Lộ trình DevOps: Cách trở thành Kỹ sư DevOps từ con số 0

DevOps không chỉ là một phương pháp luận. Đó là một sự dịch chuyển văn hóa, kết hợp phát triển phần mềm (Dev) với vận hành CNTT (Ops) để tạo nên quy trình làm việc hiệu quả và hợp tác hơn. 

Mục tiêu là phá vỡ các “ốc đảo” truyền thống giữa các nhóm, cho phép cùng chia sẻ trách nhiệm về hiệu năng, bảo mật và phân phối phần mềm. 

Từng tự mình áp dụng các nguyên tắc DevOps, tôi có thể khẳng định chúng thực sự thay đổi cách các nhóm xây dựng và triển khai phần mềm. Vì vậy, trong hướng dẫn này, tôi sẽ dẫn bạn qua một lộ trình từng bước để giúp bạn nắm vững DevOps.

> Để bắt đầu với các khái niệm nền tảng của DevOps, hãy xem khóa học DevOps Concepts.

Thấu hiểu tư duy DevOps

Để hiểu tư duy DevOps, trước hết cần định nghĩa DevOps và nhận biết cách nó khác với các cách tiếp cận truyền thống.

DevOps là gì?  

DevOps là một triết lý tích hợp các nhóm phát triển và vận hành nhằm cải thiện tốc độ, độ tin cậy và hiệu quả phân phối phần mềm. 

Các mô hình phát triển phần mềm truyền thống như Waterfall thường dẫn đến các nút thắt cổ chai, triển khai chậm và thiếu thông tin giữa các nhóm. 

DevOps ra đời như một giải pháp cho những thách thức này, giúp tổ chức áp dụng cách tiếp cận linh hoạt và phản ứng nhanh hơn trong phân phối phần mềm.  

Khác với mô hình truyền thống nơi nhà phát triển viết mã rồi chuyển cho vận hành triển khai, DevOps khuyến khích hợp tác chặt chẽ, chia sẻ trách nhiệm và tự động hóa. 

DevOps có thể giúp các nhóm liên tục tích hợp và phân phối phần mềm với gián đoạn tối thiểu.

Từ đó, đảm bảo các ứng dụng luôn có khả năng mở rộng, an toàn và hiệu năng cao.

> Để hiểu rõ hơn sự khác nhau giữa DevOps và MLOps, hãy xem MLOps vs DevOps: Khác biệt, Giao thoa và Trường hợp sử dụng. Bạn cũng có thể khám phá cách tự động hóa mở rộng trong học máy với khóa học Fully Automated MLOps.

Các nguyên tắc cốt lõi của DevOps  

DevOps được định hướng bởi một số nguyên tắc nền tảng xác định các thực hành cốt lõi:

• Tích hợp liên tục (CI): Nhà phát triển thường xuyên hợp nhất thay đổi mã vào kho chung, cho phép phát hiện sớm vấn đề tích hợp và giảm rủi ro lỗi triển khai.  
• Phân phối liên tục (CD): Phần mềm được xây dựng, kiểm thử và triển khai tự động, đảm bảo cập nhật có thể đưa lên môi trường sản xuất với can thiệp thủ công tối thiểu.  
• Tự động hóa: Các tác vụ lặp lại như kiểm thử, quản lý cấu hình và cung cấp hạ tầng được tự động hóa để nâng cao hiệu quả và giảm lỗi do con người.  
• Giám sát và phản hồi: Công cụ quan sát giúp nhóm phát hiện sớm vấn đề hiệu năng, lỗ hổng bảo mật và bất thường hệ thống ngay trong quá trình phát triển.  
• Hợp tác và giao tiếp: Làm việc nhóm vững mạnh, minh bạch và chia sẻ tri thức giúp phá vỡ rào cản giữa phát triển và vận hành.  

Hình ảnh hiển thị năm giai đoạn của vòng đời DevOps. Tạo bằng Napkin AI.

Lợi ích khi áp dụng DevOps  

Triển khai DevOps vào quy trình làm việc có thể mang lại lợi ích cho cả phát triển và vận hành.

