【原创】Kuberneters-HelmV3.3.1入门介绍及实践

一、为什么需要Helm？

Kubernetes目前已成为容器编排的事实标准，随着传统架构向微服务容器化架构的转变，从一个巨大的单体的应用切分为多个微服务，每个微服务可独立部署和扩展，实现了敏捷开发和快速部署，但是由于从大一个应用变成了多个微服务，导致服务数大幅增加，对于Kubernetes来说，针对每个服务需要部署如deployment、statufulset、service、pod 等资源文件，而对于一个复杂的应用来说，可能会有很多类似上面的资源文件，其中还有更新或回滚的需求，若要执行，需要修改和维护相关的大量资源文件，这时候，如何针对每个服务涉及到资源集合到一个整体来实现部署、升级和回滚是亟待需要解决的难题，Helm就是在这个背景下诞生的。

二、Helm的简介和使用场景

那么Helm是如何解决上述难题的呢？它其实是将Kubernetes资源(如deployment、statufulset、service、pod) 打包到一个chart中，而chart被打包并推送保存到chart仓库(repo)，然后通过chart仓库用来存储和分享chart包。Helm可直接拉取并安装chart包，生成helm维度整体的应用，其应用会包含如deployment、statufulset、service、pod的资源，并支持以一个整体Helm应用的维度来进行版本控制、打包、发布、删除、更新等操作。针对用户来说主要适用如下场景：

1、将常用搭配、标准化的多个资源文件放在同一个chart包中，方便统一的版本控制、安装、部署、升级、回滚和删除

2、可以大大简化了使用Kubernetes部署的难度，降低了用户使用门槛，只需配置参数即可一键部署

三、Helm实践

本次演示Helm的版本号如下：

[root@k8s-master my-second-helm]# helm version

version.BuildInfo{Version:"v3.3.1", GitCommit:"249e5215cde0c3fa72e27eb7a30e8d55c9696144", GitTreeState:"clean", GoVersion:"go1.14.7"}

1、安装

1）制作chart包的形式

Helm 应用的安装既可以从远程的repo进行拉取chart包进行安装，repo中提供了很多官方的chart包，若无个性化的需求，可以类似公开镜像一样进行拉取并安装，若需要单独调整，可以在已有的chart包进行更新再次打包，然后拉取更新后的chart包进行安装，接下来先来实践下后者，我们先新建一个helm的目录，然后在此目录下执行如下命令：

[root@k8s-master helm]# helm create my-second-helm

Creating my-second-helm

[root@k8s-master helm]# ls

my-first-helm  my-second-helm

[root@k8s-master helm]# cd my-second-helm/

[root@k8s-master my-second-helm]# ls

charts  Chart.yaml  templates  values.yaml

[root@k8s-master helm]# tree my-second-helm

my-second-helm

├── charts

├── Chart.yaml

├── templates

│   ├── deployment.yaml

│   ├── _helpers.tpl

│   ├── hpa.yaml

│   ├── ingress.yaml

│   ├── NOTES.txt

│   ├── serviceaccount.yaml

│   ├── service.yaml

│   └── tests

│       └── test-connection.yaml

└── values.yaml

 directories,  files

我们在前面的操作中只是指定了这个文件夹的名字my-second-helm，但是在这个文件下默认创建了多个目录和文件，接下里我们一起看下默认的文件中都包含哪些内容，各自充当什么作用，先一起看下Chart.yaml这个文件

[root@k8s-master my-second-helm]# cat Chart.yaml

apiVersion: v2

name: my-second-helm

description: A Helm chart for Kubernetes

# A chart can be either an 'application' or a 'library' chart.

#

# Application charts are a collection of templates that can be packaged into versioned archives

# to be deployed.

#

# Library charts provide useful utilities or functions for the chart developer. They're included as

# a dependency of application charts to inject those utilities and functions into the rendering

# pipeline. Library charts do not define any templates and therefore cannot be deployed.

type: application

# This is the chart version. This version number should be incremented each time you make changes

# to the chart and its templates, including the app version.

# Versions are expected to follow Semantic Versioning (https://semver.org/)

version: 0.1.

