GitLab CI/CD 管線架構與實踐

GitLab CI/CD 作為現代軟體開發自動化流程的根本，能有效提升團隊效率、程式碼品質與交付速度。本文從 Runners 的角色出發，解析管線的結構、階段、工作、指令等組成元素，並闡述分支管線、標籤管線、合併請求管線和合併結果管線的應用場景。透過 .gitlab-ci.yml 檔案的組態，開發者能精確控制管線的執行流程。此外，手動觸發和跳過管線的功能，讓開發者能更彈性地管理 CI/CD 流程，避免不必要的資源消耗，同時兼顧效率與彈性。

GitLab CI/CD 管線架構與實踐

GitLab CI/CD 是現代軟體開發中不可或缺的自動化流程，它能有效提升團隊效率、確保程式碼品質並加速交付速度。本文將探討 GitLab CI/CD 管線的各個導向，從 Runners 的角色開始，逐步解析管線的結構、組成元素以及不同型別的管線。首先，GitLab Runners 作為執行管線任務的關鍵角色，扮演著橋樑的角色，連線 GitLab 例項與實際執行環境。管線的結構則由階段、工作和指令組成，階段劃分了不同任務群組，工作定義了單一任務，而指令則是具體執行的命令。透過 .gitlab-ci.yml 檔案，開發者可以根據專案需求組態管線，定義各個階段、工作及指令的執行順序和內容。除了基本的分支管線外，GitLab 還支援標籤管線、合併請求管線和合併結果管線，以滿足不同情境的測試和佈署需求。開發者可以根據版本發布、程式碼合併等情況選擇合適的管線型別。此外，GitLab 提供了手動觸發管線的功能，方便開發者在特定時機執行管線任務。同時，也支援在提交訊息中加入特定指令來跳過管線執行，避免不必要的資源消耗。

CI/CD 管道概述

在瞭解管道（Pipeline）、持續整合（CI）及持續交付（CD）的高層概念後，現在讓我們介紹另一個關鍵概念：GitLab Runners。這些 Runners 是實作管道自動化的核心元素。

GitLab Runners 的作用

GitLab Runners 是執行自動化任務的機器人。技術上來說，它們是由 GitLab 例項傳送指令來執行任務的小程式。Runners 是將 CI/CD 組態轉換為實際執行的建置、驗證、安全及佈署任務的關鍵。

GitLab CI/CD 管道架構圖示

  graph TD;
    A[CI/CD 組態檔案] --> B[GitLab Runner];
    B --> C[執行任務];
    C --> D[GitLab 例項];
    D --> E[顯示結果];

圖表翻譯：

此圖表展示了 GitLab CI/CD 的基本架構：

CI/CD 組態檔案：定義管道的任務。
GitLab Runner：在特定環境中執行這些任務。
執行任務：實際執行建置、測試和佈署等任務。
GitLab 例項：管理和協調所有方面的管道。
顯示結果：最終顯示管道任務的結果。

CI/CD 管道的結構

CI/CD 管道由一系列自動化步驟組成，這些步驟會在每次修改 Git 儲存函式庫中的檔案時執行。透過頻繁執行這些管道，可以輕鬆地在早期發現問題、快速修復並頻繁、低風險地佈署新程式碼到客戶端。除了需要一些時間來處理外，管道幾乎沒有什麼缺點，是 GitLab 工作流程中不可或缺的一部分。

管道的組成部分

階段（Stages）

每個管道都包含一個或多個階段。階段是一組主題相關的管道任務。最常用的三個階段是：

建置（Build）：這個階段包含將原始碼編譯和/或封裝成可佈署格式的任務。
測試（Test）：這個階段包含執行自動化測試、程式碼品質掃描和 linters，以及可能的安全掃描。
佈署（Deploy）：這個階段將程式碼傳送到適當的環境，取決於執行管道的 Git 分支或 Git 標籤（以及其他可能因素）。

