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 每個(gè)項(xiàng)目——無(wú)論你是在從事 Web 應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)科學(xué)還是 AI 開發(fā)——都可以從配置良好的 CI/CD、Docker 鏡像或一些額外的代碼質(zhì)量工具（如 CodeClimate 或 SonarCloud）中獲益。所有這些都是本文要討論的內(nèi)容，我們將看看如何將它們添加到 Python 項(xiàng)目中！

•  在寫這篇文章之前，我還寫了一篇“Python 項(xiàng)目終極設(shè)置”，讀者感興趣的話，可以先讀下那一篇：https://martinheinz.dev/blog/14。
•  GitHub 庫(kù)中提供了完整的源代碼和文檔：https://github.com/MartinHeinz/python-project-blueprint。

開發(fā)環(huán)境中可調(diào)試的 Docker 容器

有些人不喜歡 Docker，因?yàn)槿萜骱茈y調(diào)試，或者構(gòu)建鏡像需要花很長(zhǎng)的時(shí)間。那么，就讓我們從這里開始，構(gòu)建適合開發(fā)的鏡像——構(gòu)建速度快且易于調(diào)試。

為了使鏡像易于調(diào)試，我們需要一個(gè)基礎(chǔ)鏡像，包括所有調(diào)試時(shí)可能用到的工具，像bash、vim、netcat、wget、cat、find、grep等。它默認(rèn)包含很多工具，沒有的也很容易安裝。這個(gè)鏡像很笨重，但這不要緊，因?yàn)樗挥糜陂_發(fā)。你可能也注意到了，我選擇了非常具體的映像——鎖定了 Python 和 Debian 的版本——我是故意這么做的，因?yàn)槲覀兿Ｍ钚』?Python 或 Debian 版本更新（可能不兼容）導(dǎo)致“破壞”的可能性。

作為替代方案，你也可以使用基于 Alpine 的鏡像。然而，這可能會(huì)導(dǎo)致一些問(wèn)題，因?yàn)樗褂胢usl libc而不是 Python 所依賴的glibc。所以，如果決定選擇這條路線，請(qǐng)記住這一點(diǎn)。至于構(gòu)建速度，我們將利用多階段構(gòu)建以便可以緩存盡可能多的層。通過(guò)這種方式，我們可以避免下載諸如gcc之類的依賴項(xiàng)和工具，以及應(yīng)用程序所需的所有庫(kù)（來(lái)自requirements.txt）。

為了進(jìn)一步提高速度，我們將從前面提到的python:3.8.1-buster創(chuàng)建自定義基礎(chǔ)鏡像，這將包括我們需要的所有工具，因?yàn)槲覀儫o(wú)法將下載和安裝這些工具所需的步驟緩存到最終的runner鏡像中。說(shuō)的夠多了，讓我們看看Dockerfile： 

# dev.Dockerfile  
FROM python:3.8.1-buster AS builder  
RUN apt-get update && apt-get install -y --no-install-recommends --yes python3-venv gcc libpython3-dev && \  
    python3 -m venv /venv && \  
    /venv/bin/pip install --upgrade pip  
FROM builder AS builder-venv  
COPY requirements.txt /requirements.txt  
RUN /venv/bin/pip install -r /requirements.txt  
FROM builder-venv AS tester  
COPY . /app  
WORKDIR /app  
RUN /venv/bin/pytest 
FROM martinheinz/python-3.8.1-buster-tools:latest AS runner  
COPY --from=tester /venv /venv  
COPY --from=tester /app /app  
WORKDIR /app  
ENTRYPOINT ["/venv/bin/python3", "-m", "blueprint"]  
USER 1001  
LABEL name={NAME} 
 LABEL version={VERSION} 