# This is the version number of the application being deployed. This version number should be

# incremented each time you make changes to the application. Versions are not expected to

# follow Semantic Versioning. They should reflect the version the application is using.

appVersion: 1.16.

可以看到Chart.yaml这个文件主要是用来对chart进行的描述，声明了当前 Chart 的名称、版本等基本信息，如果我们自己制作的chart有相关的描述都可以写入到文件，这些信息会在该 Chart 被放入仓库后，供用户浏览检索，方便用户了解这个chart。

在templates这个目录下，我们看到了大家比较熟悉的资源，我们看下deployment.yaml的构成

[root@k8s-master templates]# cat deployment.yaml

apiVersion: apps/v1

kind: Deployment

metadata:

  name: {{ include "my-second-helm.fullname" . }}

  labels:

    {{- include "my-second-helm.labels" . | nindent  }}

spec:

{{- if not .Values.autoscaling.enabled }}

  replicas: {{ .Values.replicaCount }}

{{- end }}

  selector:

    matchLabels:

      {{- include "my-second-helm.selectorLabels" . | nindent  }}

  template:

    metadata:

    {{- with .Values.podAnnotations }}

      annotations:

        {{- toYaml . | nindent  }}

    {{- end }}

      labels:

        {{- include "my-second-helm.selectorLabels" . | nindent  }}

    spec:

      {{- with .Values.imagePullSecrets }}

      imagePullSecrets:

        {{- toYaml . | nindent  }}

      {{- end }}

      serviceAccountName: {{ include "my-second-helm.serviceAccountName" . }}

      securityContext:

        {{- toYaml .Values.podSecurityContext | nindent  }}

      containers:

        - name: {{ .Chart.Name }}

          securityContext:

            {{- toYaml .Values.securityContext | nindent  }}

          image: "{{ .Values.image.repository }}:{{ .Values.image.tag | default .Chart.AppVersion }}"

          imagePullPolicy: {{ .Values.image.pullPolicy }}

          ports:

            - name: http

              containerPort:

              protocol: TCP

          livenessProbe:

            httpGet:

              path: /

              port: http

          readinessProbe:

            httpGet:

              path: /

              port: http

          resources:

            {{- toYaml .Values.resources | nindent  }}

      {{- with .Values.nodeSelector }}

      nodeSelector:

        {{- toYaml . | nindent  }}

      {{- end }}

      {{- with .Values.affinity }}

      affinity:

        {{- toYaml . | nindent  }}

      {{- end }}

      {{- with .Values.tolerations }}

      tolerations:

        {{- toYaml . | nindent  }}

      {{- end }}

细心的读者可能发现了，这个kind为deployment的资源与我们平常自己写的有些出入，主要是出现了很多类似{}的内容，如：replicas: {{ .Values.replicaCount }}，经常我们是用replicas: 数字的形式，而这里已经换成了变量，而整个文件出现了很多类似的变量，想必读者也猜到了原来helm是通过设置变量来统一管理很多需要输入的值，若有多个文件引用同一个变量，就再也不用同时修改多个文件了，细心的读者可能会发现，即便对K8s不太了解的用户，也可以仅设置变量的值也可以轻松部署应用，岂不可以大大降低部署的难度，确实如此，这就是helm的一个主要的特点，让部署变的简单，特别是常用的标准的配置我们可将其制作成chart一键部署，让我们再回到replicas: {{ .Values.replicaCount }}这个变量上，既然存在变量，那变量的设值在哪里呢？我们可以看到变量的组成中存在Values，而和我们templates同级别的目录选还存在一个很重要的文件values.yaml，我们看下这个文件里面的内容：

[root@k8s-master my-second-helm]# cat values.yaml

# Default values for my-second-helm.

# This is a YAML-formatted file.

# Declare variables to be passed into your templates.

replicaCount: 

image:

  repository: nginx

  pullPolicy: IfNotPresent

  # Overrides the image tag whose default is the chart appVersion.

  tag: ""

imagePullSecrets: []

nameOverride: ""

fullnameOverride: ""

serviceAccount:

  # Specifies whether a service account should be created

  create: true

  # Annotations to add to the service account

  annotations: {}

  # The name of the service account to use.

  # If not set and create is true, a name is generated using the fullname template

  name: ""

podAnnotations: {}

podSecurityContext: {}

  # fsGroup: 

securityContext: {}

  # capabilities:

  #   drop:

  #   - ALL

  # readOnlyRootFilesystem: true

  # runAsNonRoot: true

  # runAsUser: 

service:

  type: ClusterIP

  port: 

ingress:

  enabled: false

  annotations: {}

    # kubernetes.io/ingress.class: nginx

    # kubernetes.io/tls-acme: "true"

  hosts:

    - host: chart-example.local

      paths: []

  tls: []

  #  - secretName: chart-example-tls

  #    hosts:

  #      - chart-example.local

resources: {}

  # We usually recommend not to specify default resources and to leave this as a conscious

  # choice for the user. This also increases chances charts run on environments with little

  # resources, such as Minikube. If you do want to specify resources, uncomment the following

  # lines, adjust them as necessary, and remove the curly braces after 'resources:'.

  # limits:

  #   cpu: 100m

  #   memory: 128Mi

  # requests:

  #   cpu: 100m

  #   memory: 128Mi

autoscaling:

  enabled: false

  minReplicas:

  maxReplicas:

  targetCPUUtilizationPercentage:

  # targetMemoryUtilizationPercentage: 

nodeSelector: {}

tolerations: []

affinity: {}

可以看到这个文件包含的是整个chart中各个资源下变量的值，如replicaCount: 1，前面replicas: {{ .Values.replicaCount }}，因此上面的deployment的replicas为1，其他变量的值类似，其中{}表示未指定，用户可根据需要进行自定义。

接下来我们通过vim 修改下value.yaml文件中replicaCount: 2内容然后进行安装部署，但是安装部署之前需要先打包，我们在上面的操作都是针对目录和文件的，helm只能针对包进行安装，因此我们需先打包，打包之前，最好先验证下我们之前在各个文件输入的值是否合法，可以通过操作进行校验

[root@k8s-master my-second-helm]# helm lint --strict my-second-helm

==> Linting my-second-helm

Error unable to check Chart.yaml file in chart: stat my-second-helm/Chart.yaml: no such file or directory

Error:  chart(s) linted,  chart(s) failed

[root@k8s-master my-second-helm]# cd ..

[root@k8s-master helm]# ls

my-first-helm  my-second-helm

[root@k8s-master helm]# helm lint --strict my-second-helm

==> Linting my-second-helm

[INFO] Chart.yaml: icon is recommended

 chart(s) linted,  chart(s) failed

可以看到在进行校验的时候，需要回到chart的根目录，0 chart(s) failed显示这个chart的之前输入的value值应无问题，接下来可以执行打包操作了，如下所示，红色字体就是我们打包后的结果

[root@k8s-master helm]# helm package my-second-helm

Successfully packaged chart and saved it to: /home/James/zhanglei/helm/my-second-helm-0.1..tgz

[root@k8s-master helm]# ls

my-first-helm  my-second-helm  my-second-helm-0.1.0.tgz

这个就是我们所说的chart包，接下来终于可以执行安装的操作了

[root@k8s-master helm]# helm install my-second-helm-test my-second-helm-0.1..tgz

NAME: my-second-helm-test

LAST DEPLOYED: Sat Sep  ::

NAMESPACE: default

STATUS: deployed                # 状态

REVISION: 1

NOTES:

. Get the application URL by running these commands:

  export POD_NAME=$(kubectl get pods --namespace default -l "app.kubernetes.io/name=my-second-helm,app.kubernetes.io/instance=my-second-helm-test" -o jsonpath="{.items[0].metadata.name}")

  echo "Visit http://127.0.0.1:8080 to use your application"

  kubectl --namespace default port-forward $POD_NAME :

[root@k8s-master helm]# helm list

NAME                   NAMESPACE    REVISION    UPDATED                                    STATUS    CHART                   APP VERSION

my-second-helm-test    default                 -- ::18.480694046 + CST    deployed  my-second-helm-0.1.    1.16.

