從早期 Linux 使用者的經驗談起，帶出建構 Linux 實驗室的需求和重要性。隨著 DevOps 的興起，擁有可操作的 Linux 環境變得更加重要。本文將引導讀者逐步建立自己的 Linux DevOps 實驗室，涵蓋硬體裝置的選擇、軟體環境的組態，以及網路的建構。從個人電腦、舊硬體到樹莓派，讀者可以根據自身情況選擇合適的裝置，並學習如何將它們整合到實驗室環境中。網路組態部分則著重於安全性與效率，建議使用雙網路組態，將實驗室網路與外部網路隔離，同時確保網路速度能滿足實驗需求。
介紹Linux的力量
在1990年代中期，當我的母親給我一台淘汰的x386 IBM相容電腦時，我並不完全清楚我要用它做什麼，但我覺得非得讓它運作起來不可。我面臨的最大挑戰是經濟上的，而不是技術上的。我太吝嗇買一份授權的Windows 3.1，因此開始尋找替代方案。幸運的是，我找到了一本名為《Linux Installation & Getting Started》的書，由Matt Welsh撰寫，它向我展示了入門所需的一切。我透過56k資料機下載了Slackware Linux的安裝檔案，將它們寫入一疊軟碟中，當系統成功啟動時，我發出了一聲歡呼。那一刻顯著地改變了我的未來，Linux和開源軟體成為我生活中的重要部分，首先是作為一種愛好，最終成為我的職業。
其他早期的Linux使用者也有類別似的故事。像他們一樣，我被自由下載和安裝完整作業系統並進行「真正的運算」的能力所吸引。在接下來的幾年裡，我購買了許多厚厚的Linux書籍，安裝了數百（也許數千）個Linux系統，並學習如何使用和依賴開源軟體。這種經驗被封裝在這本文中。
自1991年Linus Torvalds首次發布Linux（以及辛苦開發的核心）以來，技術世界已經發生了巨大的變化，並且已經有很多人對此進行了著述。Linux和網際網路一起成長絕非巧合。Linux仍然是技術領域的重要組成部分，催生了整個產業和許多高薪工作。它是現代生活的核心，儘管很少有人意識到這一點。今天的軟體開發者當然聽說過它，但許多人從未有機會真正探索它。
為何選擇《實用Linux DevOps》？
《實用Linux DevOps》旨在成為IT從業人員（或那些希望成為IT從業人員的人）的一本必備Linux書籍，適合那些想要探索Linux和使現代軟體運作的技術的人。它提供了圍繞DevOps實踐的真實世界教程和範例，這種實踐不斷地構建、測試和佈署軟體應用程式，彌合了開發端（想想軟體和安全工程師）和維運端（想想硬體管理員）之間的差距。DevOps是現代軟體開發的方式，而Linux正處於這一切的核心。本文旨在在DevOps的背景下教授您實用的Linux概念，讓您具備自信地繼續探索所需的知識。
學習網路釣魚的藝術
本文的章節代表了我將多年的Linux和開源軟體經驗與新使用者的需求相結合的成果。我試圖以任何人都能理解的方式解釋概念，並提供足夠的背景來解釋為什麼要這樣做，而不僅僅是如何做。我希望讓您感到意猶未盡，並具備推理出如何繼續學習的能力。諺語說：「如果你給一個人一條魚，你就餵飽他一天；如果你教一個人怎麼網路釣魚，你就餵飽他一輩子。」《實用Linux DevOps》的目標就是教您如何網路釣魚（並且不害怕命令列）。
Linux能帶您去哪裡？
由於Linux執行在NASA正在探索火星的毅力號探測器上，天空已不再是極限。本文將幫助您成為其中的一部分。
本文結構與目標
本文將引導您逐步瞭解Linux和DevOps的世界，從基礎知識到進階主題。我們的目標是讓您不僅僅是跟隨教程，而是能夠獨立思考和解決問題。無論您是剛剛開始還是已經具備一定的經驗，本文都將為您提供寶貴的見解和實用的技能。