從上面可以看到，在創(chuàng)建最后的runner鏡像之前，我們要經(jīng)歷 3 個(gè)中間鏡像。首先是名為builder的鏡像，它下載構(gòu)建最終應(yīng)用所需的所有必要的庫(kù)，其中包括gcc和 Python 虛擬環(huán)境。安裝完成后，它還創(chuàng)建了實(shí)際的虛擬環(huán)境，供接下來(lái)的鏡像使用。接下來(lái)是build -venv鏡像，它將依賴項(xiàng)列表（requirements.txt）復(fù)制到鏡像中，然后安裝它。緩存會(huì)用到這個(gè)中間鏡像，因?yàn)槲覀冎幌Ｍ趓equirement .txt更改時(shí)安裝庫(kù)，否則我們就使用緩存。

在創(chuàng)建最終鏡像之前，我們首先要針對(duì)應(yīng)用程序運(yùn)行測(cè)試。這發(fā)生在tester鏡像中。我們將源代碼復(fù)制到鏡像中并運(yùn)行測(cè)試。如果測(cè)試通過(guò)，我們就繼續(xù)構(gòu)建runner。

對(duì)于runner鏡像，我們使用自定義鏡像，其中包括一些額外的工具，如vim或netcat，這些功能在正常的 Debian 鏡像中是不存在的。

•  你可以在 Docker Hub 中找到這個(gè)鏡像：https://hub.docker.com/repository/docker/martinheinz/python-3.8.1-buster-tools
•  你也可以在base.Dockerfile 中查看其非常簡(jiǎn)單的`Dockerfile`：https://github.com/MartinHeinz/python-project-blueprint/blob/master/base.Dockerfile

那么，我們?cè)谶@個(gè)最終鏡像中要做的是——首先我們從tester鏡像中復(fù)制虛擬環(huán)境，其中包含所有已安裝的依賴項(xiàng)，接下來(lái)我們復(fù)制經(jīng)過(guò)測(cè)試的應(yīng)用程序。現(xiàn)在，我們的鏡像中已經(jīng)有了所有的資源，我們進(jìn)入應(yīng)用程序所在的目錄，然后設(shè)置ENTRYPOINT，以便它在啟動(dòng)鏡像時(shí)運(yùn)行我們的應(yīng)用程序。出于安全原因，我們還將USER設(shè)置為1001，因?yàn)樽罴褜?shí)踐告訴我們，永遠(yuǎn)不要在root用戶下運(yùn)行容器。最后兩行設(shè)置鏡像標(biāo)簽。它們將在使用make目標(biāo)運(yùn)行構(gòu)建時(shí)被替換 / 填充，稍后我們將看到。

針對(duì)生產(chǎn)環(huán)境優(yōu)化過(guò)的 Docker 容器

當(dāng)涉及到生產(chǎn)級(jí)鏡像時(shí)，我們會(huì)希望確保它們小而安全且速度快。對(duì)于這個(gè)任務(wù)，我個(gè)人最喜歡的是來(lái)自 Distroless 項(xiàng)目的 Python 鏡像。可是，Distroless 是什么呢？

這么說(shuō)吧——在一個(gè)理想的世界里，每個(gè)人都可以使用FROM scratch構(gòu)建他們的鏡像，然后作為基礎(chǔ)鏡像（也就是空鏡像）。然而，大多數(shù)人不愿意這樣做，因?yàn)槟切枰o態(tài)鏈接二進(jìn)制文件，等等。這就是 Distroless 的用途——它讓每個(gè)人都可以FROM scratch。

好了，現(xiàn)在讓我們具體描述一下 Distroless 是什么。它是由谷歌生成的一組鏡像，其中包含應(yīng)用程序所需的最低條件，這意味著沒有 shell、包管理器或任何其他工具，這些工具會(huì)使鏡像膨脹，干擾安全掃描器（如 CVE），增加建立遵從性的難度。

現(xiàn)在，我們知道我們?cè)诟墒裁戳耍屛覀兛纯瓷a(chǎn)環(huán)境的Dockerfile……實(shí)際上，這里我們不會(huì)做太大改變，它只有兩行： 

