Devops&CICD知识体系之Git部分（1）

我们试图从最基本的组件开始去构建容器云建设的知识体系，而容器云建设过程中Devops&CI/CD又是我们开发和运维人员非常关注的一点，那么我们就从最基本的说起。这一篇文章，咱们讨论Git基本工作原理以及安装。

1、什么是Git

包括软件开发在内的生产生活场景中，我们经常遇到版本控制的问题。针对这个需求，市面上出现了很多的版本控制系统（Version Control System，即 VCS），SVN和Git是我们最常用的两种。早期SVN占据了绝大部分市场，而后来随着Git的出现，越来越多的人选择将它作为版本控制工具，Git社区也越来越强大，比较知名的如[GitHub]、[码云]等都使用Git作为代码托管的“引擎”。

SVN和Git最核心的区别在于Git是分布式的VCS，而SVN需要一个中央版本库进行集中控制。分布式模式的最大好处就是不依赖于网络，每一个pull下来的Git仓库都是主仓库的一个分布式版本，一个可以进行提交的本地仓库。如果你愿意甚至可以一直在本地进行提交。当有网络的时候，本地与远程的仓库也可以进行同步。当然，分布式和集中式各有各的优缺点，但从目前来看，分布式的Git正逐渐被越来越多的人所接受并推广。

Git在CICD中扮演中非常重要的角色，它是我们开发环节中代码管理的重要组件，也是触发我们持续集成、自动化测试的关键节点。除了开发测试场景，生产上配置文件、web页面以及所有有版本管理需求的地方都可以用到Git。所以，这一章节下我们将讨论Git基础知识、Git常用命令，试图告诉大家Git是如何工作的。我们将进行Git服务器的搭建、配置触发自动集成、自动测试以及与大家讨论一种生产上使用Git进行配置文件、web页面管理的一种场景。

1.1 版本控制的演进

1.1.1 什么是版本控制？

版本控制是一种记录一个或若干文件内容变化，以便将来查阅特定版本修订情况的系统。通常的理解中版本控制是用于对保存着软件源代码的文本文件作版本控制管理，实际上任何类型的文件都可以进行版本控制。有了版本控制我们就可以将某个文件回溯到之前的状态，甚至将整个项目都回退到过去某个时间点的状态。我们可以比较文件的变化细节，查出所有的历史记录，明确缺陷的责任人、问题的提出者。

1.1.2 本地版本控制

在使用计算机管理多版本文件的生产和生活中，我们常用的做法是复制整个项目目录的方式来保存不同的版本，或许还会改名加上备份时间以示区别。这估计能引起大多数人的共鸣，因为这么做实在是太简单了。但是，如果你混淆所在的工作目录，弄错文件或者丢了数据那就崩溃去吧。

为了解决这个问题，人们很久以前就开发了许多种本地版本控制系统，大多都是采用某种简单的数据库来记录文件的历次更新差异。如下图：

图1.1.2-1 本地版本控制系统

1.1.3 集中式版本控制

本地版本控制无法实现让在不同系统上的开发者协同工作。于是，集中化的版本控制系统（ Centralized Version Control Systems，简称 CVCS ）应运而生。我们比较熟悉如SVN 、 CVS 等，都有一个单一的集中管理的服务器，保存所有文件的修订版本，而协同工作的人们都通过客户端连到这台服务器，取出最新的文件或者提交更新。

图1.1.3 集中式版本控制系统

显而易见，最大的缺点是中央服务器的单点故障。

1. 宕机风险：如果宕机一小时，那么在这一小时内，谁都无法提交更新，也就无法协同工作。

2. 磁盘故障：如果中央服务器的磁盘发生故障，碰巧没做备份，或者备份不够及时，就会有丢失数据的风险。

最坏的情况是彻底丢失整个项目的所有历史更改记录，此时就只能祈祷客户端提取出来的保存在本地的部分快照数据是可用的。但不能保证所有的数据都已经有人事先完整提取出来过，所以仍然有丢失数据的风险。

1.1.4 分布式版本控制系统

于是分布式版本控制系统（ Distributed Version Control System，简称 DVCS ）面世了。在这类系统中，像 Git，Mercurial，Bazaar 以及 Darcs 等，客户端并不只提取最新版本的文件快照，而是把代码仓库完整地镜像下来。这么一来，任何一处协同工作用的服务器发生故障，事后都可以用任何一个镜像出来的本地仓库恢复。因为每一次的提取操作，实际上都是一次对代码仓库的完整备份。