學習路徑
- 基礎知識：瞭解Linux的基本概念和命令列操作。
- DevOps實踐：學習如何使用Linux進行持續整合和持續佈署（CI/CD）。
- 基礎設施即程式碼：使用Terraform等工具自動化您的基礎設施佈署。
- 進階主題：探索Proxmox等虛擬化技術，並學習如何將其與Terraform結合使用。
透過遵循本文的學習路徑，您將具備在現實世界中應用所學知識的能力，並進一步探索Linux和DevOps的世界。
結語
Linux是一個強大而靈活的作業系統，它在現代技術領域中扮演著至關重要的角色。無論您是開發者、系統管理員還是IT專業人員，掌握Linux都將為您的職業生涯開啟新的機會。希望本文能夠成為您在Linux和DevOps旅程中的有力伴侶，幫助您實作您的目標。
環境設定
在開始進行DevOps相關的工作之前，設定一個舒適且高效的工作環境是非常重要的。本章節將介紹如何設定Linux工作站，以提升工作效率。
工作站的選擇
本文假設讀者將使用Linux工作站進行所有工作，而不僅僅是虛擬機器和容器。舊硬體同樣可以發揮作用，因此無需過度擔心硬體組態問題。書中的範例大多使用Ubuntu（根據Debian），當然也可以使用其他Linux發行版。
環境設定
安裝完Linux桌面版後，有幾個步驟可以讓工作環境更加舒適。
免密碼sudo設定
當你需要以超級使用者身份執行命令時，sudo需要輸入密碼。頻繁輸入密碼會很麻煩。可以在/etc/sudoers.d/目錄下建立一個檔案來解決這個問題。
$ sudo vi /etc/sudoers.d/<username>
<username> ALL=(ALL) NOPASSWD:ALL
終端機外觀設定
花一些時間調整終端機的外觀，使其更符合個人喜好。可以調整字型、字型大小、文字顏色和背景顏色。
電源設定
調整系統的電源設定，將螢幕超時時間設為至少30分鐘，以避免頻繁登入。
多台電腦共用鍵盤滑鼠
如果同時使用多台不同的工作站，可以使用Barrier這款工具來共用鍵盤和滑鼠。它允許在同一網路下的多台電腦之間共用輸入裝置。
檔案傳輸
使用SCP傳輸檔案
可以使用SCP（Secure Copy）工具在不同Linux機器之間傳輸檔案。它使用SSH協定進行安全的檔案複製。
$ scp /path/to/local_file username@remote_host:/path/to/remote_file
若要複製整個目錄，可以使用-r引數：
$ scp -r /path/to/local_folder username@remote_host:/path/to/remote_folder
設定免密碼SSH
透過設定SSH金鑰，可以在多台機器之間進行無密碼的SSH和SCP操作。
首先，在工作站上生成SSH金鑰：
$ ssh-keygen
然後，將生成的金鑰複製到目標系統：
$ ssh-copy-id username@remote_host
結語
完成上述設定後，就可以開始深入學習DevOps相關知識。同時，也可以利用本文相關的GitHub倉函式庫中的程式碼範例來加速學習程式。
蒐集硬體裝置
要開始建立Linux實驗室以進行DevOps，首先需要蒐集一些硬體裝置。這樣可以在不影響主要工作站的情況下進行實驗。
所需硬體
本文假設讀者具備以下硬體裝置：
- 至少一台獨立的實體電腦系統
- 至少一個基本的網路交換器
- 備用的顯示器、鍵盤和滑鼠（可選）
- Ethernet線和周邊線材
大多數技術愛好者家中都有一些舊裝置，可以用來建立實驗室。如果沒有，也不必花費大量金錢購買新裝置。
硬體蒐集的靈活性