這些階段是如此常用，以至於 GitLab 預設會將它們新增到您的管道中。您可以根據需要新增、移除或替換階段，但建議明確定義每個階段，即使用預設階段也一樣。

應用案例解析

假設我們有一個名為「Hats for Cats」的專案，其 CI/CD 管道包含以下三個階段：建置、測試和佈署。

建置階段：編譯和封裝應用程式。
測試階段：執行單元測試和整合測試。
佈署階段：將應用程式佈署到生產環境。

如果在測試階段失敗，整個管道將顯示為失敗狀態。這樣可以確保只會佈署經過完全驗證的應用程式版本。

自動化工作流程

對於每次程式碼提交或推播，GitLab 會觸發相應的 CI/CD 管道：

觸發器：開發者推播程式碼到 Git 儲存函式庫。
建置：GitLab Runner 執行建置指令碼，編譯和封裝應用程式。
測試：Runner 執行測試指令碼，進行自動化測試和品質掃描。
佈署：如果所有測試都透過，Runner 會將應用程式佈署到目標環境。

GitLab CI/CD 管線結構全解

在瞭解 GitLab 的 CI/CD 管線結構之前，我們需要先理解其中的三個主要組成部分：階段（stages）、工作（jobs）以及指令（commands）。這些組成部分共同協作，確保每一次的程式碼變更都能夠自動化地進行編譯、測試以及佈署。

管線的階段與工作

首先，我們來看看 GitLab CI/CD 管線的基本架構。此圖示展示了三個主要的階段：建置（Build）、測試（Test）以及佈署（Deploy）。每個階段包含了多個工作，這些工作是實際執行任務的單元。

  graph TD;
    A[建置階段] --> B[測試階段];
    B --> C[佈署階段];

圖表翻譯：

此圖表展示了 CI/CD 管線的三個主要階段：

建置階段：包含編譯和封裝應用程式的工作。
測試階段：包含執行自動化測試的工作。
佈署階段：包含將應用程式佈署到目標環境的工作。

在 GitLab 中，工作是最小的執行單位。每個工作都必須有一個描述其任務的名稱。我們可以將工作視為階段下的一層結構，每個階段包含一或多個工作，而每個工作則由某個階段所包含。

工作與指令

接下來，我們來探討如何讓工作實際執行任務。這裡就引出了第三個重要組成部分：指令。每個工作包含一或多個指令，這些指令是實際執行任務的命令。

例如：

build-job:
  stage: build
  script:
    - echo "Building the project..."
    - ./build_script.sh

內容解密：

此範例展示了一個名為 build-job 的工作，屬於建置階段。該工作包含兩個指令：

echo “Building the project…”：輸出建置專案的訊息。
./build_script.sh：執行建置指令碼。

如何組合管線的各部分

現在我們已經介紹了階段、工作和指令這三個基本組成部分，讓我們來看看它們如何組合在一起：

每個 GitLab CI/CD 管線至少包含一個階段。
每個階段至少包含一個工作。
每個工作至少包含一條指令。

基本範例及實際應用

基本範例

假設我們有一個簡單的專案，其 GitLab CI/CD 組態檔案 .gitlab-ci.yml 如下所示：

stages:
  - build
  - test
  - deploy

build-job:
  stage: build
  script:
    - echo "Building the project..."
    - ./build_script.sh

test-job:
  stage: test
  script:
    - echo "Running tests..."
    - ./run_tests.sh

deploy-job:
  stage: deploy
  script:
    - echo "Deploying the project..."
    - ./deploy_script.sh

內容解密：

此範例展示了一個基本的 GitLab CI/CD 組態檔案。該組態檔案定義了三個階段：建置、測試和佈署。每個階段包含一項工作：

build-job：屬於建置階段，負責編譯專案。
test-job：屬於測試階段，負責執行自動化測試。
deploy-job：屬於佈署階段，負責將專案佈署到目標環境。

實際應用

在實際應用中，我們可以根據專案需求進行調整和擴充套件。例如，如果我們需要在建置之前進行依賴檢查，可以新增一個依賴檢查的工作：

stages:
  - dependency-check
  - build
  - test
  - deploy

dependency-check-job:
  stage: dependency-check
  script:
    - echo "Checking dependencies..."
    - ./check_dependencies.sh

build-job:
  stage: build
  script:
    - echo "Building the project..."
    - ./build_script.sh

test-job:
  stage: test
  script:
    - echo "Running tests..."
    - ./run_tests.sh

deploy-job:
  stage: deploy
  script:
    - echo "Deploying the project..."
    - ./deploy_script.sh

