Was ist Infrastructure-as-Code (IaC)?

IaC behandelt Infrastruktur als Software. Teams nutzen IaC, um die Infrastruktur zu versionieren, zu testen und bereitzustellen, indem sie die gleichen Verfahren anwenden, die sie auch für Anwendungscode verwenden. 

Dieser Ansatz ermöglicht es Teams, die traditionelle manuelle Konfiguration zu umgehen, die umständlich und fehleranfällig sein kann. Die manuelle Konfiguration umfasst häufig die Einrichtung individueller Server, konsolenbasierte Verwaltung und undokumentierte Änderungen.

Stattdessen definieren Teams Infrastrukturanforderungen in Konfigurationsdateien, in denen die benötigten Ressourcen – Server, Netzwerke, Datenbanken, Sicherheitsrichtlinien– und deren Konfiguration festgelegt sind. Diese Dateien befinden sich dann in Versionskontrollsystemen und bieten Funktionen zur Verfolgung, Überprüfung und Rollback.

IaC ist ein wichtiger Bestandteil der umfassenderen Praxis der Infrastrukturautomatisierung, die Code und Automatisierung verwendet, um die IT-Infrastruktur während ihres gesamten Lebenszyklus zu verwalten. Mit IaC müssen Entwickler Infrastrukturkomponenten nicht mehr jedes Mal manuell bereitstellen, wenn sie Anwendungen entwickeln, testen oder bereitstellen. Diese Automatisierung hilft Unternehmen, die Kosten zu kontrollieren, Risiken zu reduzieren und schnell auf neue Geschäftsmöglichkeiten zu reagieren.

Da Unternehmen cloudnative Architekturen einführen, wird IaC immer wichtiger. IT-Umgebungen umfassen heute mehrere Clouds, Tausende von Containern und verteilte Microservices. Manuelle Prozesse, die früher einige wenige Server verwalteten, können diese Architekturen nicht mehr bewältigen, bei denen die Teams häufig Hunderte von Anwendungen täglich bereitstellen sowie ständig Infrastrukturen bereitstellen, skalieren und außer Betrieb nehmen.

IaC unterstützt bei der Verwaltung dieser komplexen Umgebungen auf drei kritische Arten:

• Betrieb in großem Maßstab: Konfiguration und Wartung von Tausenden von Servern, Containern und Cloud-Ressourcen in mehreren Umgebungen.
  
  
• Beschleunigte Bereitstellungszyklen: Sofortige Skalierung der Infrastruktur, um der Nachfrage gerecht zu werden, ohne zeitaufwändige manuelle Konfiguration.
  
  
• Sicherstellung der Konsistenz: Eliminieren von menschlichem Versagen und Konfigurationsabweichungen, die zu Sicherheitsschwachstellen, Compliance-Verstößen und Serviceausfällen führen können.

Beispielsweise muss ein Einzelhandelsunternehmen, das sich auf den Black Friday vorbereitet, möglicherweise innerhalb von Stunden 100 bis 1.000 Server skalieren. Mit IaC erfolgt diese Skalierung automatisch über die gesamte lokale und Cloud-Infrastruktur hinweg, basierend auf vordefinierten Vorlagen. Diese Fähigkeit zu skalieren hilft sicherzustellen, dass jeder neue Server die identischen Sicherheits- und Compliance-Konfigurationen beibehält.

Laut dem IBM Institute for Business Value geben 65 % der Führungskräfte an, dass Automatisierungstechnologien wie IaC die Produktivität ihrer IT-Teams steigern.

IaC kombiniert einen wiederholbaren Workflow mit automatisierten Tools. Der Workflow – Schreiben, Versionieren, Provisionieren und Bereitstellen – definiert, wie Teams von den Infrastrukturanforderungen zu den bereitgestellten Ressourcen verschieben. Die Tools – Konfigurationsdateien, Versionskontrollsysteme und Automatisierung – bieten die Mechanismen zum Definieren, Verfolgen und Erstellen einer Infrastruktur.

Zusammen verwandeln diese Elemente das Infrastrukturmanagement von einem manuellen, fehleranfälligen Prozess in eine automatisierte, wiederholbare Funktion. Teams schreiben Infrastruktur als Code, mit eindeutigen Versionen wie bei Software und stellen identische Umgebungen bei Bedarf bereit.

