Was ist Continuous Integration/Continuous Delivery (CI/CD)?

CI/CD bietet Organisationen ein modernes Entwicklungsframework, das schnellere und zuverlässigere Codeintegrationen, Softwareveröffentlichungen und Upgrades ermöglicht. CI/CD-Ansätze aus einer Automatisierungspipeline, der sogenannten CI/CD-Pipeline, die aus drei Schlüsselprozessen besteht:

• Kontinuierliche Integration (CI) CI ist eine Softwareentwicklungsmethode, bei der Entwickler während des gesamten Entwicklungszyklus regelmäßig neuen Code in ein zentrales Quellcode-Repository integrieren.

• Kontinuierliche Lieferung (CD). CD-Praktiken automatisieren die Verpackung und Bereitstellung von Codeänderungen, nachdem sie die Integration bestanden haben. Dadurch bleibt der Code in einem bereitstellbaren, „immergrünen“ Zustand, sodass Entwickler Codepakete nach Bedarf veröffentlichen können.

• Kontinuierliche Bereitstellung. Ausgereifte CI/CD-Pipelines setzen außerdem auf Continuous Bereitstellung, eine Entwicklungsstrategie, die es Entwicklern ermöglicht, Codeänderungen automatisch in die Produktionsumgebung zu übertragen.

CI/CD steht für eine erhebliche Modernisierung der Softwareentwicklungspraktiken, die früher manuelle Workflows und starre, sequentielle Phasen erforderten. Traditionelle Methoden eigneten sich für kleinere Entwicklungsprojekte, Projekte mit stabilen Anforderungen oder Projekte, bei denen regulatorische Umfelder Vorhersehbarkeit verlangten.

Doch die heutigen Softwareanwendungen entwickeln sich rasant weiter. Sie existieren in cloudbasierten Umgebungen und erfordern einen Entwicklungsansatz, der reibungslose Zusammenarbeit, schnelles Feedback und Anpassungsfähigkeit an sich ändernde Anforderungen ermöglicht.

CI/CD-Tools bieten genau das. Sie ermöglichen es Entwicklern, schnelle, agile und zuverlässige Softwareanwendungen zu erstellen, was unerlässlich ist, um die Kundenbedürfnisse zu erfüllen und einen Wettbewerbsvorteil gegenüber Mitbewerbern zu wahren.

CI/CD-Strategien und -Tools ermöglichen es Entwicklern, sich von den umständlichen und oft langwierigen manuellen Prozessen zu verabschieden, die mit der traditionellen Entwicklung einhergehen.

Die traditionelle Entwicklung folgt einem linearen, sequenziellen Prozess, bei dem jede Phase – Anforderungserhebung, Design, Codierung, manuelles Testen und Bereitstellung – abgeschlossen sein muss, bevor die nächste beginnt, selbst wenn zwischen den einzelnen Phasen lange Pausen liegen.

Jeder Entwickler war dafür verantwortlich, Code manuell in neue Iterationen einer App oder eines Dienstes zu integrieren. Verschiedene Codeteile funktionierten nicht immer gut zusammen, und Entwickler integrierten ihre Änderungen zu unterschiedlichen Zeitplänen (manchmal in letzter Minute), sodass Integration ein zeitaufwändiger und fehleranfälliger Prozess war, besonders für große Entwicklungsteams.

Auch Softwaretests fanden selten statt. Teams implementierten typischerweise große Batch-Updates auf einmal (oft nach der Code-Implementierung), wodurch Fehler unentdeckt blieben und sich im Code ansammelten. Wenn Probleme auftraten, hatten die Entwickler Mühe herauszufinden, welche Änderung das Problem verursacht hatte.

Infolgedessen stießen Teams auf anspruchsvollere Debugging- und Qualitätssicherungsaufgaben, höhere Ausfallraten und langsamere Codeveröffentlichungen; Nutzer sahen mehr Softwarefehler und -fehler; und Unternehmen verloren Umsatz durch Verarbeitungsineffizienzen.

CI/CD automatisiert die meisten Aspekte des Baus, Tests und der Veröffentlichung von Software. Automatisierte Pipelines implementieren eine kontinuierliche Integration, Testung und Bereitstellung während des gesamten Entwicklungslebenszyklus und verbessern so die Effizienz und Zuverlässigkeit der Pipelines.