可以看到在install后面指定的就是部署名称，在helm list中可追溯到时通过哪个版本的chart包进行的安装，可以看到状态为deployed，我们之前设定了deployment的副本实例数为2，我们一起来验证下：

[root@k8s-master helm]# kubectl get pod -o wide |grep my-second-helm
my-second-helm-test-566f5d8757-x27zf 1/1 Running 0 5m25s 10.122.235.244 k8s-master <none> <none>
my-second-helm-test-566f5d8757-zdm47 1/1 Running 0 5m25s 10.122.235.247 k8s-master <none> <none>

可以看到2个Pod已经running了，我们测试这个nginx如下所示为正常了，也就是说我们通过helm install chart包的方式成功安装了NGINX的应用

[root@k8s-master helm]# curl 10.122.235.244:

<!DOCTYPE html>

<html>

<head>

<title>Welcome to nginx!</title>

<style>

    body {

        width: 35em;

        margin:  auto;

        font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif;

    }

</style>

</head>

<body>

<h1>Welcome to nginx!</h1>

<p>If you see this page, the nginx web server is successfully installed and

working. Further configuration is required.</p>

<p>For online documentation and support please refer to

<a href="http://nginx.org/">nginx.org</a>.<br/>

Commercial support is available at

<a href="http://nginx.com/">nginx.com</a>.</p>

<p><em>Thank you for using nginx.</em></p>

</body>

至此，我们演示了通过在本地目录里面新建了一个默认的chart目录，然后对value中的值进行修改，最后的再次打包，然后安装的全过程，有读者不免发问了，这个过程太麻烦了，我只需要类型像公有镜像，并不想制作chart，是否可以远程直接拉取chart包安装？答案是：可以！接下来我将介绍第二种创建helm 应用的方式。

2）远程拉取chart包

但是在拉取公有的chart包之前，需要先配置好chart repo，如下所示是我已经配置好的chart repo，里面提供常用的chart包

[root@k8s-master my-first-helm]# helm repo list

NAME         URL

stable       http://mirror.azure.cn/kubernetes/charts

incubator    http://mirror.azure.cn/kubernetes/charts-incubator

svc-cat      http://mirror.azure.cn/kubernetes/svc-catalog-charts

我们在正式拉取chart包之前，很多时候想在对应的仓库中先查找下有想要的chart包，可以通过如下操作进行查看下，比如我想查看下有无nginx的chart

[root@k8s-master my-first-helm]# helm search repo nginx

NAME                           CHART VERSION    APP VERSION    DESCRIPTION

stable/nginx-ingress           1.41.           v0.34.1        DEPRECATED! An nginx Ingress controller that us...

stable/nginx-ldapauth-proxy    0.1.            1.13.         nginx proxy with ldapauth

stable/nginx-lego              0.3.                           Chart for nginx-ingress-controller and kube-lego

stable/gcloud-endpoints        0.1.                          DEPRECATED Develop, deploy, protect and monitor...

可以看到，通过search命令，可查询到仓库中已有的NGINX的chart包，其中stable是repo的类型，CHART VERSION：chart包的版本，APP VERSION：应用版本，DESCRIPTION：针对此chart包的描述，看到这里是不是有印象，这正式是我们在上文提到Chart.yaml文件里面的信息，接下来我们尝试直接从远程仓库进行拉取并完成安装的操作

[root@k8s-master helm]# helm install nginx-test stable/nginx-ingress

WARNING: This chart is deprecated

NAME: nginx-test

LAST DEPLOYED: Sat Sep  ::

NAMESPACE: default

STATUS: deployed

REVISION:

TEST SUITE: None

NOTES:

*******************************************************************************************************

* DEPRECATED, please use https://github.com/kubernetes/ingress-nginx/tree/master/charts/ingress-nginx *

*******************************************************************************************************

The nginx-ingress controller has been installed.

It may take a few minutes for the LoadBalancer IP to be available.