Der IaC-Workflow besteht aus vier Phasen:

Entwickler erstellen IaC-Skripte unter Verwendung von Sprachen wie HCL, YAML oder JSON, ähnlich wie sie Anwendungscode in Java™oder Python schreiben. Teams schreiben Infrastrukturdefinitionen, in denen sie festlegen, welche Ressourcen sie benötigen und wie sie diese konfigurieren. Sie schreiben diese Dateien oft in integrierten Entwicklungsumgebungen (IDEs), die Fehlerüberprüfung und Funktionen zur automatischen Vervollständigung bieten.

Der Code wird in Versionskontrollsystemen – auch Quellcode-Repositories genannt – wie Git oder GitHub gespeichert. Die Versionskontrolle verfolgt Änderungen, verwaltet alternative Versionen und ermöglicht es Teams, zu früheren Versionen zurückzukehren, wenn Probleme auftreten.

Eine Automatisierungs-Engine liest die Konfigurationsdateien und stellt die angegebenen Ressourcen bereit. In dieser Phase wird der Code in die tatsächliche Infrastruktur umgewandelt – virtuelle Maschinen (VMs) werden erstellt, Netzwerke konfiguriert, Datenbanken und Sicherheitsgruppen eingerichtet. Der Bereitstellungsprozess ist idemponent, d. h. er kann mehrfach ausgeführt werden, ohne dass doppelte Ressourcen erstellt werden.

Teams führen Skripte aus, um die Infrastruktur in verschiedenen Umgebungen bereitzustellen, wobei IaC dazu beiträgt, einheitliche Konfigurationen in allen Umgebungen sicherzustellen. Die Konsistenz der Skripte hilft am meisten, wenn eine kontinuierliche Bereitstellung verwendet wird, bei der Softwareänderungen an einer Anwendung automatisch in der Produktionsumgebung veröffentlicht werden. 

Automatisierte Tools bieten Mechanismen zum Definieren, Verfolgen und Erstellen von Infrastruktur durch Code.

Konfigurationsdateien definieren die Infrastruktur. Sie können in HCL, JSON, YAML oder domänenspezifischen Sprachen geschrieben werden. Diese Dateien sind Blueprints, die genau beschreiben, welche Infrastruktur Sie benötigen – wie viele Server, welche Größe, welche Netzwerkeinstellungen – in einem Format, das die Automatisierungstools lesen und ausführen können.

Diese Dateien werden zur Single-Source-of-Truth (SSOT) für Teams und tragen dazu bei, die Konsistenz über mehrere Umgebungen hinweg zu gewährleisten. Sie können für neue Installationen aktualisiert, wiederverwendet oder verändert werden, wenn die Teams weitere Assets hinzufügen. 

Versionskontrollsysteme speichern den Verlauf jeder Datei. Sie verfolgen den ursprünglichen Code und alle Änderungen daran, einschließlich der Daten, was geändert wurde, von wem und wann. Diese Nachverfolgung ermöglicht es Teams, Änderungen zu verstehen, Löschungen wiederherzustellen und ein Rollback durchzuführen, wenn Probleme auftreten.

Die Versionskontrolle ermöglicht es Unternehmen, die Infrastruktur in Module aufzuteilen, die durch Automatisierung miteinander kombiniert werden. Dieser modulare Ansatz hilft beim Erstellen, Aktualisieren und Versionieren komplexer Umgebungen, während gleichzeitig Duplikate reduziert und Skripte einfacher getestet und wiederverwendet werden können.

Automatisierungsmotoren automatisieren die Bereitstellung und Konfiguration durch die Verwendung von vordefiniertem Code. Sie führen die Infrastrukturdefinitionen in Konfigurationsdateien aus und wandeln den Code in tatsächliche IT-Ressourcen wie Server, Netzwerke und Datenbanken um.

Einige Engines sind Cloud-spezifisch, wie AWS CloudFormation, Azure Resource Manager oder Google Cloud Deploy Manager. Andere laufen auf allen Clouds, wie Terraform, OpenTofu (ein Open Source Fork von Terraform) oder Pulumi (das allgemeine Programmiersprachen wie Python verwendet).

