【ステップアップ】「Pythonの実践」簡単速習‼【インフラ構築自動化/応用⑦】

Python

こんにちはヤク学長です。
データサイエンティスト兼ファーマシストで、アルゴリズムやBI開発を行っています。

本記事の目的は、「pythonの基本操作を知る」ことを目的としています。

【ステップアップ】「Pythonの実践」簡単速習‼【暗号化/応用⑥】

【本記事のもくじ】

まず、「Python」に真剣に取り組むための概要を解説します。
下記の方法で、簡単に概要を抑えることができます。

  • １．インフラ構築自動化

それでは、上から順番に見ていきます。
なお、本上記の方法を順番に抑えれば成果が出ます。

記事の内容は「転載 & 引用OK」問題ありません。

目次

１．インフラ構築自動化

インフラ構築自動化とは、ソフトウェアやスクリプトを使って、クラウドやオンプレミスのインフラストラクチャーを自動的に構築することを指します。

インフラストラクチャーとは、サーバーやネットワーク機器、データストレージ、オペレーティングシステム、ミドルウェア、アプリケーションソフトウェアなど、システムを構成する物理的または仮想的な資源のことを指します。

インフラ構築自動化を行うことによって、以下のようなメリットがあります。

  • ヒューマンエラーを防止し、品質を向上することができる。
  • 作業時間やコストを大幅に削減することができる。
  • インフラストラクチャーの設定や構成を簡単に再現することができる。
  • セキュリティを向上することができる。

主要なインフラ構築自動化ツールとしては、Ansible、Chef、Puppet、Terraformなどがあります。これらのツールは、プログラム言語を使用して、自動的にインフラストラクチャーを設定したり、管理したりすることができます。また、クラウドサービスプロバイダーが提供するAPIを利用して、クラウド上のリソースを自動的に構築することも可能です。

WindowsにVagrantとVirtualboxをインストールする

  • まず、VirtualBoxをダウンロードします。公式サイト(https://www.virtualbox.org/wiki/Downloads) から、自分のOSにあったパッケージをダウンロードし、インストールします。

  • 次に、Vagrantをダウンロードします。公式サイト(https://www.vagrantup.com/downloads) から、自分のOSにあったパッケージをダウンロードし、インストールします。

  • インストールが完了したら、コマンドプロンプトやターミナルを開き、以下のコマンドを実行してバージョンを確認します。

vagrant version

  • このコマンドを実行すると、Vagrantのバージョン情報が表示されます。正しくインストールされているか確認しましょう。

Vagrant

Vagrantとは、ローカル開発環境を簡単に構築・管理するためのツールです。Vagrantを使うことで、仮想マシンやコンテナのセットアップが簡単になります。また、Vagrantfileと呼ばれる設定ファイルを使って、簡単に仮想マシンの設定を変更できます。

Vagrantは、仮想化技術を使って仮想マシンを作成するため、パフォーマンスに影響が出ることがあります。しかし、ローカルで開発を行う場合は、この程度のパフォーマンスの低下は許容できます。また、Vagrantは複数のプロバイダーをサポートしており、仮想化技術によって仮想マシンを作成するだけでなく、Dockerを使ってコンテナを作成することもできます。

Vagrantの主な機能は以下の通りです。

  • 仮想マシンの自動セットアップ
  • 仮想マシンのプロビジョニング
  • 複数のプロバイダーのサポート
  • プラグインシステムによる機能拡張

Vagrantを使うことで、簡単にローカル開発環境をセットアップできるため、開発効率の向上につながります。

VirtualBoxは、x86_64用の無料かつオープンソースのハイパーバイザーです。これは、Windows、Linux、macOS、Solaris、FreeBSDなど、多数のオペレーティングシステム上で実行できます。VirtualBoxを使用すると、同じコンピュータ上に複数の仮想マシンを作成し、異なるOSを実行できます。

VirtualBoxは、デスクトップ仮想化のための最も一般的なソリューションの1つであり、オープンソースであるため、無料で利用できます。また、VirtualBoxはオープンソースであるため、エンドユーザーが必要に応じてソースコードを変更して、カスタマイズした仮想環境を作成できます。