图1.3 分布式版本控制系统

更进一步，许多这类系统都可以指定和若干不同的远端代码仓库进行交互。籍此，你就可以在同一个项目中，分别和不同工作小组的人相互协作。你可以根据需要设定不同的协作流程，比如层次模型式的工作流，而这在以前的集中式系统中是无法实现的。

1.2 Git简史

Git源于对Linux内核开源项目的维护和管理。2005年BitKeeper商用化，Linux内核开源项目不得不放弃使用BitKeeper，Linux开源社区以及Linux的缔造者Linus Torvalds意识到需要开发一套属于自己的版本控制系统。他们对这个版本控制系统制定了如下需求：

1. 速度
2. 简单的设计
3. 支持非线性开发模式（允许上千个并行开发）
4. 完全分布式
5. 高效管理类似Linux内核一样的超大规模的项目

自2005年诞生以来，Git日臻完善，在高度易用的同时，仍然保留着初期设定的目标。它的速度飞快，极其适合管理大项目，它还有着令人难以置信的非线性分支管理系统，可以应付各种复杂的项目开发需求。

1.3 Git设计思想和基本工作原理

在开始学习Git的过程中，理解Git的设计思想以及基本工作原理将有助于我们准确地使用Git提供的各个功能。

1.3.1 Git只关心文件本身是否发生变化

如何理解标题呢？简单理解一下：在某文件更新前后，判断该文件是否发生更新，只算一下该文件前后的哈希值，如果哈希值发生变化，那么Git将变化的文件作一个快照，记录在一个微型的文件系统中；如果哈希值不变，为了提高性能，Git不会再次保存，而是只对上次保存的快照作一个链接。Git更像是一个小型的文件系统，在此基础之上还提供了更多更强的工具，而不只是一个简单的VCS。

1.3.2 Git中99%的操作都无需联网

因为Git是分布式的，在本地磁盘上就保存着所有当前项目的历史更新，所以不依赖于网络，处理起来速度飞快。即使身处无网络的环境，我们仍然可以非常愉快地频繁提交更新，并且在本地进行所有项目版本的管理。等到了有网络的时候，我们再与远程仓库进行同步。

如果想要看当前版本的文件和一个月前的版本之间有何差异，Git 会取出本地磁盘上微型文件系统中一个月前的快照和当前文件作一次差异运算，而不用请求远程服务器来做这件事。

1.3.3 Git如何保证数据的一致性和完整性

Git 使用 SHA-1 算法计算数据的校验和，通过对文件的内容或目录的结构计算出一个 SHA-1 哈希值。该字串由 40 个字符（0-9 及 a-f）组成，它其实是算出的校验和的十六进制表示。看起来就像是：

8d73a23d429299cdf9876a87e9fa85ad4f1e1b37

保存在Git中的所有文件都要进行上述校验和（checksum）计算，并将此结果作为数据的唯一标识和索引。这项特性作为 Git 的设计哲学，建在整体架构的最底层。所以如果文件在传输时变得不完整，或者磁盘损坏导致文件数据缺失，Git 都能立即察觉。

Git 的工作完全依赖于上述40个字符的字符串，所有保存在 Git 数据库中的东西都是用此哈希值来作索引的，而不是靠文件名。

1.3.4 Git中文件三态

Git中的任何一个文件，都只有三种状态：

1. modified （已修改）
2. staged （已暂存）
3. committed （已提交）

图1.3.2-1 Git工作区、暂存区、仓库

当在工作区新增或者修改了某个文件，那么该文件就处于modified状态。如果现在进行上图中的操作①，那么Git就会将该文件作一个快照保存在暂存区，该文件就处于staged状态。接下来，如果该文件进行了上图中的操作②，那么Git将保存在暂存区域的文件快照永久转储到 Git 目录中，该文件就处于committed状态了。

1.4 Git安装

理解了Git的设计思想和基本工作原理，咱们就开始实际操作了。

1.4.1 从源代码安装

从源代码安装有很多好处，首先能够保证不会下载到被嵌入恶意代码的二进制包，其次能够使用修复了安全和功能BUG的最新的Git版本。

Git编译依赖curl，zlib，openssl，expat，libiconv库的部分代码。

Centos、Redhat、Fedora需要安装：

sudo yum install curl-devel expat-devel gettext-devel \\
  openssl-devel zlib-devel

Debian、Ubuntu、Deepin需要安装：

sudo apt-get install libcurl4-gnutls-dev \\
libexpat1-dev gettext libz-dev libssl-dev

