高级技巧之集群部署：利用 Linux 指令同时在多台机器部署程序

一、模块介绍

Linux 指令是由很多顶级程序员共同设计的，使用 Linux 指令解决问题的过程，就好像在体验一款优秀的产品。在这个过程中，我们不仅能学会一条指令，还能体会到软件设计的魅力：彼此独立，又互成一体——每个 Linux 指令都专注、高效，管道、awk、sort 都有着这种特质。

经过前面的学习，我们已经掌握了一些基础指令。本模块挑战一个更复杂的问题——用 Linux 指令管理一个集群（Cluster）。所谓高级技巧并不是要学习更多指令，而是把之前所学的指令进行排列组合。当你从最初只能写几条指令，成长到具备书写一个拥有几十行、甚至上百行 bash 脚本的能力时，就意味着你具备了解决复杂问题的能力。

本模块的目标是通过把简单指令组合起来、分层组织成多个脚本文件，解决一个复杂的工程问题：在成百上千的集群中安装一个 Java 环境。

1.1 前置知识

• 熟悉 ssh/scp、for 循环、数组、重定向等基础指令与脚本语法
• 了解环境变量（如 PATH）、免密登录的基本概念

1.2 学习目标

• 理解集群管理模型：主服务器维护 IP 列表，通过脚本批量操作目标机器
• 掌握用 readarray 读取 IP 列表 + for 循环遍历
• 掌握统一的集群管理账户的创建与免密登录打通
• 掌握把安装脚本通过 bash -s + 标准输入重定向分发到多台机器
• 掌握 export 设置环境变量并持久化到 .bash_profile

二、核心方法论

2.1 集群管理（Cluster Management）的模型

可以想象一个局域网中有很多服务器需要管理，它们彼此网络互通，我们通过一台主服务器对它们进行操作。管理的核心是"列表 + 循环 + 执行"：

• IP 列表：在主服务器上维护一个 iplist 文件，存放所有目标机器地址；
• 统一账户：在所有的集群中使用统一的用户名管理集群，并打通免密登录；
• 批量执行：用 for 循环遍历 IP 列表，逐台执行相同脚本。

2.2 关键指令

• readarray（读取数组）：bash 4.0 以后的能力，把文件的每一行读入一个数组；
• scp（Secure Copy，安全复制）：基于 SSH 的跨机文件拷贝；
• ssh 'bash -s'：通过标准输入执行远程脚本；
• export / env：设置 / 查看环境变量（Environment Variable）。

图：集群管理与批量部署总体模型

上图为集群管理的总体模型：主服务器 u1 维护一个 IP 列表，通过 scp 分发文件、ssh 批量执行命令，逐台操作目标机 v1、v2 乃至成百上千台机器。所有机器使用统一的集群管理账户并打通免密登录，从而实现脚本复用与高效批量部署。

三、关键流程

3.1 从单机到集群的部署流程

图：集群批量部署 Java 环境完整流程

上图为集群部署的完整流程：先搭建集群并遍历 IP 列表，创建统一管理账户并打通免密登录；随后在单机上验证 Java 安装命令，将其汇总成 install_java.sh；最后通过 foreach.sh 远程批量执行，并用 check.sh 校验各机器的安装结果。

3.2 免密登录（Passwordless Login）的关键流程

打通从主服务器到所有目标机的权限是免密批量操作的基础，其核心是公钥传播：

1. 在主服务器上用 ssh-keygen 生成公私钥对（id_rsa.pub 公钥 + id_rsa 私钥）；
2. 通过 foreach.sh 调用 transfer_key.sh，把公钥追加写入每台目标机对应账户的 ~/.ssh/authorized_keys 中；
3. 设置 .ssh 目录权限 chmod 700、authorized_keys 文件权限 chmod 600；
4. 此后 SSH 登录任意一台机器都无需再输入密码。

