Helm 从入门到实践

Helm 是 Kubernetes 的软件包管理工具。本文需要读者对 Docker、Kubernetes 等相关知识有一定的了解。 本文将介绍 Helm 中的相关概念和基本工作原理，并通过一些简单的示例来演示如何使用Helm来安装、升级、回滚一个 Kubernetes 应用。

Helm 是什么？？

Helm 是 Kubernetes 的包管理器。包管理器类似于我们在 Ubuntu 中使用的apt、Centos中使用的yum 或者Python中的 pip 一样，能快速查找、下载和安装软件包。Helm 由客户端组件 helm 和服务端组件 Tiller 组成, 能够将一组K8S资源打包统一管理, 是查找、共享和使用为Kubernetes构建的软件的最佳方式。

Helm 解决了什么痛点？

在 Kubernetes中部署一个可以使用的应用，需要涉及到很多的 Kubernetes 资源的共同协作。比如你安装一个 WordPress 博客，用到了一些 Kubernetes (下面全部简称k8s)的一些资源对象，包括 Deployment 用于部署应用、Service 提供服务发现、Secret 配置 WordPress 的用户名和密码，可能还需要 pv 和 pvc 来提供持久化服务。并且 WordPress 数据是存储在mariadb里面的，所以需要 mariadb 启动就绪后才能启动 WordPress。这些 k8s 资源过于分散，不方便进行管理，直接通过 kubectl 来管理一个应用，你会发现这十分蛋疼。
所以总结以上，我们在 k8s 中部署一个应用，通常面临以下几个问题：

• 如何统一管理、配置和更新这些分散的 k8s 的应用资源文件

• 如何分发和复用一套应用模板

• 如何将应用的一系列资源当做一个软件包管理

Helm 相关组件及概念

Helm 包含两个组件，分别是 helm 客户端 和 Tiller 服务器：

• helm 是一个命令行工具，用于本地开发及管理chart，chart仓库管理等

• Tiller 是 Helm 的服务端。Tiller 负责接收 Helm 的请求，与 k8s 的 apiserver 交互，根据chart 来生成一个 release 并管理 release

• chart Helm的打包格式叫做chart，所谓chart就是一系列文件, 它描述了一组相关的 k8s 集群资源

• release 使用 helm install 命令在 Kubernetes 集群中部署的 Chart 称为 Release

• Repoistory Helm chart 的仓库，Helm 客户端通过 HTTP 协议来访问存储库中 chart 的索引文件和压缩包

Helm 原理

下面两张图描述了 Helm 的几个关键组件 Helm（客户端）、Tiller（服务器）、Repository（Chart 软件仓库）、Chart（软件包）之间的关系以及它们之间如何通信

helm 组件通信

 

helm 架构

 

创建release

• helm 客户端从指定的目录或本地tar文件或远程repo仓库解析出chart的结构信息

• helm 客户端指定的 chart 结构和 values 信息通过 gRPC 传递给 Tiller

• Tiller 服务端根据 chart 和 values 生成一个 release

• Tiller 将install release请求直接传递给 kube-apiserver

删除release

• helm 客户端从指定的目录或本地tar文件或远程repo仓库解析出chart的结构信息

• helm 客户端指定的 chart 结构和 values 信息通过 gRPC 传递给 Tiller

• Tiller 服务端根据 chart 和 values 生成一个 release

• Tiller 将delete release请求直接传递给 kube-apiserver

更新release

• helm 客户端将需要更新的 chart 的 release 名称 chart 结构和 value 信息传给 Tiller

• Tiller 将收到的信息生成新的 release，并同时更新这个 release 的 history

• Tiller 将新的 release 传递给 kube-apiserver 进行更新

chart 的基本结构

Helm的打包格式叫做chart，所谓chart就是一系列文件, 它描述了一组相关的 k8s 集群资源。Chart中的文件安装特定的目录结构组织, 最简单的chart 目录如下所示：

./
├── charts
├── Chart.yaml
├── templates
│   ├── deployment.yaml
│   ├── _helpers.tpl
│   ├── ingress.yaml
│   ├── NOTES.txt
│   ├── serviceaccount.yaml
│   ├── service.yaml
│   └── tests
│       └── test-connection.yaml
└── values.yaml

 

• charts 目录存放依赖的chart

• Chart.yaml 包含Chart的基本信息，包括chart版本，名称等

• templates 目录下存放应用一系列 k8s 资源的 yaml 模板

• _helpers.tpl 此文件中定义一些可重用的模板片断，此文件中的定义在任何资源定义模板中可用

• NOTES.txt 介绍chart 部署后的帮助信息，如何使用chart等

• values.yaml 包含了必要的值定义（默认值）, 用于存储 templates 目录中模板文件中用到变量的值

环境说明

 

 

 