VirtualBoxの主な機能には、以下があります。

  • ゲストOSの仮想化
  • プラグインのサポート
  • USBデバイスの仮想化
  • ポータブル仮想マシンのエクスポート/インポート
  • 仮想ネットワークのサポート

VagrantfileでVMを立ち上げる

Vagrantは、Vagrantfileと呼ばれるファイルを使用して、VMを定義および設定することができます。Vagrantfileは、Rubyの構文を使用して記述され、VMのホスト名、IPアドレス、プロビジョニング方法、ポートフォワーディングなどを定義することができます。

以下は、Vagrantfileの例です。

Vagrant.configure("2") do |config|
config.vm.box = "ubuntu/focal64"
config.vm.network "private_network", ip: "192.168.33.10"
config.vm.provider "virtualbox" do |vb|
vb.memory = "2048"
vb.cpus = "2"
end
config.vm.provision "shell", inline: <<-SHELL
apt update
apt install -y apache2
SHELL
end

このVagrantfileは、Ubuntu 20.04（Focal Fossa）のVMを定義し、192.168.33.10のプライベートIPアドレスを割り当て、2GBのメモリと2つのCPUを構成し、Apache2をインストールするプロビジョニングスクリプトを実行します。

Vagrantfileを使用してVMを起動するには、以下のコマンドを使用します。

vagrant up

これにより、Vagrantfileで定義されたVMが起動され、プロビジョニングスクリプトが実行されます。また、以下のコマンドを使用してVMにログインすることもできます。

vagrant ssh

Fabric

FabricはPythonで書かれたデプロイツールで、SSH経由でリモートサーバー上のコマンドを実行することができます。Fabricを使うことで、デプロイやアプリケーションの設定、サーバーのセットアップなどの作業を自動化することができます。

Fabricは、Fabricのコマンドを書いたPythonスクリプトをローカルマシンで実行することで、リモートサーバーでのタスクの実行を自動化することができます。これにより、手動での作業に比べて作業が自動化され、効率が向上し、エラーのリスクが低減されます。

Fabricには、以下のような特徴があります。

  • シンプルなAPI: 一般的なSSHタスクを簡単に実行できます。
  • パラメーター化された実行: タスクを実行するときに、引数を指定して値を渡すことができます。
  • 並列実行: 複数のサーバーでタスクを同時に実行することができます。
  • ファブリックスクリプトの再利用: 複数のプロジェクトで同じFabricスクリプトを再利用することができます。

Fabricを使用するには、Python 2.7またはPython 3.4以降が必要です。また、Fabricを使用するためには、リモートサーバーにSSHでログインするための設定が必要です。

Fabricで自動化

Fabricは、Pythonで記述されたシンプルなリモート実行ライブラリであり、SSH接続を介してリモートホストでのコマンドの実行、ファイルのアップロード/ダウンロード、リモートマシンの設定ファイルの更新など、さまざまな自動化タスクを実行することができます。

Fabricを使用すると、ローカルマシンから、設定したリモートマシンに対して、Pythonスクリプトを実行することができます。これにより、手動でコマンドを実行する必要がなく、手動作業が省けるため、業務の効率化や正確性の向上などが期待できます。

以下は、Fabricを使用したサーバーの自動化の例です。

from fabric import Connection

# 接続先サーバーのホスト名、ユーザー名、秘密鍵のファイルパスを指定して接続する
c = Connection(host='example.com', user='myuser', connect_kwargs={'key_filename': '/path/to/my/key'})
# サーバーのパッケージをアップデートする
c.sudo('apt-get update')
c.sudo('apt-get upgrade -y')

# サーバーにnginxをインストールする
c.sudo('apt-get install -y nginx')
# サーバーに設定ファイルをアップロードする
c.put('nginx.conf', remote='/etc/nginx/nginx.conf')

# サーバーのnginxサービスを再起動する
c.sudo('systemctl restart nginx')

上記のスクリプトでは、Connectionクラスを使用してリモートホストに接続し、sudoメソッドを使用して、パッケージのアップグレード、nginxのインストール、設定ファイルのアップロード、nginxサービスの再起動を実行しています。このように、Fabricを使えば、リモートマシンでの自動化が容易になります。