• Một lợi ích nổi bật là chu kỳ phát hành nhanh hơn. Tự động hóa đường ống CI/CD giúp đội ngũ triển khai cập nhật nhanh chóng và hiệu quả mà không bị trì hoãn kéo dài. 
• Ngoài ra, DevOps thúc đẩy chất lượng phần mềm cao hơn, vì kiểm thử tự động và giám sát liên tục giúp phát hiện lỗi sớm trong vòng đời phát triển.  
• Một lợi thế quan trọng khác là tỷ lệ lỗi giảm. Vì DevOps nhấn mạnh thay đổi gia tăng và rollback tự động, các nhóm có thể khôi phục nhanh chóng khỏi lỗi, giảm tối đa thời gian ngừng hoạt động và rủi ro vận hành. 
• Cuối cùng, DevOps thúc đẩy sự đồng bộ tốt hơn giữa các nhóm, khi nhà phát triển, kiểm thử, kỹ sư bảo mật và vận hành làm việc cộng tác để đảm bảo quy trình phát triển trơn tru, hiệu quả.

Kiến thức và kỹ năng tiên quyết

Để thành công trong DevOps, kiến thức nền tảng về scripting, hệ điều hành và hệ thống quản lý phiên bản là quan trọng.

Lập trình/scripting cơ bản

Kiến thức nền tảng về lập trình và scripting rất quan trọng với bất kỳ ai muốn bước vào lĩnh vực DevOps. 

Các ngôn ngữ scripting như Python, Bash và PowerShell được dùng rộng rãi để tự động hóa các tác vụ lặp lại, như triển khai phần mềm, cấu hình máy chủ và phân tích log. 

Đặc biệt, Python là ngôn ngữ mạnh mẽ, linh hoạt, thường dùng cho tự động hóa hạ tầng, quản lý cấu hình và tích hợp API.  

Bash scripting cũng quan trọng không kém, đặc biệt trong môi trường Linux. 

Hiểu cách viết shell script, quản lý tiến trình hệ thống và tự động hóa tác vụ dòng lệnh có thể nâng cao đáng kể hiệu suất của bạn với vai trò kỹ sư DevOps. 

PowerShell hữu ích cho những ai làm việc trong môi trường Windows. Nó cung cấp khả năng tự động hóa để quản lý máy chủ, Active Directory và dịch vụ đám mây.  

Hiểu biết về hệ điều hành

Vì chuyên gia DevOps quản lý hạ tầng và môi trường đám mây, nắm vững hệ điều hành là điều thiết yếu. 

Linux là hệ điều hành ưa chuộng trong hầu hết quy trình DevOps nhờ tính linh hoạt, hiệu năng và hỗ trợ rộng rãi cho công cụ mã nguồn mở. 

Hiểu về hệ thống tệp Linux, quản lý tiến trình, quyền người dùng, mạng và quản lý gói sẽ giúp bạn xử lý các thách thức hạ tầng phức tạp.  

Kiến thức về các khái niệm mạng như DNS, HTTP, tường lửa và cân bằng tải cũng cần thiết. 

Kỹ sư DevOps thường làm việc với mạng đám mây và tại chỗ (on-premises), nên việc hiểu bảo mật mạng, địa chỉ IP và khắc phục sự cố liên quan đến mạng là rất quan trọng.  

Hệ thống quản lý phiên bản

Quản lý phiên bản là phần thiết yếu của phát triển phần mềm hiện đại, và Git là hệ thống quản lý phiên bản được dùng rộng rãi nhất. 

Kỹ sư DevOps cần thành thạo Git để quản lý mã nguồn hiệu quả, theo dõi thay đổi và cộng tác với đội ngũ qua các nền tảng như GitHub, GitLab hoặc Bitbucket.  

Các khái niệm quan trọng cần nắm gồm chiến lược nhánh, hợp nhất, pull request và giải quyết xung đột. 

Học GitOps, một mở rộng của DevOps sử dụng Git làm nguồn chân lý duy nhất cho tự động hóa hạ tầng, cũng hữu ích.

> Nếu bạn tò mò về việc tích hợp GitOps vào quy trình làm việc, hãy xem khóa học MLOps Concepts.

Hạ tầng và quản lý cấu hình

Quản lý hiệu quả hạ tầng, cấu hình và truy cập an toàn vào thông tin nhạy cảm là tối quan trọng cho thực hành DevOps thành công.

Hạ tầng như mã (IaC)  

Infrastructure as Code (IaC) là một thực hành DevOps cho phép đội ngũ định nghĩa và quản lý hạ tầng bằng mã thay vì cấu hình thủ công. 

Cách tiếp cận này đảm bảo tính nhất quán, khả năng mở rộng và tái lập giữa các môi trường.  