四、工具与实践

4.1 搭建学习用的集群

简化模型：自己电脑上装一个 Ubuntu 桌面版虚拟机（命名为 u1），再装两个 Ubuntu 服务器版虚拟机（命名为 v1、v2）。服务器版对资源消耗远小于桌面版。这里只用 3 台，但后续脚本可在多台机器间复用。

4.2 遍历 IP 列表：foreach.sh

在主服务器上维护 iplist 文件，存放目标 IP。用脚本遍历：

#!/bin/bash
readarray -t ips < iplist
for ip in ${ips[@]}
do
    echo $ip
done

• 首行 #! 叫作 Shebang，Linux 程序加载器据此决定执行脚本的程序，这里用 bash（因为 readarray 是 bash 4.0 后增加的能力）；
• readarray 将 iplist 每一行读到数组 ips 中；${ips[@]} 中 @ 取数组全部内容，$ 是求值符号；
• for 循环遍历每个 IP 并打印。执行前用 chmod +x foreach.sh 增加执行权限，再利用 Shebang 用 bash 执行。

4.3 创建集群管理账户：create_lagou.sh

为了方便集群管理，通常用统一用户名管理集群，例如账号 lagou。完整创建过程可整理成脚本：

sudo useradd -m -d /home/lagou lagou    # 创建用户并指定家目录
sudo passwd lagou                       # 设置密码
sudo usermod -G sudo lagou              # 加入 sudo 分组，获得提权能力
sudo usermod --shell /bin/bash lagou    # 指定初始化 shell 为 bash
sudo cp ~/.bashrc /home/lagou/          # 拷贝基础配置（含终端配色）到家目录
sudo chown lagou:lagou /home/lagou/.bashrc   # 修正文件属主
sudo sh -c 'echo "lagou ALL=(ALL)  NOPASSWD:ALL">>/etc/sudoers'  # sudo 免密码

.bashrc 是启动 bash 时默认执行的一个脚本文件；把平时设置（如终端颜色）拷给新用户，便于统一体验。可用 userdel lagou 删除测试账户后重新执行脚本，验证脚本可复现。

4.4 分发脚本到集群

在 foreach.sh 循环中用 scp 把脚本拷贝到每台机器：

#!/bin/bash
readarray -t ips < iplist

for ip in ${ips[@]}
do
    scp ~/remote/create_lagou.sh ramroll@$ip:~/create_lagou.sh
done

如果机器非常多，可远程执行脚本，或借助 sshpass 工具自动传递密码（感兴趣的读者可自行研究）。

4.5 打通免密登录：transfer_key.sh

#!/bin/bash
readarray -t ips < iplist
for ip in ${ips[@]}
do
    sh ./transfer_key.sh $ip
done

transfer_key.sh 内容如下：

ip=$1
pubkey=$(cat ~/.ssh/id_rsa.pub)
echo "execute on .. $ip"
ssh lagou@$ip "
mkdir -p ~/.ssh
echo $pubkey  >> ~/.ssh/authorized_keys
chmod 700 ~/.ssh
chmod 600 ~/.ssh/authorized_keys
"

• 在 foreach.sh 中执行 transfer_key.sh 并把 IP 作为参数 $1 传入；
• mkdir -p 当目录不存在时才创建且不报错；~ 代表当前家目录；. 开头的文件为隐藏文件（如 .ssh）；
• 将公钥追加写入目标机 ~/.ssh/authorized_keys；chmod 700/chmod 600 限制目录与文件权限，确保仅属主可读写，避免其他用户访问。

完成上述操作后将不再需要输入密码登录目标机。

4.6 单机安装 Java 环境

在远程部署前先在单机验证命令：

sudo apt install openjdk-11-jdk      # 安装 JDK
which java                           # 定位 java 可执行文件
java --version                       # 校验版本

根据最小权限原则，为执行 Java 程序单独创建用户 ujava：

sudo useradd -m -d /opt/ujava ujava   # 创建用户，家目录在 /opt/ujava
sudo usermod --shell /bin/bash ujava