Ansibleで自動化

Ansibleは、IT環境の自動化、設定管理、アプリケーションのデプロイなどに使われるオープンソースの構成管理ツールです。Pythonで記述されており、SSHプロトコルを使用して管理対象のサーバにアクセスし、プレイブックに記述されたタスクを実行することができます。

Ansibleを利用する場合は、以下の手順で環境をセットアップします。

  • Ansibleをインストールする

AnsibleはPythonで記述されているため、Pythonがインストールされている必要があります。以下のコマンドでAnsibleをインストールします。

pip install ansible
  • Ansibleのインベントリファイルを作成する

Ansibleのインベントリファイルは、管理対象のサーバのリストを記述するファイルです。以下のように、インベントリファイルを作成します。

[web]
192.168.0.1
192.168.0.2

[db]
192.168.0.3
上記の例では、[web]と[db]というグループを定義し、それぞれのグループにIPアドレスを指定しています。
  • プレイブックを作成する

プレイブックは、管理対象のサーバで実行するタスクを記述するファイルです。以下のようなプレイブックを作成します。

- name: Install Apache web server
hosts: web
become: yes
tasks:
- name: Install Apache
apt:
name: apache2
state: present

上記の例では、hostsには、対象のグループを指定しています。また、become: yesによって、管理者権限で実行することを指定しています。タスクには、aptモジュールを使用して、Apacheをインストールする処理を記述しています。

  • Ansibleでプレイブックを実行する

以下のコマンドで、プレイブックを実行します。

ansible-playbook -i inventory playbook.yml

上記の例では、-iオプションでインベントリファイルを指定しています。また、playbook.ymlには、実行するプレイブックを指定しています。

これらの手順を踏むことで、Ansibleを利用してサーバの自動化を行うことができます。

Ansibleのモジュールの作成

Ansibleは、既存のシェルスクリプトやPythonスクリプトなどの様々な種類のモジュールをサポートしています。ただし、独自のモジュールを作成することもできます。

Ansibleのモジュールは、JSON形式で入力され、JSON形式で出力されるようになっています。モジュールは、Ansibleが管理するホスト上で実行されます。モジュールを作成するには、Pythonスクリプトを作成する必要があります。Pythonスクリプトは、Ansibleが管理するホスト上で実行されるため、Pythonがインストールされている必要があります。

以下は、簡単なAnsibleモジュールの例です。この例では、ファイルを作成するモジュールを作成しています。

#!/usr/bin/python
from ansible.module_utils.basic import *
def main():
module = AnsibleModule(
argument_spec=dict(
path=dict(required=True),
content=dict(required=True),
),
supports_check_mode=True,
)
path = module.params['path']
content = module.params['content']
if module.check_mode:
module.exit_json(changed=True, msg='check mode: file would have been created')
with open(path, 'w') as f:
f.write(content)
module.exit_json(changed=True, msg='file created')
if __name__ == '__main__':
　　main()

この例では、pathとcontentという2つの引数を持つmain関数が定義されています。これらの引数は、Ansibleが入力として提供し、モジュールが処理する必要があるものです。

モジュールを実行するには、ansibleコマンドの-mオプションを使用します。以下は、この例で作成したファイル作成モジュールを実行するコマンドの例です。

$ ansible all -i hosts -m file_create -a "path=/tmp/foo content='hello world'"

この例では、allというグループに属するすべてのホストで、file_createモジュールを実行し、pathとcontent引数を指定しています。-iオプションは、Ansibleが管理するホストを指定するために使用されます。-aオプションは、file_createモジュールの引数を指定するために使用されます。

以上が、簡単なAnsibleモジュールの作成方法の例です。Ansibleは、多くの標準的なモジュールを提供しており、独自のモジュールを作成する必要がない場合もありますが、必要に応じて独自のモジュールを作成することもできます。

というわけで、今回は以上です。大変大変お疲れ様でした。
引き続きで、徐々に発信していきます。

コメントや感想を受け付けています。ちょっとした感想でもいいので嬉しいです。

それでは、以上です。

【ステップアップ】「Pythonの実践」簡単速習‼【Pythonの便利ツール/応用⑧】

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