Các công cụ IaC phổ biến gồm Terraform và AWS CloudFormation. Terraform là công cụ độc lập nhà cung cấp đám mây, cho phép kỹ sư cung cấp hạ tầng trên nhiều nhà cung cấp bằng tệp cấu hình khai báo. 

AWS CloudFormation thì được thiết kế riêng để quản lý tài nguyên AWS thông qua template JSON hoặc YAML.  

Triển khai IaC có thể giúp đội ngũ tự động hóa cung cấp hạ tầng, giảm sai lệch cấu hình và tăng cường hợp tác thông qua định nghĩa hạ tầng có kiểm soát phiên bản.  

Quản lý cấu hình

Công cụ quản lý cấu hình giúp duy trì tính nhất quán của hệ thống bằng cách tự động hóa cài đặt phần mềm, cập nhật hệ thống và cấu hình môi trường. 

Các công cụ phổ biến gồm Ansible, Chef và Puppet.  

Ansible là công cụ tự động hóa nhẹ, không cần agent, sử dụng playbook YAML để cấu hình máy chủ và triển khai ứng dụng. 

Chef và Puppet, dù phức tạp hơn, cung cấp khả năng tự động hóa mạnh mẽ để quản lý hạ tầng quy mô lớn với cấu hình mang tính khai báo.  

Quản lý bí mật và truy cập

Bảo mật là khía cạnh trọng yếu của DevOps, và quản lý thông tin nhạy cảm như khóa API, mật khẩu, chứng chỉ là điều bắt buộc. 

HashiCorp Vault là công cụ được dùng rộng rãi để lưu trữ và quản lý bí mật một cách an toàn, cho phép kiểm soát truy cập vào dữ liệu nhạy cảm thông qua chính sách xác thực. 

AWS Secrets Manager cung cấp chức năng tương tự cho môi trường cloud-native, giúp tổ chức quản lý thông tin xác thực an toàn.  

Ngoài ra, sử dụng biến môi trường để lưu trữ bí mật và tích hợp kiểm soát truy cập dựa trên vai trò (RBAC) có thể tăng cường bảo mật trong các pipeline DevOps.  

Tích hợp liên tục và Phân phối liên tục (CI/CD)

Áp dụng thực hành CI/CD hiệu quả đòi hỏi hiểu các nguyên lý cốt lõi, tận dụng công cụ phù hợp và tích hợp kiểm thử tự động.

Kiến thức nền tảng về CI/CD

CI/CD là trái tim của DevOps, đảm bảo thay đổi mã được liên tục tích hợp, kiểm thử và triển khai. 

Tích hợp liên tục (CI) bao gồm tự động hóa tích hợp mã từ nhiều nhà phát triển, chạy kiểm thử tự động và tạo tạo phẩm build. 

Phân phối liên tục (CD) mở rộng CI bằng cách tự động hóa triển khai phần mềm lên môi trường staging và production.  

Một pipeline CI/CD hiệu quả gồm nhiều giai đoạn: tích hợp mã nguồn, kiểm thử tự động, build và đóng gói, lưu trữ tạo phẩm và triển khai. 

Pipeline này giúp đội ngũ phát hành phần mềm nhanh, an toàn và đáng tin cậy.

> Để tìm hiểu sâu về tự động hóa quy trình CI/CD, hãy khám phá khóa học CI/CD for Machine Learning.  

Công cụ CI/CD

Nhiều công cụ thường được dùng để triển khai pipeline CI/CD:

• Jenkins: Máy chủ tự động hóa mã nguồn mở hỗ trợ mở rộng dựa trên plugin.  
• GitLab CI/CD: Giải pháp tích hợp sẵn trong GitLab, mang lại trải nghiệm tích hợp liền mạch.  
• GitHub Actions: Dịch vụ CI/CD trên nền tảng đám mây tích hợp trực tiếp với kho GitHub.  
• CircleCI: Nền tảng CI/CD phổ biến tự động hóa build và triển khai với khả năng mở rộng cao. 

Hình ảnh làm nổi bật Jenkins, GitHub Actions, GitLab CI/CD và CircleCI là các công cụ chủ chốt cho tự động hóa và tích hợp liên tục. Tạo bằng Napkin AI.

Tự động hóa build và kiểm thử

Kiểm thử tự động đảm bảo thay đổi mã không đưa vào lỗi hoặc lỗ hổng. 

Kiểm thử đơn vị, kiểm thử tích hợp và kiểm thử chức năng nên được tích hợp vào pipeline CI/CD để phát hiện lỗi sớm.