# prod.Dockerfile  
#  1. Line - Change builder image  
FROM debian:buster-slim AS builder  
#  ...  
#  17. Line - Switch to Distroless image  
FROM gcr.io/distroless/python3-debian10 AS runner  
#  ... Rest of the Dockefile 

我們需要更改的只是用于構(gòu)建和運(yùn)行應(yīng)用程序的基礎(chǔ)鏡像！但區(qū)別相當(dāng)大——我們的開發(fā)鏡像是 1.03GB，而這個(gè)只有 103MB，這就是區(qū)別！我知道，我已經(jīng)能聽到你說(shuō)：“但是 Alpine 可以更小！”是的，沒錯(cuò)，但是大小沒那么重要。你只會(huì)在下載 / 上傳時(shí)注意到鏡像的大小，這并不經(jīng)常發(fā)生。當(dāng)鏡像運(yùn)行時(shí)，大小根本不重要。

比大小更重要的是安全性，從這個(gè)意義上說(shuō)，Distroless 肯定更有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)?Alpine（一個(gè)很好的替代選項(xiàng)）有很多額外的包，增加了攻擊面。關(guān)于 Distroless，最后值得一提的是鏡像調(diào)試。考慮到 Distroless 不包含任何 shell（甚至不包含sh），當(dāng)你需要調(diào)試和查找時(shí)，就變得非常棘手。為此，所有 Distroless 鏡像都有調(diào)試版本。

因此，當(dāng)遇到問(wèn)題時(shí)，你可以使用debug標(biāo)記構(gòu)建生產(chǎn)鏡像，并將其與正常鏡像一起部署，通過(guò) exec 命令進(jìn)入鏡像并執(zhí)行（比如說(shuō)）線程轉(zhuǎn)儲(chǔ)。你可以像下面這樣使用調(diào)試版本的python3鏡像： 

docker run --entrypoint=sh -ti gcr.io/distroless/python3-debian10:debug 

所有操作都只需一條命令

所有的Dockerfiles都準(zhǔn)備好了，讓我們用Makefile實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化！我們首先要做的是用 Docker 構(gòu)建應(yīng)用程序。為了構(gòu)建 dev 映像，我們可以執(zhí)行make build-dev，它運(yùn)行以下目標(biāo): 

# The binary to build (just the basename).  
MODULE := blueprint  
# Where to push the docker image.  
REGISTRY ?= docker.pkg.github.com/martinheinz/python-project-blueprint  
IMAGE := $(REGISTRY)/$(MODULE)  
# This version-strategy uses git tags to set the version string  
TAG := $(shell git describe --tags --always --dirty)  
build-dev:  
 @echo "\n${BLUE}Building Development image with labels:\n"  
 @echo "name: $(MODULE)"  
 @echo "version: $(TAG)${NC}\n"  
 @sed                                 \  
     -e 's|{NAME}|$(MODULE)|g'        \  
     -e 's|{VERSION}|$(TAG)|g'        \  
     dev.Dockerfile | docker build -t $(IMAGE):$(TAG) -f- . 

這個(gè)目標(biāo)會(huì)構(gòu)建鏡像。它首先會(huì)用鏡像名和 Tag（運(yùn)行g(shù)it describe創(chuàng)建）替換dev.Dockerfile底部的標(biāo)簽，然后運(yùn)行docker build。

接下來(lái)，使用make build-prod VERSION=1.0.0構(gòu)建生產(chǎn)鏡像： 

build-prod:  
 @echo "\n${BLUE}Building Production image with labels:\n"  
 @echo "name: $(MODULE)"  
 @echo "version: $(VERSION)${NC}\n"  
 @sed                                     \  
     -e 's|{NAME}|$(MODULE)|g'            \  
     -e 's|{VERSION}|$(VERSION)|g'        \  
     prod.Dockerfile | docker build -t $(IMAGE):$(VERSION) -f- . 

