich jedoch deutlich in der Ausführung.
- Continuous Deployment: Jede Codeänderung, die in den Codebestand eingepflegt wird, wird automatisch in die Produktion ausgerollt. Es gibt keinen Genehmigungsmechanismus oder manuellen Prozess als vorsorgliche Sicherheitsmaßnahme. Es ist ein vollständig automatisierter Prozess für das eigentliche Deployment.
- Continuous Delivery ist ein teilweise manueller Prozess, macht die Release-Strategie jedoch deutlich sicherer und nachhaltiger.
Warum ist eine CI/CD-Pipeline im DevOps so wichtig?
Ein historischer Rückblick ist erforderlich, um die Notwendigkeit und die Entwicklung heutiger Methoden der Software-Auslieferung zu verstehen. In den frühen Phasen der Softwareentwicklung war das Wasserfallmodell weit verbreitet.
Dieses einfache Modell unterteilte ein Softwareprojekt in aufeinanderfolgende, lineare Phasen. Es folgte einer strikten Methodik, bei der sich die Phasen nicht überschneiden durften – eine Phase musste abgeschlossen sein, bevor die nächste beginnen konnte. Außerdem war jede Phase von den Ergebnissen der vorherigen abhängig.
Dementsprechend verlangte das Modell eine gewisse Arbeitsteilung. Diese Spezialisierung führte jedoch dazu, dass Softwareingenieure und Testteams in eigene Silos abgetrennt wurden, wobei Entwickler, Tester und Site-Reliability-Engineers oft isoliert arbeiteten.
Das Wasserfallmodell
Das Wasserfallmodell war ideal für eine Zeit, in der Softwareprodukte an Endkunden in Boxen auf CDs versandt und Starttermine öffentlich angekündigt wurden. Für die heutige Zeit, in der die schnelle Entwicklung von Code zählt – insbesondere mit Cloud Computing und den allgegenwärtigen Software-as-a-Service (SaaS)-Modellen, die kontinuierliche Verbesserungen und fortlaufende Feature-Implementierungen fordern – ist dieses Modell jedoch ungeeignet.
Aus verschiedensten Gründen hat sich das Wasserfallmodell als unzureichend erwiesen.
Neben Best Practices wie der agilen Methodik integrieren moderne DevOps-Teams CI/CD-Pipelines, um hochwertige, gut getestete Software mit hoher Geschwindigkeit auf nachhaltige Weise bereitzustellen.
Durch DevOps bietet CI/CD eine praxisnahe Möglichkeit, die Silos zwischen Programmierern, Betriebsteams und anderen Teilnehmern des Softwareentwicklungs- und Bereitstellungsprozesses zu überbrücken.
Die Prinzipien von CI/CD verringern Risiken und Unsicherheiten, insbesondere bei komplexen Projekten, die beweglich genug bleiben müssen, um sich häufig ändernden Anforderungen anzupassen.
Die Vorteile der Implementierung einer CI/CD-Pipeline
Einige Vorteile einer CI/CD-Pipeline liegen auf der Hand, wie zum Beispiel integrierte Automatisierung, die fehleranfällige manuelle Prozesse drastisch reduziert. Hier sind weitere Vorteile einer CI/CD-Pipeline:
- Die Bereitstellung von Deployment-Operationen mit möglichst wenig Reibung. Die CI/CD-Pipeline bietet IT-Betreibern einen relativ einfach zu bedienenden, unkomplizierten Prozess, der die Komplexität beim Erstellen und Bereitstellen von Anwendungen reduziert. Dieser vereinfachte Prozess wird in hohem Maße durch die integrierte Automatisierungsfunktionalität von CI/CD ermöglicht.
- Verbessert die Geschwindigkeit der Abläufe. Schnellere Produktiterationen werden unter anderem durch Automatisierung und schnellere Feedbackschleifen möglich. Automatisierung verschafft DevOps-Technikern sofortiges Feedback zur Umsetzbarkeit eines Builds.
Die kleineren CI-Integrationen und die kleineren CD-Bereitstellungen verbessern DevOps-Kennzahlen wie Mean Time To Resolve (MTTR). MTTR misst die durchschnittliche Zeit, die zur Behebung von fehlerhaften Features und Bugs einschließlich der Ursachenanalyse benötigt wird. Der gesamte CI/CD-Prozess verkürzt die Zeit, die zum Debuggen, Testen, Bauen und Bereitstellen einer Anwendung benötigt wird. - Steigerung der Produktivität: Das Hauptprinzip von Continuous Integration ist es, Entwickler dazu zu ermutigen, ihren Code häufig in den Hauptzweig ihres Unternehmens zu integrieren. Dadurch ist es wahrscheinlicher, dass alle Mitglieder des DevOps-Teams stets über den neuesten funktionierenden Code verfügen.
Dies ist entscheidend, da das Arbeiten mit dem aktuellen Stand der Codebasis alle davor bewahrt, auf veralteten Annahmen über das Projekt, seine aktuellen Funktionalitäten und Möglichkeiten zu agieren. So wird die Produktivität und Zusammenarbeit bei Softwareprojekten erhöht. In der Folge wird die Time-to-Market für Produkte insgesamt verbessert. - Verkürzung des Release-Zyklus sowie die Fähigkeit, Software auf Abruf bereitzustellen. Im digitalen Zeitalter benötigen Unternehmen Flexibilität, um durch schnelles Reagieren auf Marktveränderungen wettbewerbsfähig zu bleiben. Technikaffine Kunden verlangen zunehmend nach fortschrittlichen Funktionen, wie Personalisierung und modernster KI-Funktionalität.