Diese Automatisierungsengines werden häufig mit Orchestrierungstools wie Kubernetes kombiniert, um Ressourcen und Workloads in großem Maßstab zu koordinieren.

IaC-Tools sind oft über Programmierschnittstellen (APIs) in Cloud-Plattformen integriert. Diese API-Verbindungen ermöglichen es den IaC-Tools, direkt mit den Cloud-Services zu kommunizieren und Ressourcen programmgesteuert und nicht über manuelle Konsoleninteraktionen zu erstellen und zu verwalten.

IaC integriert auch standardmäßige Softwareentwicklungspraktiken, um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Automatisierte Tests können dabei helfen, die Infrastrukturkonfigurationen vor der Bereitstellung zu verifizieren und Fehler zu identifizieren, die andernfalls zu Ausfällen oder Sicherheitslücken führen könnten. Einige Versionskontrollsysteme können diese Tests automatisch auslösen, wenn Codeänderungen auftreten, und so sicherstellen, dass jede Änderung validiert wird, bevor sie die Produktion erreicht.

Bei der Implementierung von IaC treffen Unternehmen im Wesentlichen zwei Entscheidungen: wie eine Infrastruktur definiert wird (deklarativ oder imperativ) und ob eine Infrastruktur nach der Bereitstellung geändert werden kann (veränderlich oder unveränderlich).

Der deklarative und der imperative Ansatz unterscheiden sich darin, wie Sie den Infrastrukturcode schreiben.

Der deklarative Ansatz, auch bekannt als funktionaler Ansatz oder deklaratives IaC, ist die gängigste Methode. Der Benutzer beschreibt den gewünschten Zustand – „Ich benötige 3 Server mit diesen Spezifikationen“ – und IaC übernimmt die Implementierung. Er erstellt die Ressourcen, installiert die notwendige Software, löst Abhängigkeiten auf und verwaltet die Versionierung automatisch.

Der imperative Ansatz, auch als prozeduraler Ansatz bekannt, erfordert, dass der Benutzer Schritt-für-Schritt-Anweisungen für die Bereitstellung der Infrastruktur schreibt. Die exakten Befehle werden in einer präzisen Reihenfolge angegeben: „Erstellen Sie zuerst einen Server, installieren Sie dann diese Software und konfigurieren Sie dann diese Einstellungen.“ Dieser Ansatz erfordert mehr Fachwissen und kann die Wahrung der Konsistenz erschweren.

Eine veränderliche Infrastruktur kann nach der Bereitstellung geändert werden, während eine unveränderliche Infrastruktur nach der Bereitstellung nicht mehr geändert werden kann.

Die veränderliche Infrastruktur bietet Flexibilität für Ad-hoc-Änderungen, z. B. für die Berücksichtigung spezifischer Anwendungsanforderungen oder für dringende Sicherheitspatches. Diese Flexibilität kann jedoch die Konsistenz beeinträchtigen und die Versionsverfolgung erschweren.

Die meisten Unternehmen entscheiden sich für eine unveränderliche Infrastruktur. Um einen Server oder eine Konfiguration zu ändern, müssen Teams die gesamte Infrastruktur durch neue Ressourcen ersetzen.

Das klingt zwar unterbindend, kann aber aus mehreren Gründen von Vorteil sein. Erstens verhindert eine unveränderliche Infrastruktur die Abweichung der Konfiguration. Drift ist ein häufiges Problem bei veränderlichen Infrastrukturen, bei denen sich manuelle Änderungen im Laufe der Zeit anhäufen und es dadurch erschweren, die Konsistenz in verschiedenen Umgebungen aufrechtzuerhalten.

Zweitens bietet die unveränderliche Infrastruktur eine zuverlässige Versionsverfolgung und Rollback-Funktionen, da jede Änderung eine neue, versionierte Instanz erstellt. Das bedeutet, dass die Teams sofort zu ihrer vorherigen Konfiguration zurückkehren können.

Schließlich kann mit Cloud-basiertem IaC neue Infrastruktur schnell bereitgestellt werden, oft innerhalb von Minuten, sodass die erneute Bereitstellung aller Infrastruktur-Ressourcen weitaus praktischer ist, als es auf den ersten Blick erscheint.