這個(gè)目標(biāo)與之前的目標(biāo)非常相似，但是在上面的示例1.0.0中，我們使用作為參數(shù)傳遞的版本而不是git標(biāo)簽作為版本 。當(dāng)你運(yùn)行 Docker 中的東西時(shí)，有時(shí)候你還需要在 Docker 中調(diào)試它，為此，有以下目標(biāo)： 

# Example: make shell CMD="-c 'date > datefile'"  
shell: build-dev  
 @echo "\n${BLUE}Launching a shell in the containerized build environment...${NC}\n"  
  @docker run                                                     \  
   -ti                                                     \  
   --rm                                                    \  
   --entrypoint /bin/bash                                  \  
   -u $$(id -u):$$(id -g)                                  \  
   $(IMAGE):$(TAG)             \  
   $(CMD) 

從上面我們可以看到，入口點(diǎn)被bash覆蓋，而容器命令被參數(shù)覆蓋。通過(guò)這種方式，我們可以直接進(jìn)入容器瀏覽，或運(yùn)行一次性命令，就像上面的例子一樣。

當(dāng)我們完成了編碼并希望將鏡像推送到 Docker 注冊(cè)中心時(shí)，我們可以使用make push VERSION=0.0.2。讓我們看看目標(biāo)做了什么： 

REGISTRY ?= docker.pkg.github.com/martinheinz/python-project-blueprint  
push: build-prod  
 @echo "\n${BLUE}Pushing image to GitHub Docker Registry...${NC}\n"  
 @docker push $(IMAGE):$(VERSION) 

它首先運(yùn)行我們前面看到的目標(biāo)build-prod，然后運(yùn)行docker push。這里假設(shè)你已經(jīng)登錄到 Docker 注冊(cè)中心，因此在運(yùn)行這個(gè)命令之前，你需要先運(yùn)行docker login。

最后一個(gè)目標(biāo)是清理 Docker 工件。它使用被替換到Dockerfiles中的name標(biāo)簽來(lái)過(guò)濾和查找需要?jiǎng)h除的工件： 

docker-clean:  
 @docker system prune -f --filter "label=name=$(MODULE)" 

你可以在我的存儲(chǔ)庫(kù)中找到Makefile的完整代碼清單：https://github.com/MartinHeinz/python-project-blueprint/blob/master/Makefile

借助 GitHub Actions 實(shí)現(xiàn) CI/CD

現(xiàn)在，讓我們使用所有這些方便的make目標(biāo)來(lái)設(shè)置 CI/CD。我們將使用 GitHub Actions 和 GitHubPackage Registry 來(lái)構(gòu)建管道（作業(yè)）及存儲(chǔ)鏡像。那么，它們又是什么呢？

•  GitHub Actions 是幫助你自動(dòng)化開發(fā)工作流的作業(yè) / 管道。你可以使用它們創(chuàng)建單個(gè)的任務(wù)，然后將它們合并到自定義工作流中，然后在每次推送到存儲(chǔ)庫(kù)或創(chuàng)建發(fā)布時(shí)執(zhí)行這些任務(wù)。
•  GitHub Package Registry 是一個(gè)包托管服務(wù)，與 GitHub 完全集成。它允許你存儲(chǔ)各種類型的包，例如 Ruby gems 或 npm 包。我們將使用它來(lái)存儲(chǔ) Docker 鏡像。如果你不熟悉 GitHub Package Registry，那么你可以查看我的博文，了解更多相關(guān)信息：https://martinheinz.dev/blog/6 。

現(xiàn)在，為了使用 GitHubActions，我們需要?jiǎng)?chuàng)建將基于我們選擇的觸發(fā)器（例如 push to repository）執(zhí)行的工作流。這些工作流是存儲(chǔ)庫(kù)中.github/workflows目錄下的 YAML 文件： 

.github  
└── workflows  
    ├── build-test.yml  
    └── push.yml 

在那里，我們將創(chuàng)建兩個(gè)文件build-test.yml和push.yml。前者包含 2 個(gè)作業(yè)，將在每次推送到存儲(chǔ)庫(kù)時(shí)被觸發(fā)，讓我們看下這兩個(gè)作業(yè): 

jobs:  
  build:  
    runs-on: ubuntu-latest  
    steps:  
    - uses: actions/checkout@v1  
    - name: Run Makefile build for Development  
      run: make build-dev 