Java 可执行文件会软链到 /etc/alternatives/java，再软链到 /usr/lib/jvm/java-11-openjdk-amd64。据此设置 JAVA_HOME 环境变量并持久化到用户的 .bash_profile，以便登录即有该变量：

export JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-11-openjdk-amd64/   # 当前会话生效
sudo sh -c 'echo "export JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-11-openjdk-amd64/" >> /opt/ujava/.bash_profile'

环境变量就好比全局可见的数据，用 env 可查看所有环境变量，其中 PATH 用 : 分割各目录，是 Linux 查找可执行文件的依据。

4.7 远程批量安装：foreach.sh install_java.sh

将单机步骤汇总成 install_java.sh，并让 foreach.sh 支持传入脚本参数：

sudo apt -y install openjdk-11-jdk
sudo useradd -m -d /opt/ujava ujava
sudo usermod --shell /bin/bash ujava
sudo sh -c 'echo "export JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-11-openjdk-amd64/" >> /opt/ujava/.bash_profile'

apt 后的 -y 是为了让执行过程不弹出确认提示。

改写后的 foreach.sh：

#!/bin/bash
readarray -t ips < iplist

script=$1
for ip in ${ips[@]}
do
    ssh $ip 'bash -s' < $script
done

• 第一个执行参数作为远程执行脚本文件；
• bash -s 提示使用标准输入流（stdin）作为命令输入；< $script 将脚本内容重定向到远程 bash 的标准输入流。

执行 foreach.sh install_java.sh，等待约 1 分钟后，用 check.sh 检测各机器安装情况：

sudo -u ujava -i /bin/bash -c 'echo $JAVA_HOME'
sudo -u ujava -i java --version

五、常见坑点

• 用错的 shell 执行脚本：readarray 是 bash 4.0 才有的能力，用 sh 直接执行会报错。应通过 Shebang（#!/bin/bash）+ 执行权限运行。
• 忘记 $ 导致变量不展开：${ips[@]} 不写 $ 会被当成普通字符串而非数组表达式。
• 免密登录失败：常因 authorized_keys 文件或 .ssh 目录权限过宽（其他用户可读）。务必 chmod 700 ~/.ssh、chmod 600 ~/.ssh/authorized_keys。
• 环境变量重启后消失：仅用 export 只对当前会话生效；持久化需写入 .bash_profile / ~/.bashrc 等配置文件。
• sudo 免密失效：/etc/sudoers 需追加 lagou ALL=(ALL) NOPASSWD:ALL，改后用 visudo 语法检查更稳妥。

六、进阶扩展与参考

• 配置文件的区别：课后思考题——~/.bashrc、~/.bash_profile、~/.profile 和 /etc/profile 的区别。大致上：/etc/profile 是系统级全局配置，.bash_profile/.profile 在交互登录 shell 时读，.bashrc 每次交互 bash 启动都读。
• 自动化运维的延伸：本模块只是自动化运维的皮毛。可进一步掌握 Ansible、SaltStack、Puppet 等配置管理工具，它们把"IP 列表 + 脚本分发 + 状态管理"工程化为声明式（declarative）方案。
• 免密与安全加固：结合前文 SSH 加固，公钥传播后应退用密码、限制 root 远程登录，并关注 sshpass 在日志中泄露密码的风险。
• 总结：优秀的工程师善于积累和复用，shell 脚本就是积累和复用的利器。把今天的安装脚本保存下来，下次安装就能自动化完成。平时多用 man 熟悉各种指令用法，并用搜索引擎查阅资料。

小结

• 集群模型：主服务器维护 iplist，用 for 循环 + scp/ssh 批量操作目标机器；
• 统一账户 + 免密登录：创建统一管理账号、传播公钥，是免密批量执行的基石；
• 远程执行：ssh $ip 'bash -s' < $script 通过标准输入批量执行脚本；
• 复用与积累：把单机验证通过的命令汇总成脚本，即可在多台机器间复用。