內容解密：

此範例展示了一種更複雜的 GitLab CI/CD 組態檔案。該組態檔案新增了一個依賴檢查階段和對應的依賴檢查工作：

dependency-check-job：屬於依賴檢查階段，負責檢查專案所需的依賴項是否已經安裝並準備就緒。

使用 GitLab CI/CD Pipelines

在現代軟體開發中，持續整合與持續佈署（CI/CD）已成為必不可少的步驟。GitLab 提供了強大的 CI/CD 功能，能夠自動化測試、構建和佈署流程，確保程式碼品質和快速交付。本文將探討如何在不同的分支和標籤上執行 GitLab 的 CI/CD Pipelines，並介紹其他型別的 Pipelines。

分支上的 Pipelines

在 GitLab 中，Pipelines 可以針對不同的分支執行。這意味著你可以在每次提交新程式碼時自動觸發測試和構建流程，確保每個分支上的程式碼都能正常執行。

手動執行 Pipeline

GitLab 允許你手動執行 Pipeline 針對任何 Git 分支。這樣做非常簡單，只需存取 Pipelines 清單，點選「Run pipeline」按鈕，選擇你想要執行 Pipeline 的分支，然後點選下一步的「Run pipeline」按鈕。

  graph TD;
    A[存取 Pipelines 清單] --> B[點選 Run pipeline 按鈕];
    B --> C[選擇分支];
    C --> D[點選 Run pipeline 按鈕];
    D --> E[Pipeline 執行完成];

圖表翻譯：

存取 Pipelines 清單：使用者需要進入 GitLab 的 Pipelines 頁面。
點選 Run pipeline 按鈕：在該頁面上，找到並點選「Run pipeline」按鈕以啟動手動執行流程。
選擇分支：從下拉選單中選擇要執行 Pipeline 的目標分支。
點選 Run pipeline 按鈕：再次點選「Run pipeline」按鈕以確認並開始執行。
Pipeline 執行完成：GitLab 將開始針對選定分支執行指定的測試和構建任務。

Git 標籤上的 Pipelines

除了分支之外，GitLab 還允許你針對 Git 標籤執行 Pipelines。這對於針對特定版本進行測試或佈署特別有用。

手動執行 Pipeline 對特定標籤

  graph TD;
    A[存取 Pipelines 清單] --> B[點選 Run pipeline 按鈕];
    B --> C[選擇標籤];
    C --> D[點選 Run pipeline 按鈕];
    D --> E[Pipeline 執行完成];

圖表翻譯：

存取 Pipelines 清單：與分支相同，使用者需要進入 GitLab 的 Pipelines 頁面。
點選 Run pipeline 按鈕：在該頁面上，找到並點選「Run pipeline」按鈕以啟動手動執行流程。
選擇標籤：從下拉選單中選擇要執行 Pipeline 的目標標籤。
點選 Run pipeline 按鈕：再次點選「Run pipeline」按鈕以確認並開始執行。
Pipeline 執行完成：GitLab 將開始針對選定標籤執行指定的測試和構建任務。

其他型別的 Pipelines

Merge Request Pipelines

Merge Request Pipelines 是針對合併請求的來源分支進行的測試和構建流程。每當對該來源分支進行提交時，都會觸發這些 Pipelines。

  graph TD;
    A[建立 Merge Request] --> B[提交程式碼到來源分支];
    B --> C[觸發 Merge Request Pipeline];
    C --> D[Pipeline 執行完成];

圖表翻譯：

建立 Merge Request：開發者建立合併請求。
提交程式碼到來源分支：開發者向來源分支提交程式碼變更。
觸發 Merge Request Pipeline：GitLab 自動觸發合併請求 Pipeline。
Pipeline 執行完成：Pipeline 執行完成並顯示結果。

Merged Result Pipelines

Merged Result Pipelines 是一種特別的 Merge Request Pipeline。它們是針對來源分支和目標分支進行暫時合併後進行的測試和構建流程。

  graph TD;
    A[建立 Merge Request] --> B[提交程式碼到來源分支];
    B --> C[觸發 Merged Result Pipeline];
    C --> D[Temporary Merge and Test];
    D --> E[Pipeline 執行完成];

圖表翻譯：

建立 Merge Request：開發者建立合併請求。
提交程式碼到來源分支：開發者向來源分支提交程式碼變更。
觸發 Merged Result Pipeline：GitLab 自動觸發合併結果 Pipeline。
Temporary Merge and Test：GitLab 進行臨時合併並執行測試。
Pipeline 執行完成：Pipeline 執行完成並顯示結果。

