掌握 Packer 於 Azure 的映像檔自動化建構流程

– 8 分鐘閱讀

在現代雲端維運中，標準化且可重複部署的虛擬機映像是確保環境一致性與擴展效率的基石。傳統手動配置不僅耗時且易出錯，難以應對快速迭代的需求。Packer 作為基礎設施即代碼（IaC）的關鍵工具，提供自動化、程式化的映像檔建構方案，能將規格定義於模板中，透過版本控制管理並整合至 CI/CD 流程。本文聚焦於 Packer 在 Azure 環境的實際執行環節，從身份驗證配置開始，逐步拆解其構建、驗證與動態調整的工作流程。掌握此流程是提升部署效率、實踐不可變基礎設施（Immutable Infrastructure）理念，進而強化系統穩定性與安全性的重要一步。

Packer 執行流程與 Azure 認證詳解

在成功定義了 Packer 模板後，接下來的關鍵步驟是執行 Packer，以實際創建我們所需的 Azure 虛擬機映像。這個過程涉及環境配置、模板驗證以及執行構建命令。

步驟一：配置 Packer 以進行 Azure 身份驗證

Packer 需要 Azure 服務主體 (Service Principal) 的認證資訊才能在您的 Azure 訂閱中創建資源。這些資訊通常通過環境變數傳遞，以確保安全性。

環境變數設置 (Linux 範例):

在執行 Packer 命令之前，您需要在終端機中設置以下環境變數。請將 <...> 中的值替換為您實際的 Azure 服務主體資訊：

export ARM_SUBSCRIPTION_ID="<您的 Azure 訂閱 ID>"
export ARM_CLIENT_ID="<您的 Azure 服務主體 Client ID>"
export ARM_CLIENT_SECRET="<您的 Azure 服務主體 Client Secret>"
export ARM_TENANT_ID="<您的 Azure 租戶 ID>"

Packer 模板中的變數引用:

Packer 模板中的 variables 區塊會將這些環境變數映射到模板內部使用的變數。例如，一個常見的設置是：

{
  "variables": {
    "subscriptionid": "{{env 'ARM_SUBSCRIPTION_ID'}}",
    "clientid": "{{env 'ARM_CLIENT_ID'}}",
    "clientsecret": "{{env 'ARM_CLIENT_SECRET'}}",
    "tenantid": "{{env 'ARM_TENANT_ID'}}",
    // ... 其他變數
  },
  "builders": [
    {
      "type": "azure-arm",
      "client_id": "{{var `clientid`}}",
      "client_secret": "{{var `clientsecret`}}",
      "subscription_id": "{{var `subscriptionid`}}",
      "tenant_id": "{{var `tenantid`}}",
      // ... 其他 builder 配置
    }
  ],
  // ...
}

在此範例中，{{env 'VAR_NAME'}} 直接引用環境變數，而 {{var 'var_name'}} 則引用模板內部定義的變數。這種層層遞進的變數處理方式，提供了極大的靈活性和安全性。

步驟二：驗證 Packer 模板

在執行構建之前，對 Packer 模板進行驗證是一個良好的實踐，可以幫助及早發現語法錯誤或配置問題。

  1. 初始化模板:

    packer init <your_template_file.json>

    此命令會下載並安裝模板所需的任何插件，例如 azure-arm 構建器插件。

  2. 格式驗證 (可選但推薦): 雖然 packer build 會進行語法檢查，但您也可以使用 JSONL 驗證工具（如果模板是 JSON 格式）或 HCL 格式的驗證器來檢查語法。

步驟三：執行 Packer 構建

一旦環境變數設置正確且模板通過初步驗證，就可以執行 Packer 來創建 Azure 映像。

執行命令:

packer build <your_template_file.json>

Packer 的構建流程:

當您運行 packer build 命令時，Packer 會執行以下一系列操作：

  1. 讀取模板: 解析指定的 Packer 模板文件。
  2. 初始化構建器: 根據 builders 區塊的配置，初始化與 Azure 的連接。
  3. 創建臨時虛擬機: 在 Azure 中創建一個臨時代價虛擬機，使用模板中指定的基礎映像。
  4. 執行配置器 (provisioners):
    • 安裝工具: 如果模板需要，會先在臨時 VM 上安裝必要的工具，例如 ansible。
    • 執行腳本/Playbook: 按照 provisioners 區塊中定義的順序，執行 shell 腳本、ansible-local Playbook 或其他配置器。這包括安裝軟體（如 Nginx）、進行系統加固、清理臨時文件等。
    • 通用化: 在所有配置完成後，執行通用化步驟（如使用 waagent），移除特定於臨時 VM 的用戶資訊和配置。
  5. 創建映像: 將配置完成並通用化後的臨時虛擬機轉換為一個 Azure 託管映像。
  6. 清理資源: 刪除臨時虛擬機及其相關資源（如臨時磁碟）。
  7. 輸出結果: 在終端顯示構建過程的日誌，並在成功時提供新創建映像的相關資訊。