You can watch the status by running 'kubectl --namespace default get services -o wide -w nginx-test-nginx-ingress-controller'

An example Ingress that makes use of the controller:

  apiVersion: extensions/v1beta1

  kind: Ingress

  metadata:

    annotations:

      kubernetes.io/ingress.class: nginx

    name: example

    namespace: foo

  spec:

    rules:

      - host: www.example.com

        http:

          paths:

            - backend:

                serviceName: exampleService

                servicePort:

              path: /

    # This section is only required if TLS is to be enabled for the Ingress

    tls:

        - hosts:

            - www.example.com

          secretName: example-tls

If TLS is enabled for the Ingress, a Secret containing the certificate and key must also be provided:

  apiVersion: v1

  kind: Secret

  metadata:

    name: example-tls

    namespace: foo

  data:

    tls.crt: <base64 encoded cert>

    tls.key: <base64 encoded key>

  type: kubernetes.io/tls

[root@k8s-master helm]# helm list

NAME                   NAMESPACE    REVISION    UPDATED                                    STATUS    CHART                   APP VERSION

my-second-helm-test    default                 -- ::18.480694046 + CST    deployed  my-second-helm-0.1.    1.16.

nginx-test             default                 -- ::59.084999904 + CST    deployed  nginx-ingress-1.41.    v0.34.1

可以看到helm应用已经部署成功其应用名称为nginx-test。

2、升级

1）通过修改文件内容升级

可以针对chart目录的文件内容更新后再进行升级，如vim values.yaml文件，我们将之前replicaCount的值设置为4

[root@k8s-master my-second-helm]# vim values.yaml 

# Default values for my-second-helm.

# This is a YAML-formatted file.

# Declare variables to be passed into your templates.

replicaCount:

[root@k8s-master my-second-helm]# helm upgrade -f values.yaml my-second-helm-test ./

Release "my-second-helm-test" has been upgraded. Happy Helming!   # 显示升级成功

NAME: my-second-helm-test

LAST DEPLOYED: Sun Sep  ::

NAMESPACE: default

STATUS: deployed

REVISION: 5                # release的版本号为5

NOTES:

. Get the application URL by running these commands:

  export POD_NAME=$(kubectl get pods --namespace default -l "app.kubernetes.io/name=my-second-helm,app.kubernetes.io/instance=my-second-helm-test" -o jsonpath="{.items[0].metadata.name}")

  echo "Visit http://127.0.0.1:8080 to use your application"

  kubectl --namespace default port-forward $POD_NAME :

[root@k8s-master my-second-helm]# kubectl get pod |grep my-second

my-second-helm-test-566f5d8757-8v8wc        /     Running             6m32s

my-second-helm-test-566f5d8757-kfh5s        /     Running             11h

my-second-helm-test-566f5d8757-s4286        /     Running             86s

my-second-helm-test-566f5d8757-t2hhx        /     Running             11h

如上看到4个pod实例已经正常Running了，升级成功。

2）通过--set参数升级

其格式为：helm upgrade -f 指定目录/指定文件 --set 指定文件参数=value 部署名称 chart目录

[root@k8s-master helm]# helm upgrade -f my-second-helm/values.yaml --set replicaCount= my-second-helm-test ./my-second-helm

Release "my-second-helm-test" has been upgraded. Happy Helming!

NAME: my-second-helm-test

LAST DEPLOYED: Sun Sep  ::

NAMESPACE: default

STATUS: deployed

REVISION: 6              #  版本6

NOTES:

. Get the application URL by running these commands:

  export POD_NAME=$(kubectl get pods --namespace default -l "app.kubernetes.io/name=my-second-helm,app.kubernetes.io/instance=my-second-helm-test" -o jsonpath="{.items[0].metadata.name}")

  echo "Visit http://127.0.0.1:8080 to use your application"

  kubectl --namespace default port-forward $POD_NAME :

[root@k8s-master helm]# kubectl get pod | grep my-se

my-second-helm-test-566f5d8757-8v8wc        /     Running             32m

my-second-helm-test-566f5d8757-kfh5s        /     Running             12h

my-second-helm-test-566f5d8757-t2hhx        /     Running             12h

在上个版本5中我们在values.yaml修改replicaCount的值为4，版本6中通过--set的方式我们修改了replicaCount的值为3，这个是否会同步到values.yaml中呢？