最佳化 GitLab CI/CD Pipelines：深入探討 Merge Trains 與 Pipeline 跳過機制

Merge Trains：多重合併請求的最佳實踐

在現代軟體開發流程中，多個開發人員同時進行多個功能開發或修復任務已成為常態。為了確保這些變更能夠順暢地整合到主分支，GitLab 提供了 Merge Trains 功能。Merge Trains 是一種特殊的 Merged Result Pipeline，它允許將多個合併請求（Merge Requests）排隊並同時進行測試和構建。

Merge Trains 的運作機制

當開發團隊有多個合併請求需要合併到同一個目標分支時，Merge Trains 可以確保這些變更在合併前經過充分測試。以下是 Merge Trains 的工作流程：

建立多個合併請求：開發人員建立多個合併請求，每個請求包含不同的變更。
排隊合併請求：Merge Trains 將這些合併請求排隊，準備進行合併和測試。
臨時合併和測試：Merge Trains 將每個合併請求與目標分支進行臨時合併，並執行測試和構建流程。
Pipeline 執行完成：如果所有測試和構建流程都成功完成，則合併請求可以順利合併到目標分支。

  graph TD;
 A[建立多個 Merge Requests] --> B[排隊合併請求];
 B --> C[Temporary Merge and Test Each Request];
 C --> D[Pipeline 執行完成];

Merge Trains 的優勢

Merge Trains 提供了以下優勢：

提高合併效率：Merge Trains 可以同時測試多個合併請求，減少了合併請求的處理時間。
減少衝突：透過在合併前進行測試，Merge Trains 可以幫助減少合併衝突的可能性。
提高程式碼品質：Merge Trains 確保所有變更在合併前都經過充分測試，從而提高了程式碼的品質。

內容解密：

上述 Mermaid 圖表展示了 Merge Trains 的工作流程。從圖中可以看到，多個合併請求首先被建立並排隊，然後進行臨時合併和測試，最後執行 Pipeline 流程。

跳過 Pipeline：最佳實踐與使用場景

儘管 GitLab 的 CI/CD Pipelines 功能強大，但在某些情況下，跳過某些 Pipeline 命令可能更為合適。以下是一些常見的使用場景：

小改動：如果進行了一些微小改動，如新增註解、輕微編輯 README 檔案或修正 GUI 中的小錯誤，那麼這些改動可能不會影響到任何測試或掃描結果，因此可以跳過這些提交觸發 Pipeline。

跳過命令的使用方法

要防止提交觸發 Pipeline 的執行，只需在提交資訊中包含以下其中一句即可：

[skip ci]
[ci skip]

使用跳過命令的注意事項

謹慎使用：跳過 Pipeline 命令應該謹慎使用，因為這可能會導致某些重要的測試或掃描流程被忽略。
記錄變更：即使跳過了 Pipeline 命令，也應該記錄變更的詳細資訊，以便於日後追蹤和審查。

Merge Trains 與跳過 Pipeline 的結合使用

在實際開發過程中，Merge Trains 和跳過 Pipeline 命令可以結合使用，以提高開發效率和程式碼品質。例如，當進行一些小改動時，可以使用跳過 Pipeline 命令，而對於重要的變更，則可以使用 Merge Trains 進行充分測試。

綜觀 CI/CD 技術發展脈絡，GitLab CI/CD 提供了高度自動化的流程，大幅提升了軟體交付效率。本文深入探討了 GitLab CI/CD 管線的架構、組成元素、不同管線型別以及最佳實踐，涵蓋 Runners、階段、工作、指令、分支管線、標籤管線、合併請求管線、合併結果管線、Merge Trains 和跳過管線機制等關鍵概念。其核心價值在於透過 .gitlab-ci.yml 檔案的靈活組態，實作從程式碼提交到佈署的自動化流程，有效縮短開發週期並確保程式碼品質。然而，管線的複雜性也可能帶來維護成本的增加，需要團隊投入精力學習和管理。GitLab CI/CD 將持續整合新技術，例如更精細化的管線控制、更強大的安全掃描和更便捷的佈署策略，進一步提升軟體開發的自動化程度，推動 DevOps 理念的落地實踐。建議開發團隊深入理解 GitLab CI/CD 的各個導向，並根據自身專案需求制定最佳實踐，才能最大化其效益。

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。