視覺化執行流程

以下圖示展示了 Packer 執行構建的整體流程。

@startuml
!define DISABLE_LINK
!define PLANTUML_FORMAT svg
!theme _none_

skinparam dpi auto
skinparam shadowing false
skinparam linetype ortho
skinparam roundcorner 5
skinparam defaultFontName "Microsoft JhengHei UI"
skinparam defaultFontSize 16
skinparam minClassWidth 100

start

:設置 Azure 環境變數;
:運行 `packer init`;
:運行 `packer build <template_file>`;  :Packer 解析模板;
  :初始化 Azure Builder;
  :創建臨時 Azure VM;

  :執行 Provisioners (順序執行);
  :  - 安裝工具 (如 Ansible);
  :  - 運行腳本/Playbook (配置);
  :  - 執行通用化;

:將臨時 VM 轉換為 Azure 映像;
:刪除臨時 VM 及相關資源;

:構建完成;
:輸出映像資訊;

stop

@enduml

看圖說話：

此圖示概述了執行 Packer 構建映像的完整生命週期。首先，用戶需要設置必要的 Azure 環境變數，這是 Packer 與 Azure 進行身份驗證的基礎。隨後，執行 packer init 命令來準備所需的插件。核心步驟是 packer build 命令，它會觸發整個映像創建流程。Packer 首先解析用戶提供的模板文件，並根據 builders 區塊的配置初始化與 Azure 的連接，接著在 Azure 中創建一個臨時虛擬機。緊接著，Packer 會按照模板中 provisioners 區塊定義的順序，逐步執行各種配置任務，這可能包括安裝額外的工具（如 Ansible）、運行自定義腳本或 Ansible Playbook 來配置系統，最後執行關鍵的通用化步驟，以確保映像的乾淨和可重用性。所有配置和通用化完成後，Packer 會將這個臨時虛擬機轉換為一個 Azure 託管映像，並將其存儲在指定的資源組中。最後，Packer 會自動清理所有臨時創建的資源，確保環境的整潔，並向用戶輸出構建成功的資訊和新映像的詳細信息。

Packer 執行流程與模板驗證實踐

在完成 Packer 模板的編寫後，實際執行構建前的驗證步驟至關重要。這能幫助我們及早發現潛在的語法錯誤或配置問題，從而避免在構建過程中出現意外中斷。

步驟一：驗證 Packer 模板的語法正確性

Packer 提供了一個內建的 validate 命令，用於檢查模板文件的語法是否正確，以及是否符合 Packer 的要求。

執行驗證命令:

在包含 Packer 模板文件的目錄下，執行以下命令：

packer validate <your_template_file.json>

例如，如果您的模板文件是 azure_linux.json，則命令為：

packer validate azure_linux.json

驗證結果:

  • 成功: 如果模板語法正確且配置無誤，Packer 將輸出類似「Template validated successfully.」的訊息，表示模板可以安全地用於構建。
  • 失敗: 如果模板存在語法錯誤、遺漏必要的配置項，或使用了無效的參數，Packer 將會報告錯誤訊息，並指出問題所在的位置，以便您進行修正。

步驟二：執行 Packer 構建命令

一旦模板通過了 validate 命令的檢查，我們就可以執行 build 命令來啟動實際的映像生成過程。

執行構建命令:

packer build <your_template_file.json>

例如：

packer build azure_linux.json

構建過程中的關鍵階段:

Packer 在執行 build 命令時，會詳細記錄其操作步驟，這有助於我們理解構建過程並進行故障排除：

  1. 創建臨時資源: Packer 首先會在 Azure 中創建一個臨時資源組和相應的虛擬機，用於執行後續的配置任務。
  2. 執行 Provisioners: 按照模板中定義的順序，Packer 會在臨時虛擬機上執行所有配置腳本和命令，例如安裝軟體、配置系統、運行 Ansible Playbook 等。
  3. 映像生成: 在所有配置完成並進行通用化後，Packer 會將臨時虛擬機轉換為一個 Azure 託管映像。
  4. 資源清理: 構建完成後，Packer 會自動刪除臨時創建的虛擬機、磁碟和資源組，確保不留下不必要的資源。