Durch die Automatisierung des Infrastrukturmanagements unter Verwendung von Code bietet IaC mehrere Vorteile:

IaC ist für DevOps-Praktiken unerlässlich, da es ermöglicht, dass sich die Infrastruktur mit der Geschwindigkeit der Softwareentwicklung verschieben.

Ohne IaC kann die Infrastrukturbereitstellung zu einem Engpass werden. Während der Code in wenigen Minuten bereitgestellt wird, kann die Einrichtung der Infrastruktur Stunden oder Tage dauern. Beispielsweise kann das Hinzufügen einer neuen Datenbank ein Ticket für das Infrastrukturteam und eine tagelange Wartezeit erfordern.

IaC schließt diese Lücke durch die Anwendung kontinuierlicher Integration und kontinuierlicher Bereitstellung (CI/CD) auf Infrastrukturbereitstellungen. Infrastruktur und Anwendungscode können gemeinsam und parallel getestet, validiert und bereitgestellt werden, anstatt als verteilte Prozesse.

In der Praxis befindet sich der Infrastrukturcode bei der Versionskontrolle oft zusammen mit dem Anwendungscode der Anwendung. Wenn Entwickler Änderungen vornehmen, kann die CI/CD-Pipeline die Testinfrastruktur mithilfe von IaC-Vorlagen bereitstellen, automatisierte Tests ausführen und dieselben Vorlagen für die Bereitstellung in der Produktion verwenden. So wird sichergestellt, dass jede Umgebung – Entwicklung, Test, Staging, Produktion – über identische Infrastrukturkonfigurationen verfügt.

Der Hauptvorteil ist die Konsistenz. Ohne IaC kann es zu Abweichungen bei der Umgebung kommen, wenn die Testumgebungen nicht mit der Produktion übereinstimmen, was zu Fehlern bei der Bereitstellung führen kann. IaC sorgt dafür, dass das, was beim Testen funktioniert, auch in der Produktion funktioniert, da beide die gleichen Infrastrukturdefinitionen verwenden. Teams können Infrastrukturänderungen über Pull Requests überprüfen, Änderungen verfolgen und bei Bedarf zurücksetzen – dabei wird die Infrastruktur mit der gleichen Strenge behandelt wie die Anwendung.

IaC-Tools lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen: Bereitstellungstools, die Infrastruktur erstellen und bereitstellen, und Tools für das Konfigurationsmanagement, die Infrastruktur nach der Bereitstellung warten.

Einige Tools laufen in allen Clouds (funktionieren über mehrere Anbieter hinweg), während andere plattformspezifisch sind.

Unternehmen kombinieren in der Regel Tools aus beiden Kategorien, um vollständige IaC-Pipelines zu erstellen.

Einrichtungstools erstellen und implementieren Infrastrukturressourcen – Server, Netzwerke und Speichersysteme. Sie konzentrieren sich auf die anfängliche Einrichtung und Konfiguration von Infrastrukturkomponenten, wandeln Infrastrukturanforderungen in laufende Ressourcen um. 

Terraform von HashiCorp, einem IBM-Unternehmen, ist ein IaC-Tool, das in allen Clouds ausgeführt werden kann und die Infrastruktur mithilfe deklarativer Konfiguration plattformübergreifend verwaltet.

Teams schreiben Infrastrukturdefinitionen in HCL (HashiCorp Configuration Language) und können denselben Code in AWS, Azure, Google Cloud oder lokalen Rechenzentren bereitstellen. Diese Portabilität ermöglicht es Unternehmen, eine Anbieterbindung zu vermeiden und Cloud-Provider je nach ihren Stärken zu kombinieren – zum Beispiel die Verwendung von AWS für die Datenverarbeitung und Google Cloud für maschinelles Lernen.

Terraform beschleunigt außerdem die Bereitstellung, indem es Ressourcen für mehrere Provider gleichzeitig bereitstellt. Es analysiert Abhängigkeiten zwischen Ressourcen und erstellt parallel unabhängige Ressourcen. Wenn beispielsweise 10 AWS-Server und 5 Azure-Datenbanken ohne Abhängigkeiten bereitgestellt werden, erstellt Terraform alle 15 Ressourcen auf einmal und nicht nacheinander, was die Bereitstellung verkürzt.

