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Azure Automation：使用 CheckPoint 實現可靠的容錯 Runbook 執行

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作為 Azure Automation Runbook 的編寫者，我們都希望建立的 Runbook 在遇到意外問題（如錯誤、異常、網路問題和意外中止）時能夠可靠地執行。 Azure Automation 可以幫助您實現這一目標。 Azure Automation 構建於 Windows PowerShell 工作流程基礎之上，支援 Checkpoint 技術，能夠保持工作流程，這樣一旦發生中斷，隨後將可以在中斷點或其附近恢復。因此， Checkpoint 是一項十分強大的功能，大家勢必希望在 Automation Runbook 中加以利用。有效利用 Checkpoint 可使您建立的 Runbook 自動執行長時間運行的流程，順利訪問不同的網路系統，保證不重複那些不應該重複（非冪等任務）或重複起來較為昂貴的操作，並可有計劃地中斷以納入手動步驟。

在本文中，我們將探討在 Automation Runbook 中使用 Checkpoint 的原因、場景和方式。大家可以重溫一些有關 PowerShell 工作流程 Checkpoint 的現有資訊，從而説明理解本文。

什麼是 Checkpoint ？

Checkpoint 是 Runbook 作業的當前狀態快照，包括當前的變數值、所有輸出及其他可序列化狀態資訊。每個 Checkpoint 均將保存到儲存中。如果有意或無意導致 Runbook 暫定，接著重新恢復，工作流程引擎將使用最新 Checkpoint 數據還原和恢復 Runbook 。

Azure Automation Checkpoint

在 Azure Automation 中，當您保持一個 Runbook 作業時，將會建立 Checkpoint 並將其儲存到 Azure Automation資料庫中。資料庫中僅會儲存存每項作業的最新 Checkpoint 。各 Checkpoint 會替換前一個 Checkpoint 。如果 Runbook 先暫定而後恢復，最後儲存的 Checkpoint 將用於儲存和恢復 Runbook 。

與 PowerShell工作流程（將 Checkpoint 儲存到託管工作流程會話的電腦硬碟中）不同， Azure Automation 將 Checkpoint 儲存到 Azure Automation 資料庫中。因此，如果運行 Runbook 的工作進程發生意外中止，那麼待該進程重新開機後或其他工作進程可以繼續完成作業，使用資料庫中的最新 Checkpoint 恢復作業。

為什麼使用 Checkpoint ？

以下是在 Runbook 中使用 Checkpoint 的幾點原因：

  • 確保某些操作不重複
  • Checkpoint 對於在 Runbook 發生意外中止（暫定）後又恢復時保證不重複執行那些不應該重複的操作（非冪等任務）。例如，建立虛擬機器後立即核查 Runbook Checkpoint ，如果 Runbook 作業暫定後又恢復，則不能建立重複的虛擬機器。
  • 保護長時間運行的任務
  • 在現實世界中，錯誤時常發生。包含多個步驟、長時間運行的任務容易因網路問題、電腦重啟或意外中止、超時、電源中斷等造成中斷。為避免重新執行昂貴任務，需要檢查 Runbook 的 Checkpoint ，確保任何 Runbook 重新啟動後都不會重新執行任務。
  • 確保長時間運行的 Runbook 完成運行
  • Azure Automation 具有“公平共用”功能，該功能會卸載執行時間達 30 分鐘的所有 Runbook，以便其他 Runbook 繼續運行。最終，將會重新載入被卸載的 Runbook，完成載入後，將從最後一個 Runbook Checkpoint  恢復執行。因此，為保證 Runbook 最終完成，您必須不時添加 Checkpoint 且運行間隔不得超過 30 分鐘。（此論壇文章列舉了有關這個問題的一個示例。）
  • 允許計畫內中斷或手動中斷
  • 在某些場景下，您可能希望暫定正在運行的 Runbook 。例如，暫定 Runbook 作業等到批准後再繼續運行，或者暫定 Runbook 作業等待修復意外或計畫內系統問題。

如何向 Runbook 添加 Checkpoint ？

Checkpoint-Workflow  活動

Checkpoint-Workflow 活動（別名：Persist）是一項標準的 PowerShell 工作流程活動，在 Runbook 中可用於在某個特定的點建立 Checkpoint 。在 Runbook 中發生 Checkpoint-Workflow 活動的特定點建立 Checkpoint  。

…
Download-Updates
Reboot-VM
Checkpoint-Workflow
Email-Team
Checkpoint-Workflow
…