 

 

 

安装Helm

Helm 提供了几种安装方式，本文提供两种安装方式，想要查看更多安装方式，请阅读 Helm 的官方文档：

目前最新稳定版为：2.16.6

通过 Helm 的 github 项目下找到你想要的 Helm 版本的二进制，然后通过手动安装方式一样安装即可

wget https://get.helm.sh/helm-v2.16.6-linux-amd64.tar.gz
tar zxvf helm-v2.16.6-linux-amd64.tar.gz -C /usr/src/
cp /usr/src/linux-amd64/helm /usr/local/bin/

安装 Tiller

由于默认使用 “https://kubernetes-charts.storage.googleapis.com” 作为缺省的 stable repository 的地址，但由于国内有一张无形的墙的存在，googleapis.com 是不能访问的。可以使用阿里云的源来配置

helm init --upgrade -i registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/tiller:v2.16.6  --stable-repo-url https://kubernetes.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/charts

执行上面命令后，可以通过 kubectl get po -n kube-system 来查看 tiller 的安装情况。

由于 kubernetes 从1.6 版本开始加入了 RBAC 授权。当前的 Tiller 没有定义用于授权的 ServiceAccount， 访问 API Server 时会被拒绝，需要给 Tiller 加入授权。

创建 Kubernetes 的服务帐号和绑定角色

# kubectl create serviceaccount --namespace kube-system tiller
serviceaccount/tiller created

# kubectl create clusterrolebinding tiller-cluster-rule --clusterrole=cluster-admin --serviceaccount=kube-system:tiller
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/tiller-cluster-rule created

 

给 Tiller 的 deployments 添加刚才创建的 ServiceAccount

# kubectl patch deploy --namespace kube-system tiller-deploy -p '{"spec":{"template":{"spec":{"serviceAccount":"tiller"}}}}'
deployment.apps/tiller-deploy patched

查看 Tiller deployments 资源是否绑定 ServiceAccount

# kubectl get deploy -n kube-system tiller-deploy -o yaml | grep serviceAccount
            f:serviceAccount: {}
            f:serviceAccountName: {}
      serviceAccount: tiller
      serviceAccountName: tiller

查看 Tiller 是否安装成功

# helm versionClient: &version.Version{SemVer:"v2.16.6", GitCommit:"dd2e5695da88625b190e6b22e9542550ab503a47", GitTreeState:"clean"}
Server: &version.Version{SemVer:"v2.16.6", GitCommit:"dd2e5695da88625b190e6b22e9542550ab503a47", GitTreeState:"clean"}

安装成功后，即可使用 helm install xxx 来安装 helm 应用。

如果需要删除 Tiller，可以通过 kubectl delete deployment tiller-deploy --namespace kube-system 来删除 Tiller 的 deployment 或者使用 helm reset 来删除。

 

 

这一节将介绍如何使用 helm 来操作 chart，包括创建、删除、打包、安装等使用。

先介绍一下 Helm 的核心命令：

helm create

创建一个 Chart 模板

# helm create test
Creating test

helm package

打包一个 Chart 模板

# helm package test
Successfully packaged chart and saved it to: /root/test-0.1.0.tgz

helm search

查找可用的 Chart 模板

# helm search nginx
NAME                       CHART VERSION    APP VERSION    DESCRIPTION                                                 
stable/nginx-ingress       0.9.5            0.10.2         An nginx Ingress controller that uses ConfigMap to store ...
stable/nginx-lego          0.3.1                           Chart for nginx-ingress-controller and kube-lego            
stable/gcloud-endpoints    0.1.0                           Develop, deploy, protect and monitor your APIs with Googl...

 

helm inspect

查看指定 Chart 的基本信息

# helm inspect test
apiVersion: v1
appVersion: "1.0"
description: A Helm chart for Kubernetes
name: test
version: 0.1.0
...

 

Chart 文件结构

wordpress
├── charts
├── Chart.yaml
├── README.md
├── requirements.lock
├── requirements.yaml
├── templates
│   ├── deployment.yaml
│   ├── externaldb-secrets.yaml
│   ├── _helpers.tpl
│   ├── ingress.yaml
│   ├── NOTES.txt
│   ├── pvc.yaml
│   ├── secrets.yaml
│   ├── svc.yaml
│   └── tls-secrets.yaml
└── values.yaml

一个 wordpress chart 如上（去除部分 test 和 charts 依赖）， 基本结构由以下几个部分组成：

• charts 存放子Chart (Subchart) 的定义，Subchart 指的是当前 Chart 依赖的 Chart ， 在 requirements.yaml 中定义

• Chart.yaml 包含 Chart 信息的 YAML 文件， 包括 Chart 的版本、名称等，在 DCE Helm 插件中还包含 Chart 的 团队授权 信息 和 是否公开 的信息