Codeänderungen werden kontinuierlich und schrittweise in ein gemeinsames Repository eingegliedert, automatisch nach jedem Commit erstellt und getestet und schnell bereitgestellt (manchmal mehrmals täglich). Kleine Änderungen und häufige Code-Commits ermöglichen es Entwicklern, Probleme früher zu erkennen und Rollbacks einfacher durchzuführen.

Mit CI/CD-Tools kennen die Teams sofort die Ergebnisse jedes Commits, und jeder kann den Status jedes Builds, Tests und jeder Bereitstellung sehen. Diese Funktionen tragen dazu bei, die Transparenz der Entwicklungspipeline für Entwicklungs- und Betriebsteams zu erhöhen und die Zusammenarbeit zwischen den Teams zu vereinfachen.

Die kontinuierliche Integration ist der erste Teil einer CI/CD-Pipeline. Es ermöglicht DevOps-Teams, ihre Softwareanwendungen kontinuierlich zu verbessern, kontinuierliches Feedback zu erhalten, Fehler zu erkennen und zu beheben, bevor sie die Softwareleistung beeinträchtigen, und qualitativ hochwertigere Software zu vorhersehbareren Lieferzeiten zu liefern. 

Entwickler absenden Codeänderungen an einen gemeinsamen oder Hauptzweig eines Versionskontrollsystems (z. B. Git), um Codeänderungen im Laufe der Zeit zu verfolgen, und die Übermittlung löst ein CI-Tool aus, das einen „Build“ der aktualisierten Codebasis durchführt. Das CI-System erfasst den neuen Code, kompiliert ihn mit vorhandenem Code und verpackt ihn mit allen Abhängigkeiten, wie Konfigurationsdateien, Bibliotheken oder anderen Ressourcen. Dies ist „der Build“.

Testwerkzeuge führen eine Reihe von Tests durch, um den Build zu validieren, bevor ein „Build-Artefakt“ – die resultierende Datei, die für weitere Tests oder an eine Produktionsumgebung weitergegeben wird – erzeugt wird. Dieser nächste Teil der Pipeline wird als kontinuierliche Bereitstellung bezeichnet.

Continuous Delivery (CD) setzt dort an, wo die kontinuierliche Integration aufhört, und automatisiert die Bereitstellung von Anwendungen und validierten Codebasisänderungen (Updates, Fixes und sogar neue Funktionen) an alle notwendigen Infrastruktur umgebungen für weitere Tests.

Code-Builds, die Integrationstests und Validierungsstufen bestehen, werden paketiert und an Code-Repositorien ausgeliefert, die Codepakete zentralisieren und in einem deployablen Zustand Integration speichern. CD-Workflows testen sowohl die Software als auch etwaige Abhängigkeiten, wie verbundene Programmierschnittstellen (APIs), um Fehler zu erkennen und zu korrigieren.

Der Code wird validiert, um sicherzustellen, dass die Software in verschiedenen Szenarien funktioniert. Wenn die Validierung erfolgreich ist, benachrichtigt das System die DevOps-Teams darüber, dass der neueste Build verfügbar ist. Die Teammitglieder haben die Möglichkeit, Feedback zum neuen Build zu geben und letzte Änderungsvorschläge einzureichen.

Obwohl die meisten CD-Prozesse automatisiert sind, erfordert CD, dass Teams einen Build manuell genehmigen, bevor er Endnutzern in einer Live-Produktionsumgebung zugänglich gemacht wird. Diese Funktion ermöglicht es Entwicklern, risikokontrollierte Software-Releases durchzuführen, Builds bereitzuhalten und sicherzustellen, dass Bugs und Testfehler vor der Produktion erkannt werden.

Continuous Deployment geht bei CD noch einen Schritt weiter, indem jede genehmigte Änderung automatisch und ohne menschliches Eingreifen in die Produktionsumgebung übernommen wird. Zu diesem Zeitpunkt haben die Code-Änderungen alle notwendigen Testprotokolle bestanden und sind daher bereit für den Release-Prozess.

Wenn Code-Aktualisierungen getestet, validiert und genehmigt sind, verschieben Systeme für die kontinuierliche Bereitstellung das Software-Artefakt in eine Vorproduktionsumgebung oder auf öffentliche Server und Verteilungsplattformen (z. B. Anwendungsspeicher), wo Benutzer darauf zugreifen können.

Tools für die kontinuierliche Bereitstellung bieten zahlreiche Vorteile für Unternehmen, die ihre Anwendungen und IT-Portfolios skalieren möchten. Vor allem aber beschleunigen sie die Markteinführung, indem sie die Zeitspanne zwischen Codierung und Kundennutzen minimieren.