-PSPersist 活動通用參數

每當調用此活動時，都可以納入 –PSPersist 工作流程活動通用參數。這將會在活動完成後，立即強制建立 Checkpoint 。

…

Download-Updates

Reboot-VM –PSPersist $True

Email-Team –PSPersist $True

…

$PSPersistPreference 工作流程首選項變數

在 Runbook 中，您可以包含 $PSPersistPreference = $True 語句。這將會導致在完成 preference 語句執行的活動後刪除 Checkpoint 。如果將此 preference 語句設在 Runbook 開頭，那麼將會在 Runbook 中的每項活動後均建立一個 Checkpoint 。您可以通過包含 $PSPersistPreference = $False 語句（這是 Runbook 默認設置）關閉自動Checkpoint，而後運行活動時將不會使用自動 Checkpoint 。

請注意，出於性能和策略原因，每項活動後均執行 Persist 可能並非最佳方法。每個 Checkpoint 均需要處理，以便實現工作流程狀態序列化並將其儲存到資料庫中。另外，在某些場景中（後面的例子），如果 Runbook 暫定，您可能會希望重複一些活動。出於上述原因，不推薦運用此方法。

…

Download-Updates

$PSPersistPreference = $True

Update-VM

Email-Team

$PSPersistPreference = $False

…

Suspend-Workflow  活動

當在 Runbook 中使用 Suspend-Workflow 活動時，最直接的結果是建立 Runbook Checkpoint ，然後將 Runbook 暫定。您將需要在 Runbook 中使用此活動，例如，如果需要 Runbook 執行某項作業，然後等待審批再繼續運行。＂獲得＂批准的方式是恢復 Runbook 作業。

…

Download-Updates

# Get permission to apply updates

Suspend-Workflow

# Continue if resumed

Reboot-VM –PSPersist $True

Email-Team –PSPersist $True

…

添加  Checkpoint  的位置

通常情況下，最好明確標記 Persist 工作流程的位置。並不是要設置 $PSPersistPreference 變數在每項活動後執行綜合檢查，通常最好從綜合戰略角度出發，在需要 Persist 操作的工作流程位置使用 Checkpoint-Workflow 活動、 Suspend-Workflow  活動或  –PSPersist 參數。某些位置的確需要 Persist 工作流程，但有些位置確實不需要 Persist 工作流程（示例如下）。另外，請記住， Persist 工作流程需要在系統層實現，這會在一定程度上影響工作流程性能。

最佳實踐： 在下列情況下，您可能需要在工作流程中添加 Checkpoint ：

  • 在不希望重複（非冪等）的任何活動後面。

  • 由於成本限制不希望重複的長時間運行或費用昂貴的活動後面。

  • 在執行時間超過 30 分鐘的 Runbook 中。30 分鐘後，將啟用“公平共用”功能，暫時卸載 Runbook，以便其他 Runbook 運行。最終，系統將重新載入該 Runbook ，並從最後一個 Checkpoint 恢復執行。如果未添加任何 Checkpoint ，那麼 Runbook 將從頭恢復，當然還會再次執行公平共用，這種情況將會重複出現，Runbook 將永遠無法完成。
  • 在超出正常問題概率（可能導致故障和工作流程暫定）的任何活動前。您希望在工作流程恢復時重複該活動，從而確保活動工作順利完成。例如，訪問可能受到網路問題影響的遠端系統的活動。

最佳實踐： 不能在下列情況下添加 Checkpoint ：

  • 在工作流程暫定後又恢復時希望重複的工作後

  • 重複執行的成本比建立 Checkpoint 費用低的工作後

  • 在 InlineScript 塊中（不允許）

演示場景：更新虛擬機器

  1. 從 Windows 更新下載最新修補程式
  2. 重新開機虛擬機器以應用修補程式
  • Checkpoint

       3. 向團隊發送電子郵件報告已應用更新

  • Checkpoint

       4. …

在此場景下，可以重複步驟 1（因為冪等），但不能重複步驟 2 和步驟 3。因此，需要在步驟 2 和步驟 3 後添加 Checkpoint 。＂每項活動後自動 Persist ＂設置仍然有效；但是，在步驟 1 後添加 Checkpoint 未必會向系統添加工作。

演示場景：通知客戶

  1. 從資料庫獲取客戶清單
  2. 向客戶發送電子郵件通知新策略
  • Checkpoint

       3. 向管理層發送電子郵件，表明已向客戶發送電子郵件

  • Checkpoint…

       4. ...