• README.md 可选：Chart 的介绍信息等（该文件对于一个大型 Chart 来说十分重要）

• Requirements.yaml 可选：列举当前 Chart 的需要依赖的 Chart

• templates

• 该目录下存放 Chart 所有的 K8s 资源定义模板，通常不同的资源放在不同的文件中，DCE Helm 插件中自定义模板的 K8s 资源统一放在 all_sources.yaml 文件中

• _helpers.tpl ， 通常这个文件存放可重用的模板片段，该文件中的定义可以在 Chart 其它资源定义模板中使用

• NOTES.txt，可选：一段简短使用说明的文本文件，用于安装 Release 后提示用户使用

• values.yaml 当前 Chart 的默认配置的值

编写一个简单的 Chart 示例

本节以构建一个名称为 nginx-test Chart 为示例，来描述一个 chart 必要条件。

# helm create nginx-test
Creating nginx-test

1、Chart.yaml 文件是 一个 chart 必要文件， 该文件可以简单包括以下字段（具体字段请参考Helm官网)

# cat nginx-test/Chart.yaml 
apiVersion: v1
appVersion: "1.0"
description: A Helm chart for Kubernetes
name: nginx-test
version: 0.1.0

 

2、values.yaml 文件是 chart 的必要文件，以 nginx 为示例：

# cat nginx-test/values.yaml 
# Default values for nginx-test.
# This is a YAML-formatted file.
# Declare variables to be passed into your templates.

replicaCount: 1
...

从示例中可以看出，values.yaml 中定义了一些当前chart 的一些默认值，用于 templates 下的 K8s 资源 yaml 渲染时填充默认值。

不过需要注意的是，如果使用 helm install 来部署一个 Release , 可以通过下面命令指定一份yaml 文件作为填充值：

helm install --values=myvals.yaml nginx

注意：上面命令不要复制执行，执行会报错的。请根据实际情况执行！！！

3、创建 templates 下的模板文件， 用于生成 Kubernetes 资源清单(manifests) 如下所示:

# cat nginx-test/templates/deployment.yaml 
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: {{ include "nginx-test.fullname" . }}
  labels:
...

上面定义了 一个 deployments.yaml 和 service.yaml 资源文件，里面使用 {{ }} 符号的是 Go 模板语言的标准。其中可以通过：

• .Values 对象访问 values.yaml 文件的内容， 前面的dot(.) 表示从顶层命名空间开始，找到 Values 对象(下同)

• .Release、.Chart 开头的预定义值可用于任何的模板中

• .Chart 对象用来访问 Chart.yaml 文件的内容

• .Release 对象是 Helm的内置对象之一， 使用 Helm 安装一个 release 时，由 Tiller 分配 release 的名称

4、命名模板(_helper.tpl) ：可以从上面看到有 {{ template "nginx-test.fullname" . }} 定义。该定义由 _helper.tpl 文件定义的字段来实现，比如下面一个 _helper.tpl :

# cat nginx-test/templates/_helpers.tpl 
{{}}
{{}}
...

该模板定义了 "nginx-test.name"、"nginx-test.fullname"、"nginx-test.chart" 等可重用模板部分，当模板引擎读取该文件时，它存储对 nginx-test.name等的引用， 直到调用 template "nginx-test.name" 为止。然后把值渲染到模板中。

注意 {{ template "nginx-test.chart" . }} 后面有个dot(.)，这是因为一个已命名的模板（用于创建 define) 被渲染时，它将接收由该 template 调用传入的范围（scope)。没有范围传入，在模板中无法访问任何内容，因此在：

{{- define "nginx-test.chart" -}}
这里面的 .Chart 将无法访问，导致在模板中无法看到内容，因为这里值为空
{{- end -}}

因此在模板中将 范围(scope) 传入即可正常使用：

# cat nginx-test/templates/service.yaml 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: {{ include "nginx-test.fullname" . }}

在末尾传递了 . 这样就可以使用 .Values 或者 .Chart 或其它范围(scope)

 

5、Chart 依赖（requirements.yaml)：比如 WordPress Chart 依赖于 mariadb Chart， 下面是 WordPress 的依赖(requirements.yaml)：

dependencies:
- name: mariadb
  version: 5.x.x
  repository: https://kubernetes-charts.storage.googleapis.com/
  condition: mariadb.enabled
  tags:
    - wordpress-database

该文件列举当前 Chart 所有的 依赖（subchart)。有几个字段是必要的：

• name: 依赖 Chart 的名称（必要）

• version: 依赖 Chart 的版本号（必要）

• repository: 依赖 Chart 的存储库完整URL，必须通过 helm repo add 添加 repository（存储库）到本地

 

 

 

本文参考链接：

https://www.jianshu.com/p/4bd853a8068b