DevOps-Teams ergänzen Dienste zur kontinuierlichen Bereitstellung manchmal mit anderen Bereitstellungs-Steuerungstools, wie Funktion-Flags, die es Entwicklern ermöglichen, Funktionen ein- oder auszuschalten, ohne den Quellcode zu ändern oder neu zu bereitstellen. 

Die CI/CD-Pipeline ist ein automatisierter Workflow, der die Softwareentwicklung durch kontinuierliche Integration, Tests und Bereitstellung von Code optimiert. Es verschiebt Code durchgängig – von der Entwicklung bis zur Produktion – und trägt so dazu bei, dass Software-Updates schnell, sicher und zuverlässig bereitgestellt werden.

Eine typische CI/CD-Pipeline besteht aus mehreren automatisierten Prozessen und Phasen im gesamten Software-Release-Lebenszyklus, darunter:

CI/CD ist ein grundlegender Bestandteil von DevOps, stellt aber nur einen Teil der DevOps-Praktiken dar.

DevOps ist ein Framework, das sowohl einen Softwareentwicklungsprozess als auch einen Kulturwandel hin zu Koordination und Zusammenarbeit zwischen dem Softwareentwicklungsteam und IT-Operations -Teams darlegt. Traditionell arbeiteten diese beiden Gruppen getrennt voneinander. Bei der DevOps-Methodik arbeiten sie als ein Team mit einer Reihe von gemeinsamen Tools und Verfahren.

Ein DevOps-Ansatz fördert gemeinsame Verantwortung, kontinuierliche Zusammenarbeit und Prozessoptimierung. Neben der Delivery Pipeline umfasst der Geltungsbereich Infrastruktur- und Platform Engineering, Sicherheit, Compliance, Unternehmensführung und Risikomanagement.

Im Gegensatz dazu konzentriert sich CI/CD speziell auf die Erstellung, das Testen, die Bereitstellung und die Verbesserung von Software-Anwendungen. Die Automatisierung dieser Prozesse verbessert DevOps, indem Unternehmen dabei helfen, Codequalität, Testabdeckung, Abhängigkeitsmanagement und Observability Metriken zu verbessern und letztlich stärkere Software häufiger zu veröffentlichen.

CI/CD-Sicherheit erfordert Praktiken, Prozesse und Technologien, mit denen Sicherheits- und Compliance-Maßnahmen in die gesamte Pipeline integriert werden können.

In traditionellen Entwicklungsmodellen wurde Sicherheit oft erst am Ende des Entwicklungszyklus in die Software integriert. Doch der Fortschritt von Cloud-Plattformen, Microservices-Architekturen und containerisierten Anwendungen hat den Softwareentwicklungszyklus verändert (und beschleunigt) und traditionelle Sicherheitsstrategien obsolet gemacht.

Hier kommt DevSecOps ins Spiel.

DevSecOps steht für „Development, Security and Operations“ (Entwicklung, Sicherheit und Betrieb) und integriert Cybersicherheit-Architekten und -Ingenieure in die DevOps-Strategie, um sicherzustellen, dass jede Komponente der App und jedes Konfigurationselement im Stack proaktiv gepatcht, gesichert und dokumentiert wird. Es ist eine Entwicklungspraxis, bei der Sicherheitsprotokolle von rechts (Ende) nach links (Anfang) der Entwicklungspipeline verschoben werden.

Mit Shift Left implementieren die Teammitglieder von Anfang an Sicherheitsprotokolle (wie z.B. Datenverschlüsselung, Eingabevalidierung, rollenbasierte Zugriffskontrollen und mehrstufige Authentifizierung). Ein Shift Left ermöglicht es DevOps-Teams, Sicherheitslücken schnell zu identifizieren und zu beheben, bevor Cyberkriminelle sie ausnutzen oder die Softwarefunktionalität stören können.

DevSecOps umfasst auch „Shift-Right“-Aktivitäten, bei denen Sicherheitspraktiken auf Produktionsumgebungen nach der Bereitstellung ausgeweitet werden. Shift-Right-Praktiken priorisieren die Überwachung, das Testen und den Schutz von Anwendungen zur Laufzeit unter realen Bedingungen. Sie ergänzen die Shift-Left-Sicherheit, indem sie eine kontinuierliche Feedbackschleife schaffen, in der in der Produktion entdeckte Sicherheitsprobleme frühere Entwicklungsphasen informieren.