从Git官方站点下载最新源代码：

# 从Git官网下载
http://git-scm.com/download
# 从GitHub下载最新的源代码包
wget https://github.com/git/git/archive/v2.20.1.tar.gz

图1.4.1-1 从GitHub上下载Git源代码包（1）

图1.4.1-1 从GitHub上下载Git源代码包（2）

编译和安装：

$ tar -zxf git-v2.20.1.tar.gz
$ cd git-v2.20.1
$ make prefix=/usr/local/git all
$ sudo make prefix=/usr/local/git install

安装完成之后执行 git version，有些用户可能发现还是旧版本。可执行如下命令：

# 找出旧版本git 可执行文件的路径
$ whereis git
git: /usr/bin/git /usr/share/man/man1/git.1.gz
# 将原来的git可执行文件或者软链接备份
sudo mv /usr/bin/git /usr/bin/git.bak
# 将安装目录下的最新版Git可执行文件,通过软连接方式链接到/usr/bin/git
sudo ln -s /usr/local/git/git  /usr/bin/git

如果出现如下结果，则安装成功。

$ git version
git version 2.20.1

1.4.2 二进制文件安装

Debian系的Linux

$ sudo add-apt-repository ppa:git-core/ppa
$ sudo apt update
$ sudo apt install git

以上是安装最新版本的Git方式，如果没有最新版本Git 的需求，执行如下命令：

sudo apt-get install git

RedHat系的Linux

sudo yum install git

以上命令只安装yum源中的版本，如需使用最新版本，建议使用源码编译方式安装。

Windows

可在Git官网下载Windows版本的.exe格式二进制文件进行安装即可。

Mac OS X

可在Git官网下载Mac OS X版本的.dmg格式二进制文件进行安装即可。

1.5 Git配置

安装完成之后，我们需要配置一下Git环境。执行配置命令之后，Git会将配置信息写入文件系统中，不用重复配置。如果需要修改配置可直接修改配置文件或者再次执行配置命令。

Git配置文件主要有三个：

/etc/gitconfig，优先级最低，该文件对应于如下命令：

sudo git config --system  user.name  \"neroshea\"

~/.gitconfig，优先级其次，该文件是隐藏文件处于用户目录下：

git config --global  user.name \"neroshea\"

${workdir}/.git/config，优先级最高，该文件处于工作区文件夹下：

git config --local  use.name \"neroshea\"

其中 –local 对应的配置文件优先级最高，只在本工作区起作用。–global 对应的配置文件只适用于当前用户，文件中配置项的优先级其次。–system 对应的配置文件适用于本机所有用户，文件中配置项的优先级最低。优先级高的覆盖优先级低的配置。

熟悉了上述三个文件之后，我们现在开始进行Git配置。

用户信息配置

首先配置用户名称和电子邮箱，这两个配置非常重要，Git通过这两个配置来标识是谁做了提交，并且这些信息将会永久写入历史记录中。

$ git config --global user.name \"neroshea\"
$ git config --global user.email test@example.com

一般情况下配置global即可。配置local则每次新建工作区都需配置该信息；配置system则会干扰其他用户的使用，普通用户也没有配置system的权限。

文本编辑器

Git在需要你填入某些信息的时候会自动打开一个编辑器，系统默认为vi或vim编辑器，如果你有特殊需求可以进行配置。

git config --global core.editor emacs

一般不做修改。

差异分析工具

当我们解决合并冲突时，需要用到差异分析工具，默认为diff。可修改，如改成vimdiff。

git config --global merge.tool vimdiff

Git 可以理解 kdiff3，tkdiff，meld，xxdiff，emerge，vimdiff，gvimdiff，ecmerge，和 opendiff 等合并工具的输出信息。

查看配置信息

检查已有的配置信息：

git config --list

检查特定项目：

git config user.name

1.6 最后

当你不知道如何使用git 时，最快的方法就是使用：

git help <cmd>
# 比如，查看git config 的用法
git help config

当然，如果可以连接互联网，可通过搜索引擎查询。

1.7 小结

这一小结我们详细介绍了Git是什么、Git的由来、Git的设计思想和基本原理、Git安装配置。方便大家更好地学习Git，使用Git。

这里简单整理总结Git基本工作原理和安装配置的部分，以后我们将会讨论Git服务器部署、Git在CICD中的实践情况、Git在生产上的其他应用等。敬请期待！

参考资料：Git官网、Git Pro等

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