AWS CloudFormation ist die native IaC-Lösung von Amazon für die AWS-Infrastruktur. Teams definieren ganze Anwendungs-Stacks – von EC2-Instanzen bis hin zu Rational Directory Server-Datenbanken – mithilfe von JSON- oder YAML-Vorlagen. CloudFormation verarbeitet Ressourcenabhängigkeiten automatisch, erstellt sie in der richtigen Reihenfolge und setzt sie zurück, falls Fehler auftreten.

CloudFormation ist zwar auf AWS beschränkt, bietet aber eine umfassende Integration mit AWS-Services sowie sofortige Unterstützung für neue Services. Unternehmen, die sich für AWS entschieden haben, bevorzugen möglicherweise die native Leistung und den Zugang zu proprietären Funktionen.

Azure Resource Manager (ARM) ist Microsofts natives IaC-Tool für die Azure-Infrastruktur. Obwohl es auf Azure beschränkt ist, ermöglicht es eine umfassende Integration in die Plattform.

Unternehmen verwenden ARM-Vorlagen (JSON-Format), um Azure-Ressourcen zu definieren, bereitzustellen und zu verwalten. ARM bietet integrierte Funktionen wie rollenbasierte Zugriffskontrolle für Sicherheit, Ressourcen-Tagging für Unternehmen, Sperren zur Verhinderung versehentlichen Löschens und Zuordnen von Abhängigkeiten, um sicherzustellen, dass Ressourcen in der richtigen Reihenfolge bereitgestellt werden. 

Google Cloud Deployment Manager ist Googles natives IaC-Tool, das YAML- oder Python-Vorlagen zur Orchestrierung von Google Cloud-Bereitstellungen verwendet. Obwohl es plattformspezifisch ist, erstellt und konfiguriert es Ressourcen über mehrere Services hinweg – Cloud Speicher für Daten, Compute Engine für VMs, Cloud SQL für Datenbanken – und sorgt dafür, dass sie als vollständiger Stack zusammenarbeiten.

Tools für das Konfigurationsmanagement warten die Infrastruktur nach der Bereitstellung und tragen dazu bei, dass die Systeme ordnungsgemäß konfiguriert und gepatcht werden und konsistent bleiben. 

Ansible® ist ein Automatisierungs-Tool von Red Hat, das die Konfiguration verwaltet, ohne dass Agenten auf Zielsystemen erforderlich sind. Mit anderen Worten: Ansible muss keine spezielle Software auf den von ihm verwalteten Servern installieren. Es stellt eine direkte Verbindung her, indem es SSH verwendet, um Befehle auszuführen.

Dieser Ansatz ohne Agent bedeutet, dass Ansible in Cloud-, On-Premises- und Hybridumgebungen eingesetzt werden kann. Teams schreiben YAML-Playbooks, die gewünschte Zustände definieren, und Ansible hilft dabei, sicherzustellen, dass die Systeme diesen Zuständen entsprechen. Es ist beliebt für die Verwaltung von Docker-Containern und Kubernetes-Bereitstellungen.

Puppet nutzt die deklarative Konfiguration, um große Infrastrukturen in Cloud-, lokalen und Rechenzentrumsumgebungen zu verwalten.

Die Lösung überprüft kontinuierlich Tausende von Servern, um sicherzustellen, dass sie ihren definierten Konfigurationen entsprechen, und behebt automatisch Abweichungen. Puppet generiert detaillierte Berichte, die zeigen, was sich wann geändert hat, wodurch es für größere Bereitstellungen effektiv wird.

Chef verwendet „Kochbücher“ und „Rezepte“, um Infrastrukturkonfigurationen in jeder Umgebung zu definieren – in der Cloud, lokal oder hybrid.

Unternehmen wenden sich aufgrund des Test-Frameworks häufig an Chef. Teams können Konfigurationen in Testumgebungen verifizieren, bevor sie in die Produktion übergehen. Dieser Ansatz, bei dem Probleme frühzeitig erkannt werden, kann bei Unternehmen beliebt sein, die häufige Aktualisierungen der Infrastruktur benötigen und Wert auf starke Test-Frameworks legen.