In Kombination ermöglichen Shift-Left- und Shift-Right-Security Unternehmen, Sicherheitskontrollen in jede Phase des Lebenszyklus einer Anwendung zu integrieren. Diese doppelte "Shift-Everywhere"-Sicherheitsstrategie hilft DevOps-Teams dabei, sowohl eine frühzeitige Prävention als auch eine Erkennung von und Reaktion auf Bedrohungen nach der Bereitstellung zu implementieren, wodurch die allgemeine Sicherheitsstatus verbessert und eine kontinuierliche Verbesserung erreicht wird.

Einige wichtige Trends und Technologien prägen die Art und Weise, wie Anwendungen in CI/CD-Pipelines erstellt, verwaltet und gesichert werden:

KI-gestützt CI/CD-Lösungen können Entwicklern helfen, dynamischere, sicherere und skalierbarere Anwendungen zu entwickeln.

Eine Unternehmen kann KI und ML-Tools nutzen, um Softwarecode kontinuierlich in Echtzeit zu überwachen, um Sicherheitsrisiken und Qualitätsprobleme zu identifizieren. Wenn diese Tools eine Anomalie erkennen, können sie automatisierte Workflows auslösen, um das Problem zu beheben. Ein solches Tool könnte beispielsweise einen ausgefallenen Dienst neu starten oder mehr Ressourcen bereitstellen, um einer erhöhten Benutzernachfrage gerecht zu werden.

Und im Gegensatz zu statischen, schwellenwertbasierten Methoden zur Erkennung von Anomalien nutzen KI-Modelle kontextbezogene und historische Daten, um potenzielle Pipelineausfälle vorherzusagen, bevor sie auftreten. Forecasting-Funktionen ermöglichen es DevOps-Teams, einen proaktiven Ansatz für das Anwendungsmanagement zu verfolgen und Ausfallzeiten und Störungen zu verhindern, bevor sie auftreten.

Darüber hinaus können ML-Algorithmen Teams bei der kontinuierlichen Optimierung der Testprozesse helfen. Unternehmen können beispielsweise ML-Tools einsetzen, um fehlerhafte Tests (Tests, die unvorhersehbar bestehen oder fehlschlagen) zu identifizieren und zu beheben sowie die Generierung von Testfällen zu automatisieren, indem sie Codeänderungen, vergangene Fehler und das Benutzerverhalten analysieren. Laut IDC nutzen, experimentieren oder erweitern mehr als 90 % der Unternehmen den Einsatz von KI- und ML-Tools in ihren Softwaretestverfahren.

Die Bereitstellung der Infrastruktur (die die Einrichtung der Hardware, die Installation des Betriebssystems und die Netzwerkkonfiguration durch spezialisiertes Personal umfasst) kann zu Engpässen führen. Entwickler können Anwendungscode in wenigen Minuten bereitstellen, aber es kann Stunden oder Tage dauern, die Infrastruktur einzurichten.

Infrastructure as Code (IaC) ist "eine DevOps-Praxis, die die Bereitstellung und Verwaltung der IT-Infrastruktur automatisiert, indem Konfigurationsdateien statt manueller Prozesse verwendet werden." Weil IaC Infrastruktur als Software behandelt, ermöglicht es der Infrastruktur, sich mit der Geschwindigkeit der Softwareentwicklung zu verschieben.

Teams können IaC nutzen, um Infrastruktur zu versionieren, zu testen und bereitzustellen, indem sie dieselben Vorlagen und Vorgehensweisen anwenden, die sie auch für Anwendungscode verwenden. Tatsächlich können Infrastruktur und Anwendungscode parallel getestet, validiert und bereitgestellt werden (anstatt unterschiedliche Prozesse zu verwenden).

Entwickler können schnell Sandbox-Umgebungen (sichere, isolierte Umgebungen, in denen Teams Code testen und ausführen können, ohne laufende Anwendungen zu beeinträchtigen) und Produktionsumgebungen nach Bedarf bereitstellen. QA-Teams können Testumgebungen sofort und mit einheitlicher Konfiguration einrichten. Betriebsteams können die Infrastruktur für Nutzerakzeptanz und Sicherheitstests automatisieren.

Und wenn der neue Code die Tests bestanden hat, können sowohl die Anwendung als auch die Infrastruktur gemeinsam bereitgestellt werden, was zu einer schnelleren Bereitstellung von Funktionen und einer häufigeren Bereitstellung führt.