第一個(gè)作業(yè)名為build，它驗(yàn)證我們的應(yīng)用程序可以通過(guò)運(yùn)行make build-dev目標(biāo)來(lái)構(gòu)建。

在運(yùn)行之前，它首先通過(guò)執(zhí)行發(fā)布在 GitHub 上名為checkout的操作簽出我們的存儲(chǔ)庫(kù)。 

jobs:  
  test:  
    runs-on: ubuntu-latest  
    steps:  
    - uses: actions/checkout@v1  
    - uses: actions/setup-python@v1  
      with:  
        python-version: '3.8'  
    - name: Install Dependencies  
      run: | 
        python -m pip install --upgrade pip  
        pip install -r requirements.txt  
    - name: Run Makefile test  
      run: make test  
    - name: Install Linters  
      run: |  
        pip install pylint  
        pip install flake8  
        pip install bandit  
    - name: Run Linters  
      run: make lint 

第二個(gè)作業(yè)稍微復(fù)雜一點(diǎn)。它測(cè)試我們的應(yīng)用程序并運(yùn)行 3 個(gè) linter（代碼質(zhì)量檢查工具）。與上一個(gè)作業(yè)一樣，我們使用checkout@v1操作來(lái)獲取源代碼。在此之后，我們運(yùn)行另一個(gè)已發(fā)布的操作setup-python@v1，設(shè)置 python 環(huán)境。要了解詳細(xì)信息，請(qǐng)查看這里：https://github.com/actions/setup-python 我們已經(jīng)有了 Python 環(huán)境，我們還需要requirements.txt中的應(yīng)用程序依賴關(guān)系，這是我們用pip安裝的。

這時(shí)，我們可以著手運(yùn)行make test目標(biāo)，它將觸發(fā)我們的 Pytest 套件。如果我們的測(cè)試套件測(cè)試通過(guò)，我們繼續(xù)安裝前面提到的 linter——pylint、flake8 和 bandit。最后，我們運(yùn)行make lint目標(biāo)，它將觸發(fā)每一個(gè) linter。關(guān)于構(gòu)建 / 測(cè)試作業(yè)的內(nèi)容就這些，但 push 作業(yè)呢？讓我們也一起看下： 

on:  
  push:  
    tags:  
    - '*'  
jobs:  
  push:  
    runs-on: ubuntu-latest  
    steps:  
    - uses: actions/checkout@v1  
    - name: Set env  
      run: echo ::set-env name=RELEASE_VERSION::$(echo ${GITHUB_REF:10})  
    - name: Log into Registry  
      run: echo "${{ secrets.REGISTRY_TOKEN }}" | docker login docker.pkg.github.com -u ${{ github.actor }} --password-stdin  
    - name: Push to GitHub Package Registry  
      run: make push VERSION=${{ env.RELEASE_VERSION }} 

前四行定義了何時(shí)觸發(fā)該作業(yè)。我們指定，只有當(dāng)標(biāo)簽被推送到存儲(chǔ)庫(kù)時(shí)，該作業(yè)才啟動(dòng)（*指定標(biāo)簽名稱的模式——在本例中是任何名稱）。這樣，我們就不會(huì)在每次推送到存儲(chǔ)庫(kù)的時(shí)候都把我們的 Docker 鏡像推送到 GitHub Package Registry，而只是在我們推送指定應(yīng)用程序新版本的標(biāo)簽時(shí)才這樣做。

現(xiàn)在我們看下這個(gè)作業(yè)的主體——它首先簽出源代碼，并將環(huán)境變量RELEASE_VERSION設(shè)置為我們推送的git標(biāo)簽。這是通過(guò) GitHub Actions 內(nèi)置的::setenv特性完成的（更多信息請(qǐng)查看這里：https://help.github.com/en/actions/automating-your-workflow-with-github-actions/development-tools-for-github-actions#set-an-environment-variable-set-env ）。