本文鼓勵讀者利用手邊現有的資源。舊硬體同樣可以發揮作用，因此無需過度擔心硬體組態問題。公共雲端服務供應商雖然方便，但會產生費用，而且可能會遮蔽一些重要的環境細節。透過建立本地Linux實驗室，可以在不產生費用的情況下獲得速度和便利性，同時也能更深入地瞭解伺服器和應用程式執行的環境。
建構Linux實驗室的基礎：硬體需求解析
建立Linux實驗室環境的核心原則非常簡單：建立一台強大的虛擬機器（VM）主機，具備盡可能多的記憶體和CPU資源，以便能夠執行盡可能多的虛擬機器和Linux容器（LXCs）。
實體實驗室節點的基本硬體需求
要執行Proxmox虛擬化環境，每個實體實驗室節點至少需要滿足以下基本硬體組態：
- 支援64位元的CPU，如Intel i3、i5或i7，或AMD Ryzen 3、5或7系列處理器
- 至少8GB的RAM
- 一顆容量至少256GB的硬碟或固態硬碟硬碟（SSD）
- 一個乙太網路埠
- 一個VGA或HDMI視訊輸出埠
- 一個可用的USB埠
若要建立更強大、更具彈性的實驗室環境，建議每個實體節點具備：
- 至少32GB的RAM
- 多顆硬碟或SSD
- 兩個乙太網路埠
規劃實驗室環境的注意事項
在建立實驗室環境時，花一些時間思考最終目標至關重要。您是否會執行數十台虛擬機器，還是隻需要幾台？效能對於您的實驗室有多重要？您的網路架構是複雜還是簡單？即使您現在無法確定這些問題的答案，但在規劃時仍應將其納入考量。
例如，在使用Proxmox作為虛擬化環境時，如果已經在執行中的環境中增加了虛擬機器，就很難再將新的機器加入叢集。這意味著在佈署任何虛擬機器之前，您需要先設定好至少兩台Linux實驗室主機。
使用新裝置建立實驗室
建構Linux實驗室的樂趣之一在於找到新方法來利用舊裝置。然而，在某些情況下，舊硬體可能會帶來更多麻煩。使用乾淨、全新的系統可以讓您快速啟動並執行，減少挫折感。
適閤家庭Linux實驗室的裝置
過去，如果您想要一台具備8核心CPU、32GB RAM和1TB硬碟的電腦，您需要購買昂貴的刀鋒伺服器。如今，這類別系統已變得普及、更小巧，且價格遠低於以往。一些適合用於家庭Linux實驗室的裝置包括Intel、Gigabyte、ASRock、Asus和Kingdel等品牌所生產的產品。
對於Linux實驗室主機伺服器，您會希望使用迷你PC或塔式系統。前者體積小巧、功耗低；而後者則在CPU、RAM和儲存方面提供了更大的彈性。筆記型電腦也是可行的選擇，但價格可能較高。不過，使用筆記型電腦組建實驗室可以減少線纜和周邊裝置的需求。
存取Proxmox伺服器
您將透過根據瀏覽器的儀錶板以及偶爾的遠端shell來遠端存取Proxmox伺服器。初始組態完成後，您可以從工作站管理整個環境。主機將以無頭模式執行。
CPU核心考量
選購具備最快x86_64（Intel或AMD）CPU和盡可能多核心的裝置。系統底層的核心數量越多，可供虛擬機器使用的虛擬CPU就越多。這對於佈署Kubernetes或OpenStack等解決方案尤為重要，因為它們需要同時執行多台機器。如果CPU核心數量不足，效能將會受到影響，使得Linux實驗室過於緩慢而無法使用。
雖然也可以使用根據ARM的CPU，但x86_64架構仍然是更健全的開發環境。許多應用程式可以在ARM處理器上順暢執行，但某些前沿或舊版應用程式可能無法使用。
選購迷你PC時，需注意其擴充性有限。有些小型主機將CPU直接焊接在主機板上，無法更換。如果您希望擁有可更換CPU或安裝多顆內部硬碟的系統，請選擇塔式系統。不過，這類別系統通常噪音較大且功耗更高。
記憶體考量