[root@k8s-master my-second-helm]# cat values.yaml

# Default values for my-second-helm.

# This is a YAML-formatted file.

# Declare variables to be passed into your templates.

replicaCount:

通过查看，replicaCount的值任然是版本5的值，并未发生改变，也就是说通过--set的值并不会影响到chart目录下源文件的值，另外从这种方式的升级来看，我们得知helm应用的升级是针对已经部署后的应用进行升级，并非针对chart版本的版本进行升级，这些地方都需要注意下！

3、回滚

升级操作成功后，每升级一次版本都会加1，在上面的例子里版本号已经6了，若我们想回到版本5该如何进行操作呢?我们先看下整个release的部署历史：

[root@k8s-master helm]# helm history my-second-helm-test

REVISION    UPDATED                     STATUS        CHART                   APP VERSION    DESCRIPTION

           Sat Sep  ::     superseded    my-second-helm-0.1.    1.16.         Install complete

           Sun Sep  ::     superseded    my-second-helm-0.1.    1.16.         Upgrade complete

           Sun Sep  ::     superseded    my-second-helm-0.1.    1.16.         Upgrade complete

           Sun Sep  ::     superseded    my-second-helm-0.1.    1.16.         Upgrade complete

           Sun Sep  ::     superseded    my-second-helm-0.1.    1.16.         Upgrade complete

           Sun Sep  ::     deployed      my-second-helm-0.1.    1.16.         Upgrade complete

可以看到针对同一个release来说，最终生效的只有一个版本，其状态为：deployed，其他版本为superseded的状态，接下来我们将版本6回滚到版本5

[root@k8s-master my-second-helm]# helm rollback my-second-helm-test

Rollback was a success! Happy Helming!

[root@k8s-master my-second-helm]# kubectl get pod |grep my-second-test

[root@k8s-master my-second-helm]# kubectl get pod |grep my-second

my-second-helm-test-566f5d8757-8v8wc        /     Running             51m

my-second-helm-test-566f5d8757-kfh5s        /     Running             12h

my-second-helm-test-566f5d8757-njqbn        /     Running             61s

my-second-helm-test-566f5d8757-t2hhx        /     Running             12h

版本5:4个Pod，版本6:3个Pod，可以看到命令执行完成之后立马就回滚且生效了，而回滚的操作命令也很简单，其格式为：helm rollback 部署名称版本号

4、删除

若想删除已经部署成功的helm应用该如何操作呢？helm应用的删除其chart下的资源如Pod是否会保留？我们带着这些问题实践下：

[root@k8s-master my-second-helm]# helm delete my-second-helm-test

release "my-second-helm-test" uninstalled

[root@k8s-master my-second-helm]# kubectl get all |grep my-second-helm

[root@k8s-master my-second-helm]#

删除的格式为：helm delete 部署名称，经验证，一旦删除helm的应用，其关联生成的所有资源会被全部删除掉，也就是说，helm提供给用户是一个集合了所需资源的整体应用，其新建和删除也都是以整体应用为维度。

四、总结

本文介绍了什么是Helm，在哪些场景下适用Helm，然后介绍了Helm应用的安装、部署、升级、回滚和删除等操作，Helm应用是一个资源的集合，以整体为用户提供服务，通过这个服务，可以大大简化用户部署的难度，另外还针对应用的版本进行了历史管理，升级和回滚的操作减少了用户自己重新部署和维护版本的成本，在产品设计中，我们可将整个部署helm的流程体现在UI化达到进一步降低部署应用的门槛，校验chart》安装chart-》部署-》升级-》回滚-》删除，设计的重点保证这个业务主流程信息可以清晰的传递给用户，针对重点的操作，需要在页面中重点凸显出来，且要方便用户实际进行操作。

作者简介：云计算容器\Docker\K8s\Serverless方向产品经理，学点技术，为更好地设计产品。

巴特西