接下來(lái)，它使用存儲(chǔ)在存儲(chǔ)庫(kù)中的 secretREGISTRY_TOKEN登錄到 Docker 注冊(cè)中心，并由發(fā)起工作流的用戶登錄（github.actor）。最后，在最后一行，它運(yùn)行目標(biāo)push，構(gòu)建生產(chǎn)鏡像并將其推送到注冊(cè)中心，以之前推送的git標(biāo)簽作為鏡像標(biāo)簽。

感興趣的讀者可以從這里簽出完整的代碼清單：https://github.com/MartinHeinz/python-project-blueprint/tree/master/.github/workflows

使用 CodeClimate 進(jìn)行代碼質(zhì)量檢查

最后但同樣重要的是，我們還將使用 CodeClimate 和 SonarCloud 添加代碼質(zhì)量檢查。它們將與上文的測(cè)試作業(yè)一起觸發(fā)。所以，讓我們添加以下幾行： 

# test, lint...  
- name: Send report to CodeClimate  
  run: |  
    export GIT_BRANCH="${GITHUB_REF/refs\/heads\//}"  
    curl -L https://codeclimate.com/downloads/test-reporter/test-reporter-latest-linux-amd64 > ./cc-test-reporter  
    chmod +x ./cc-test-reporter  
    ./cc-test-reporter format-coverage -t coverage.py coverage.xml  
    ./cc-test-reporter upload-coverage -r "${{ secrets.CC_TEST_REPORTER_ID }}"  
- name: SonarCloud scanner  
  uses: sonarsource/sonarcloud-github-action@master  
  env:  
    GITHUB_TOKEN: ${{ secrets.GITHUB_TOKEN }}  
    SONAR_TOKEN: ${{ secrets.SONAR_TOKEN }} 

我們從 CodeClimate 開始，首先輸出變量GIT_BRANCH，我們會(huì)用環(huán)境變量GITHUB_REF來(lái)檢索這個(gè)變量。接下來(lái)，我們下載 CodeClimate test reporter 并使其可執(zhí)行。接下來(lái)，我們使用它來(lái)格式化由測(cè)試套件生成的覆蓋率報(bào)告，而且，在最后一行，我們將它與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)庫(kù)秘密中的 test reporter ID 一起發(fā)送給 CodeClimate。至于 SonarCloud，我們需要在存儲(chǔ)庫(kù)中創(chuàng)建sonar-project.properties文件，類似下面這樣（這個(gè)文件的值可以在 SonarCloud 儀表板的右下角找到）： 

sonar.organization=martinheinz-github  
sonar.projectKey=MartinHeinz_python-project-blueprint  
sonar.sources=blueprint 

除此之外，我們可以使用現(xiàn)有的sonarcloud-github-action，它會(huì)為我們做所有的工作。我們所要做的就是提供 2 個(gè)令牌——GitHub 令牌默認(rèn)已在存儲(chǔ)庫(kù)中，SonarCloud 令牌可以從 SonarCloud 網(wǎng)站獲得。

注意：關(guān)于如何獲取和設(shè)置前面提到的所有令牌和秘密的步驟都在存儲(chǔ)庫(kù)的自述文件中：https://github.com/MartinHeinz/python-project-blueprint/blob/master/README.md

小  結(jié)

就是這樣！有了上面的工具、配置和代碼，你就可以構(gòu)建和全方位自動(dòng)化下一個(gè) Python 項(xiàng)目了！如果關(guān)于本文討論的主題，你想了解更多信息，請(qǐng)查看存儲(chǔ)庫(kù)中的文檔和代碼：https://github.com/MartinHeinz/python-project-blueprint， 如果你有什么建議 / 問(wèn)題，請(qǐng)?jiān)诖鎯?chǔ)庫(kù)中提交問(wèn)題庫(kù)，或者如果你喜歡我的這個(gè)小項(xiàng)目，請(qǐng)為我點(diǎn)贊。