如同前文所述，在佈署多功能Linux實驗室時，記憶體越多越好。一般來說，迷你電腦的最大記憶體限制為32GB。雖然這個容量不算小，但塔式機器的記憶體擴充能力通常更強，可以輕易達到兩倍或三倍以上的容量。
選購迷你電腦時，若發現某款產品僅配備4GB RAM，不建議購買。應考慮新增更多記憶體。由於大多數主機板要求成對安裝記憶體晶片，因此您可能只能再新增一顆4GB晶片，使總容量達到8GB。而對於某些迷你PC來說，這已經是上限，因為它們通常只有兩個RAM插槽。
建議直接訂購至少配備一顆8GB RAM晶片的裝置，以便日後擴充。在購買記憶體時，請務必檢查技術規格，以確保選購正確且相容的記憶體晶片。
虛擬機器的資源分配
在Proxmox系統上建立的每台虛擬機器都會佔用主機的CPU和RAM資源。因此，無論是CPU還是RAM，都多多益善。有些應用程式對CPU要求較高，而其他應用程式則更依賴RAM。主機環境會在各個虛擬機器之間共用所有資源，因此記憶體越多，您就能建立越多的系統，且這些系統會更加穩健。
Proxmox虛擬化環境只會為執行的虛擬機器分配必要的CPU和RAM資源。即使您為某台虛擬機器分配了8GB RAM，它在大多數執行時間內可能只需要2GB。剩餘的RAM可以被其他執行的系統使用。
綜上所述，建立Linux實驗室時，充足的硬體資源是基礎。選擇合適的CPU、足夠的記憶體和適當的儲存組態，將有助於開發一個強大且靈活的實驗環境，為各種Linux相關的研究與實踐提供堅實的支援。
硬體儲存考量與舊電腦的利用
在建立Linux實驗室的過程中，硬體儲存是一個重要的考量因素。隨著儲存裝置價格的持續下降，尋找一個合適的硬體組態變得相對容易。固態硬碟硬碟（SSD）和新一代的NVMe固態硬碟硬碟提供了更快的讀寫速度，並且有多種不同的容量可供選擇。
儲存裝置的選擇
- SSD與NVMe：建議至少選擇半個TB的儲存空間，如果預算允許，應該考慮購買更大容量的硬碟。Proxmox本身並不需要太多的磁碟空間，大部分的空間將被虛擬機器所佔用。
- 混合使用新舊硬碟：可以將Proxmox安裝在較小的硬碟上，而將其他硬碟用於虛擬機器的儲存。這樣可以充分利用現有的硬體資源。
- 擴充套件儲存方案：對於一些沒有SATA介面的小型裝置，可以透過PCIe轉接卡連線到USB 3.0埠來增加外部儲存。這是一種經濟實惠的解決方案。
舊電腦與筆電的再利用
許多舊電腦和筆電仍然可以被用來建立Linux實驗室。關鍵在於檢查這些裝置的底層架構是否支援64位元運算和虛擬化技術。
- 檢查系統組態：如果系統上安裝了Windows，可以透過檔案管理員右鍵點選「此電腦」圖示並選擇「屬性」來檢視系統組態。同樣地，對於蘋果電腦，可以點選左上角的蘋果標誌並選擇「系統屬性」來檢視硬體組態。
- 虛擬化的需求：32位元系統由於虛擬化功能的限制，不太適合用於建立Linux實驗室。64位元系統則可以充分利用多執行緒功能。
使用Raspberry Pi和物聯網裝置
Raspberry Pi和其他物聯網（IoT）裝置可以輕易地整合到實驗室環境中，為學習和實驗提供更多的可能性。
- Raspberry Pi的優勢：Raspberry Pi是一種非常適合用於建立Linux實驗室的裝置。它不僅價格便宜，而且具有足夠的運算能力來執行多個虛擬機器或容器。
為Linux實驗室選擇合適的硬體
在眾多的單板裝置中，樹莓派（Raspberry Pi）因其支援多種Linux作業系統（包括根據Debian的Raspbian預設系統）、價格實惠以及龐大的開發者社群而成為理想的選擇。後者對於佈署應用程式和服務至關重要，因為很有可能有人已經嘗試過你想做的事情，網際網路上充滿了和資訊。沒有其他單板裝置能像樹莓派一樣擁有如此豐富的可利用內容。