有時候，您不希望重複活動組，但只有在該組的所有活動均成功完成的情況下才適用。在此場景下，步驟 1 和步驟 2 應始終同時運行，確保在發出電子郵件時檢索到的客戶清單保持最新狀態。因此，如果 Runbook 工作進程在步驟 2（發送客戶電子郵件）前發生意外中止，待到 Runbook 作業恢復後，我們希望它再次從步驟 1（檢索客戶清單）開始運行。但是，如果在步驟 3 前發生意外中止或暫定，那麼我們希望確保不重複執行步驟 2（不希望再次向客戶發送電子郵件）。

最佳實踐： 值得注意的是，不能在工作流程 InlineScript 塊或函數中添加 Checkpoint 。這是因為InlineScript 塊或函數以PowerShell 腳本（而非PowerShell工作流程腳本）的形式運行。因此，為了充分利用工作流程 Persist 的優勢，最好將 Runbook 代碼拆分為多項模組化活動，這樣就能在活動之間添加 Checkpoint ，或者如果需要 InlineScript ，那麼可以使用多個 InlineScript 塊，以便在 InlineScript 塊之間建立 Checkpoint 。

暫定和恢復 Runbook

建立 Checkpoint 和暫定 / 恢復 Runbook 同時使用。向 Runbook 添加 Checkpoint ，這樣當 Runbook 暫定時， Runbook 即可從最後一個Checkpoint 恢復。

Azure Automation 的 Runbook 作業可通過多種方式暫定：

  • 使用者使用 Azure Automation 門戶介面暫定

  • 您可以選擇在 Azure Automation 門戶介面中暫定正在運行的 Runbook 作業。

  • 該作業將在下一個Checkpoint 暫定。如果未在 Runbook 中建立任何 Checkpoint ，那麼 Runbook 將繼續運行直至結束，並且始終顯示“正在暫定”狀態。

  • 用戶在 Runbook 中使用 Suspend-Workflow 暫定

  • 在 Runbook 中包括 Suspend-Workflow 活動。

  • 將為作業建立 Checkpoint ，然後在調用 Suspend-Workflow 的位置暫定。

  • 用戶使用 Suspend-AzureAutomationJobcmdlet 暫定

  • 在 PowerShell 腳本或工作流程中，您可以使用 Suspend-AzureAutomationJob cmdlet 暫定正在運行的 Azure Automation Runbook 作業。

  • 該作業將在下一個 Checkpoint 暫定。如果未在 Runbook 中建立任何 Checkpoint ，那麼 Runbook 將繼續運行直至結束，並且始終顯示“正在暫定”狀態。

  • Azure Automation工作流程引擎在 Runbook 執行時間超過 30 分鐘時暫定
  • 當正在運行的作業執行時間超過 30 分鐘時，將會觸發“公平共用”功能，系統將暫時卸載 Runbook 。作業狀態將被設置為“正在運行，等待資源”。最終，將重新載入 Runbook ，然後從最後一個 Checkpoint 開始執行。
  • Azure Automation 工作流程引擎在 Runbook 發生異常後意外暫定
  • 當正在運行的作業發生異常時， Runbook 工作進程會將其卸載， Runbook 狀態將設置為“已暫定”。
  • 因 Runbook 工作進程發生意外中止而意外暫定
  • 如果 Runbook 工作進程發生意外中止，該工作進程上運行的作業將立即終止。這些作業在資料庫中的狀態仍繼續為“正在運行”。當上述或替換工作進程恢復線上狀態時，將恢復這些作業並從最後一個Checkpoint繼續執行。

Azure Automation 的 Runbook 作業可通過多種方式恢復。在任何情況下，作業都將從最後一個 Checkpoint 進行恢復；若未建立 Checkpoint ，則從頭開始恢復。

  • 在 Azure Automation 門戶介面中手動暫定
  • 您可以選擇使用 Azure Automation 門戶介面恢復暫定的作業。
  • 使用 Resume-AzureAutomationJobcmdlet 暫定
  • 在 Runbook 工作進程意外中止後自動暫定
  • 當工作進程恢復線上狀態或者指定另一個工作進程接替其操作時，該工作進程將會在為其分配的資料庫中查找作業。對於狀態顯示為“正在運行”但尚未在工作進程上運行的任何作業，工作進程將從最後一個 Checkpoint 自動恢復（這與上方暫定列表中的第 5 項的情況相同）。

值得注意的是，恢復 Runbook 時，可在不同於之前暫定的工作進程上恢復 Runbook 。因此，需要重新建立 Runbook 期望使用的任何本地狀態。例如，這意味著，如果 Runbook 需要在 Checkpoint 後的任意一點與 Azure 相連，需要在各 Checkpoint 後再次調用本地檔中設置狀態的命令（如 Connect-Azure、Add-AzureAccount、Select-AzureSubscription 或 Set-AzureSubscription ）。

小結

大家可以看到，如果要充分利用PowerShell工作流程的這項關鍵功能並使 Runbook 能夠應對中斷情況，應在 Runbook 中添加 Checkpoint 。添加 Checkpoint 很簡單。創作 Runbook 期間預先計畫，即可保護較為昂貴的長時間運行任務應對意外中斷，真正建立強大可靠的 Runbook 。
 

本文翻譯自 Azure Automation: Reliable, Fault-Tolerant Runbook Execution Using Checkpoints