GitOps ist ein modernes operatives Framework, das die Softwarebereitstellung beschleunigt, indem entwicklerzentrierte Codierungspraktiken (wie Pull Requests und Code-Reviews) auf Infrastrukturbetrieb und Softwarekonfiguration angewendet werden.

IaC ist zentral für GitOps. IaC definiert und verwaltet die Infrastruktur durch Code und deklariert den gewünschten Zustand der Systeme. Diese IaC-Konfigurationen werden oft auf Git-basierten Plattformen (zum Beispiel GitHub) gespeichert, wobei ein Git-Repository als einzige Quelle für Speicher und Versionskontrolle dient. In einer CI/CD-Pipeline überprüfen automatisierte Agenten kontinuierlich das Repository auf Änderungen und wenden die Konfigurationen auf live (bereitgestellte) Systeme an.

Wenn zum Beispiel ein DevOps-Team einen neuen Microservice bereitstellen möchte, nimmt es die notwendigen Änderungen an den Git-Konfigurationsdateien vor. Die Bereitstellungstools überprüfen und validieren die Aktualisierungen, bevor sie mit dem Hauptcodezweig zusammengeführt werden. Anschließend wenden CI/CD-Pipelines die Änderungen auf die Live-Infrastruktur (zum Beispiel einen Kubernetes-Cluster oder Docker-Container) an, sodass die bereitgestellte Umgebung immer mit den Repository-Definitionen übereinstimmt.

GitOps ermöglicht es Teams, Code-Updates mehrmals täglich bereitzustellen, im Wissen, dass Git-Tools etwaige Unstimmigkeiten schnell erkennen und korrigieren werden. Somit kann GitOps DevOps-Teams dabei helfen, manuelle Eingriffe weiter zu reduzieren und die Komplexität der CI/CD-Pipeline zu minimieren.

Selbst in einer DevOps-Umgebung fühlen sich viele Softwareentwickler von der Vielfalt und dem Arbeitsvolumen überwältigt, das in ihren Aufgabenbereich fällt, besonders wenn sie manuelle, sich wiederholende Aufgaben erzwingen. Mehr als drei Viertel der Entwickler Verbringen mindestens 30 % ihrer Zeit mit solchen lästigen Aufgaben.

Serverloses Computing ist eine Entwicklungsumgebung und ein Ausführungsmodell, das die Verwaltung der Infrastruktur von den Entwicklern abstrahiert. Ein Cloud-Service-Anbieter stellt alle Server, Backend-Infrastruktur-Komponenten und Laufzeitumgebungen bereit und verwaltet diese, sodass sich die Entwickler auf die Anwendung konzentrieren können.

Serverlose Plattformen unterstützen ereignisgesteuerte Workflows – bei denen Code-Commits oder Pull-Requests automatisierte Builds, Tests und Bereitstellungen auslösen – um die CI/CD-Pipeline weiter zu automatisieren.

CI/CD-Systeme bieten Organisationen eine Reihe von Vorteilen, darunter:

• Bessere Softwarequalität. CI/CD-Pipelines priorisieren kontinuierliche Code- und Softwaretests, damit Fehler und Sicherheitslücken frühzeitig im Entwicklungsprozess erkannt werden und Entwickler qualitativ hochwertigeren Code liefern können.

• Schnellere Markteinführung. CI/CD ermöglicht schnellere Softwaredeployments, die die Vorlaufzeit zwischen Code-Commits und Softwarelieferung von Wochen auf Minuten verkürzen.

• Weniger Risiko und Ausfallzeit. Kleine, häufige Code-Updates erleichtern die Behebung von Fehlern und Fehlern, verhindern großflächige Ausfälle und verkürzen die mittlere Reparaturzeit (MTTR).

• Mehr Transparenz. CI/CD-Dashboards und kontinuierliche Feedback-Schleifen tragen dazu bei, dass DevOps-Teams jederzeit Zugriff auf alle Informationen haben, die sie benötigen, wodurch Transparenz und Rechenschaftspflicht verbessert werden.

• Erhöhte Produktivität. CI/CD-Pipelines automatisieren wiederkehrende, manuelle Schritte (z. B. die Fehlerbehebung bei Builds und die Verwaltung von Bereitstellungsskripten), sodass sich Entwickler auf Updates, neue Funktionen und neue Anwendungen konzentrieren können.