Container hóa và điều phối

Quản lý hiệu quả các ứng dụng dạng container đòi hỏi thành thạo Docker, điều phối qua Kubernetes và tận dụng các công cụ như Helm và Operator.

Kiến thức cơ bản về Docker

Container hóa là phần quan trọng của bối cảnh DevOps hiện đại. 

Nó cho phép nhà phát triển đóng gói ứng dụng và các phụ thuộc vào các container có thể di chuyển, chạy nhất quán trên nhiều môi trường. 

Docker là công cụ container hóa phổ biến nhất, cho phép đội ngũ build, phân phối và chạy ứng dụng trong môi trường cách ly.

Hình ảnh chứa kiến trúc Docker, hiển thị các ứng dụng dạng container chạy trên Docker. Nguồn: Docker Resources

Một container Docker là gói nhẹ, độc lập, bao gồm mọi thứ phần mềm cần để chạy: mã ứng dụng, runtime, thư viện hệ thống và thiết lập. 

Container Docker được định nghĩa bằng Dockerfile, phác thảo các bước tạo container. 

Khi image được build, nó có thể được lưu trong Docker registry và chia sẻ với người khác.

Thành thạo Docker bao gồm hiểu cách tạo Docker image, viết Dockerfile và chạy container cục bộ cũng như trên môi trường đám mây. 

Docker Compose, công cụ định nghĩa và chạy ứng dụng Docker nhiều container, cũng giúp quản lý hệ thống phức tạp với nhiều dịch vụ liên kết.

> Để xem hướng dẫn từng bước về cách học Docker, hướng dẫn cho người mới bắt đầu này là nguồn hữu ích.

Kiến thức nền tảng về Kubernetes

Trong khi Docker tạo và quản lý các container riêng lẻ, Kubernetes (K8s) là nền tảng điều phối giúp mở rộng và quản lý ứng dụng container trong môi trường production.

Kubernetes tự động hóa việc triển khai, mở rộng và quản lý ứng dụng container, giúp xử lý các hệ thống phân tán lớn dễ dàng hơn.

> Nếu bạn mới làm quen với Kubernetes, khóa học thân thiện với người mới này mang đến trải nghiệm thực hành giới thiệu về điều phối container.

Kubernetes tổ chức container thành các pod, là đơn vị có thể triển khai nhỏ nhất trong Kubernetes.

Mỗi pod có thể chứa một hoặc nhiều container, và Kubernetes quản lý các pod trên một cụm máy. 

Các khái niệm chính gồm services (để lộ container), deployments (quản lý vòng đời ứng dụng) và namespaces (tổ chức tài nguyên trong cụm).

Hình ảnh chứa kiến trúc Kubernetes hiển thị các thành phần của control plane. Nguồn: Kubernetes Docs

Kubernetes cũng cung cấp các tính năng nâng cao như tự động mở rộng, tự phục hồi và cập nhật cuộn (rolling updates). 

Học Kubernetes là điều thiết yếu cho kỹ sư DevOps làm việc với kiến trúc microservices, vì nó đảm bảo ứng dụng luôn sẵn sàng cao, có thể mở rộng và bền bỉ.

> Nếu bạn muốn hiểu Kubernetes khác Docker thế nào, hãy đọc Kubernetes vs Docker: Những khác biệt mà mọi lập trình viên nên biết.

Helm và Operator

Với các nhóm quản lý môi trường Kubernetes phức tạp, Helm và Kubernetes Operator mang đến giải pháp đơn giản hóa và tự động hóa quản lý ứng dụng. 

Helm là trình quản lý gói cho Kubernetes, cho phép bạn định nghĩa, cài đặt và nâng cấp ứng dụng Kubernetes bằng Helm chart. 

Các chart này là cấu hình dùng lại, định nghĩa cách tài nguyên Kubernetes nên được triển khai.

Trong khi đó, Kubernetes Operator là các controller tùy chỉnh tự động hóa quản lý những ứng dụng trạng thái phức tạp trong Kubernetes. 

Operator mở rộng Kubernetes để quản lý trạng thái ứng dụng cụ thể, như triển khai cơ sở dữ liệu, xử lý sao lưu, hoặc mở rộng ứng dụng dựa trên chỉ số tùy chỉnh.

Helm và Operator đều thiết yếu để quản lý khối lượng công việc tinh vi và duy trì tính sẵn sàng cao, nhất quán trong môi trường container hóa.