選購樹莓派的注意事項
在為Linux實驗室購買樹莓派時，請務必選擇至少是版本3的型號。樹莓派4（RPi4）型號更為理想，因為它們具備更快的CPU、更大的RAM以及板載WiFi和藍牙。向廠商查詢最佳的儲存選項，因為並非所有的SD卡都適合（足夠耐用和快速）執行樹莓派。
如果你購買的樹莓派是獨立裝置而非套件，請確保你有足夠的迷你USB和USB-C線纜為它們供電。樹莓派4使用USB-C供電，並具有微型HDMI埠，因此你需要一個轉接器來連線配備全尺寸HDMI埠的顯示器。
樹莓派的佈署和管理
大多數時候，你會在無頭模式下執行樹莓派——沒有顯示器或鍵盤——但初始組態通常需要這些介面。
一個USB供電集線器對於樹莓派來說非常方便。它們使你能夠將五個或更多的迷你USB線插入單一裝置，而該裝置只需佔用一個牆上插座。這比新增電源插線板來容納半打牆上變壓器要好得多。
樹莓派體積小巧，因此可以在很小的空間內放置很多個。我喜歡購買廉價的架子來整齊地堆積放四個或更多樹莓派。
樹莓派的功能與應用
曾經被視為玩具的樹莓派，現在已遠不止於此。它們可以驅動4K顯示器，並且透過額外的USB儲存裝置，你可以將它們用作媒體串流裝置。在你的實驗室環境中，它們是佈署應用程式和容器的絕佳選擇，讓你能夠以非常低的成本擴充套件實驗室。
在我的實驗室中，我曾佈署了一個由四個樹莓派組成的叢集來託管容器化的應用程式，甚至是一個成熟的Ceph儲存叢集。當然，用於儲存的效能並不適合生產環境，但對於需要多個裝置的應用程式來說，它們提供了一個優秀、廉價的學習平台。
為你的Linux實驗室構建網路
為了使你的Linux實驗室對所有你想做的DevOps工作真正有價值，它必須連線到網路，以便你可以安裝軟體包、透過shell遠端存取它，並讓它提供像網頁和DNS資訊這樣的資源。這需要在主機上至少有一個乙太網路介面。
幸運的是，你有很多選擇，可以在不必花費太多錢的情況下獲得良好的效能。像NETGEAR、Dell、D-Link、Linksys和TP-Link這樣的知名廠商，都為你的實驗室主機製作了合適的1GB網路裝置，如果它們不是已經內建的話。
網路介面與交換器的選擇
如果你計劃使用較舊的系統，你可以使用100MB的乙太網路埠，但1GB的連線更好。實驗室環境中的所有東西都會因為更快的網路而表現更好，並且網路安裝可以真正受益於額外的頻寬。當然，要利用任何Linux實驗室主機上的1GB網路介面，你需要一個能夠處理1GB速度的網路交換器。許多低成本的選項可供選擇。
雙網路組態的優勢
在實驗室環境中執行兩個獨立的網路是理想的，為此需要在你的實體系統（包括你的工作站）上具備兩個獨立的網路介面。理想情況下，這些應該是實體乙太網路埠或USB 3加密狗，但一個實體埠和WiFi功能可以比單一埠更好。兩個獨立的網路介面使你能夠隔離你的網路流量，並幫助保持你的實驗室安全。
網路組態原則
這裡的原則是為所有的實驗室流量建立一個網路，並為存取網際網路建立另一個網路。在家庭環境中，你通常透過ISP提供的路由器來實作後者。前者將是一個使用小型千兆乙太網路交換器或路由器的私有網路。
WiFi已經足夠強大，可以支援本文中描述的大多數應用程式和佈署，但要使其運作可能有點棘手，而且它並不總是像有線網路介面那樣穩健。如果你願意花一點時間，並且願意接受一些小問題，可以嘗試使用WiFi。
管理型與非管理型交換器
如果你剛開始，非管理型交換器易於使用且價格便宜。它們提供了啟動和執行簡單網路所需的一切。只需插入一些乙太網路線，將它們連線到你的工作站和實驗室主機，你就可以開始執行了。它們能夠很好地傳輸網路流量，而且相當不會出錯。