觀察構建輸出:

Packer 的構建輸出會實時顯示每個步驟的進展。您可以觀察到臨時虛擬機的創建、腳本的執行情況，以及最終映像的生成和臨時資源的清理。在 Azure 入口網站中，您也可以看到 Packer 在構建過程中創建的臨時資源組及其內容，這有助於直觀地理解 Packer 的工作流程。

步驟三：覆蓋模板變數 (動態構建)

Packer 的一個強大之處在於其變數系統，允許我們在執行構建命令時動態地覆蓋模板中預設的變數值。這使得我們能夠使用同一份模板生成不同配置的映像，而無需修改模板本身。

使用 -var 選項覆蓋變數:

您可以在 packer build 命令後添加 -var 選項來傳遞新的變數值。

範例:

假設您的模板中定義了一個 image_version 變數，預設值為 0.0.1。如果您想生成一個新版本（例如 0.0.2）的映像，可以這樣執行：

packer build -var 'image_version=0.0.2' azure_linux.json

這個命令會告訴 Packer 在構建過程中，將 image_version 的值設置為 0.0.2，而不是使用模板中定義的預設值。這會影響最終映像的名稱（如果名稱中包含版本號）以及其他依賴於此變數的配置。

使用 -var-file 選項:

對於需要傳遞大量變數的情況，可以將這些變數定義在一個單獨的文件（例如 my_vars.json）中，然後使用 -var-file 選項來加載。

packer build -var-file='my_vars.json' azure_linux.json

這種方式可以讓模板保持乾淨，同時方便管理不同構建場景下的變數配置。

視覺化模板驗證與執行流程

以下圖示總結了 Packer 模板驗證和執行的關鍵步驟。

@startuml
!define DISABLE_LINK
!define PLANTUML_FORMAT svg
!theme _none_

skinparam dpi auto
skinparam shadowing false
skinparam linetype ortho
skinparam roundcorner 5
skinparam defaultFontName "Microsoft JhengHei UI"
skinparam defaultFontSize 16
skinparam minClassWidth 100

start

:編寫 Packer 模板 (JSON/HCL);  :執行 `packer validate <template_file>`;
  :檢查模板語法和配置;
  :輸出驗證結果 (成功/失敗);

  :設置 Azure 環境變數;
  :執行 `packer build <template_file>`;
  :  - (可選) 使用 `-var` 或 `-var-file` 覆蓋變數;

  :Packer 啟動構建流程;
  :創建臨時 VM;
  :執行 Provisioners;
  :生成 Azure 映像;
  :清理臨時資源;

:構建完成，映像可用;

stop

@enduml

看圖說話：

此圖示描繪了使用 Packer 進行映像構建的完整流程，從模板編寫到最終映像的生成。首先，開發者編寫 Packer 模板，這可以採用 JSON 或 HCL 格式。在模板編寫完成後，至關重要的一步是執行 packer validate 命令。這個命令會對模板進行語法檢查，確保所有配置項都是正確且有效的，並報告任何發現的錯誤，從而防止後續構建過程中的無效操作。如果驗證成功，下一步是設置必要的 Azure 環境變數，以授權 Packer 在 Azure 中進行操作。接著，執行 packer build 命令來啟動實際的映像生成過程。在執行 build 命令時，用戶可以選擇性地使用 -var 或 -var-file 選項來覆蓋模板中預設的變數值，從而實現動態構建不同配置的映像。Packer 隨後會按照模板的指示，創建一個臨時虛擬機，執行所有定義的配置任務（Provisioners），然後將其轉換為一個 Azure 託管映像。最後，Packer 會自動清理所有臨時創建的資源，確保環境整潔，並標誌著映像構建的成功完成。

結論

發展視角： 績效與成就視角

檢視此自動化流程在高壓環境下的實踐效果，其核心價值在於將傳統映像檔維護的高度不確定性，轉化為可預測、可追溯的自動化資產生成。真正的挑戰並非 build 指令本身，而在於前期模板設計的嚴謹度與認證管理的安全性。善用內建驗證與動態變數機制，更是將此流程從單次任務提升為企業級 CI/CD 基礎建設的關鍵。

展望未來，以程式碼管理的「黃金映像檔」(Golden Images) 將成為雲端治理的標準配備，更是實踐不可變基礎架構（Immutable Infrastructure）的基石。對於追求卓越維運的管理者而言，將此流程制度化並整合進發布管道，是實現速度、品質與安全三贏的策略性投資。

玄貓

玄貓

技術愛好者，專注於分享程式開發、雲端技術與 AI 應用的心得體會。