Um mit der Zeit Schritt zu halten, ermöglichen CI/CD-Pipelines es Organisationen nicht nur, die Geschwindigkeit der Softwarebereitstellung für eine bessere Marktreaktionsfähigkeit zu erhöhen, sondern halten ihr Softwareportfolio auch stets in einem auslieferbaren Zustand. - Die Möglichkeit, Feature-Bereitstellungen zu priorisieren. Neben der Erleichterung schneller Abläufe ermöglicht die CI/CD-Infrastruktur es Site Engineers, genau die Funktionen hervorzuheben, die sofort oder vorrangig gegenüber anderen bereitgestellt werden müssen.
- Schnelleres Auffinden von Bugs, schnelleres Beheben von Problemen. Da Codeänderungen häufiger integriert werden, macht CI es einfacher, Fehler, Probleme und Inkompatibilitäten wesentlich früher im Entwicklungsprozess zu erkennen und zu beheben. Dies ist insbesondere bei Bugfixes mit hoher Priorität für die Bereitstellung bedeutsam, speziell bei der Behebung von Zero-Day-Schwachstellen.
- Verminderung von Fehlern und Risikominderung. CI/CD bietet zahlreiche Schutzebenen und Sicherungsmechanismen über den gesamten Entwicklungs- und Bereitstellungszyklus. Der kumulative Effekt dieser Mechanismen verringert die Risiken, denen Softwareentwicklungsteams bei der Erstellung von funktionsfähigem Code ausgesetzt sind.
Die eingebaute Automatisierung und automatisierte Tests innerhalb der CI/CD-Pipeline fördern kontinuierliche Tests mit Verfahren wie Unit-Testing, Integrationstests, Regressionstests usw. Außerdem geben CI/CD-Systeme während des Build-Prozesses verschiedene Benachrichtigungen aus, die IT-Manager und Site Engineers warnen, wenn etwas schiefläuft. - Verbesserung der Qualitätskontrolle und Minimierung menschlicher Fehlerquellen. Automatisierung macht fehleranfällige manuelle Eingriffe überflüssig. CI löst bei jeder Integration von Code in das zentrale Repository einen neuen Build aus. Dies wird in der Regel von Unit-Tests und Integrationstests begleitet, um sicherzustellen, dass der neue Code kompatibel mit dem System ist. Dieser weitgehend reibungslose Ablauf ist Best Practice und bringt ein gewisses Maß an Qualitätskontrolle und -sicherung in das System ein.
- Förderung von Experimentierfreude und Innovation. Die DevOps-Mentalität, kleine Codeeinheiten einzuführen, fördert Innovation. Vor allem deshalb, weil der Prozess ein deutlich geringeres Risiko birgt und Teams mehr Spielraum für Experimente und Innovationen erhalten. Dies unterstützt das Start-up-Motto „move fast and break things.“
- Entwicklung zuverlässiger Releases. Wie oben erwähnt, birgt die Bereitstellung häufiger, aber kleiner Softwarepakete weniger Risiken. Das kleinere Deployment ist zudem einfacher zu verwalten, besonders wenn es darum geht, herauszufinden, ob Bugs ins System eingebracht wurden. In den meisten Fällen reicht es, den letzten Deployment-Schritt zu identifizieren, der den Bug verursacht hat.
Abschließende Gedanken
Gravitational DevOps: Continuous Integration (CI) und Continuous Delivery (CD) bilden das Rückgrat des modernen DevOps; sie sind unerlässlich für schnelle, kosteneffiziente und fehlerarme Softwareauslieferung.
Vom Chaos zur Ordnung: Der Übergang von informellen, manuellen Codeänderungen zu standardisierten, automatisierten CI/CD-Pipelines hat die Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit der Softwareentwicklung revolutioniert.
Der automatisierte Weg: CI/CD-Pipelines automatisieren die Softwareauslieferung, von kleinen Codeänderungen und automatisierten Tests bis hin zur Bereitstellung eines einsatzbereiten Produkts – dabei werden Fehler reduziert und die Effizienz gesteigert.
Phasen des Erfolgs: Die CI/CD-Pipeline besteht aus Phasen wie Quelle (Initiierung der Codeänderungen), Build (Kompilierung und Vorbereitung), Test (Validierung von Logik und Funktionalität) und Deployment (Bereitstellung in Umgebungen).
Integration trifft Bereitstellung: Continuous Integration (CI) und Continuous Deployment (CD) bieten gemeinsam ein produktives Rahmenwerk für DevOps-Teams, um die Zeitspanne von der Software-Konzeption bis zur Produktion zu verkürzen.
CI/CD-Pipelines sind ein wesentliches Merkmal der modernen Softwareentwicklung und helfen dabei, hochwertige Softwareprodukte in einer schnelllebigen Softwarebranche zu produzieren.
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