kubernetes之Helm包管理器

一、Helm 概述

每个成功的软件平台都有一个优秀的打包系统，比如Debian、Ubuntu 的 apt，RedHat、CentOS 的 yum。Helm 则是 Kubernetes上 的包管理器，方便我们更好的管理应用。

在没使用 helm 之前，向 kubernetes 部署应用，我们要依次部署 deployment、svc 等，步骤较繁琐。 况且随着很多项目微服务化，复杂的应用在容器中部署以及管理显得较为复杂，helm 通过打包的方式，支持发布的版本管理和控制， 很大程度上简化了 Kubernetes 应用的部署和管理。

Helm本质就是让K8s的应用管理（Deployment、Service等）可配置，可以通过类似于传递环境变量的方式能动态生成。通过动态生成K8s资源清单文件（deployment.yaml、service.yaml）。 然后调用 Kubectl 自动执行 K8s 资源部署。

Helm 是官方提供的类似于 YUM 的包管理器，是部署环境的流程封装。

Helm 有三个重要的概念：Chart 、Repository 和 Release

• Chart：Helm 的软件包，采用 TAR 格式。是创建一个应用的信息集合，包括各种 Kubernetes 对象的配置模板、参数定义、依赖关系、文档说明等。chart 是应用部署的自包含逻辑单元。 可以将 chart 想象成 apt、yum 中的软件安装包。
• Release：是 chart 的运行实例，代表了一个正在运行的应用。当 chart 被安装到 Kubernetes 集群，就生成一个 release。chart 能够多次安装到同一个集群，每次安装都是一个 release。
• Repository（仓库）：Charts 仓库，用于集中存储和分发 Charts。Repository 本质上是一个 Web 服务器，该服务器保存了一系列的 Chart 软件包以供用户下载，并且提供了一个该 Repository 的 Chart 包的清单文件以供查询。Helm 可以同时管理多个不同的 Repository。

总结：Helm 安装 charts 到 Kubernetes 集群中，每次安装都会创建一个新的 release。你可以在 Helm 的 chart repositories 中寻找新的 chart。

1.1 Helm具备的能力

• 简化部署：Helm允许使用单个命令轻松部署和管理应用程序，从而简化了整个部署过程
• 高度可配置：Helm Charts提供了高度可配置的选项，可以轻松自定义和修改应用程序的部署配置
• 版本控制：Helm允许管理应用程序的多个版本，从而轻松实现版本控制和回滚
• 模板化：Helm Charts使用YAML模板来定义Kubernetes对象的配置，从而简化了配置过程，并提高了可重复性和可扩展性
• 应用程序库：Helm具有应用程序库的概念，可以轻松地共享和重用Helm Charts，从而简化了多个应用程序的部署和管理；
• 插件系统：Helm拥有一个强大的插件系统，允许您扩展和定制Helm的功能，以满足特定的需求和要求。

1.2 Helm3 与 Helm2 的区别

Helm2 是 C/S 架构，主要分为客户端 helm 和服务端 Tiller。在 Helm 2 中，Tiller 是作为一个 Deployment 部署在 kube-system 命名空间中，很多情况下，我们会为 Tiller 准备一个 ServiceAccount ，这个 ServiceAccount 通常拥有集群的所有权限。
用户可以使用本地 Helm 命令，自由地连接到 Tiller 中并通过 Tiller 创建、修改、删除任意命名空间下的任意资源。

在 Helm 3 中，Tiller 被移除了。新的 Helm 客户端会像 kubectl 命令一样，读取本地的 kubeconfig 文件，使用我们在 kubeconfig 中预先定义好的权限来进行一系列操作。

Helm 的官方网站 https://helm.sh/

要下载与您的集群版本兼容的Helm

二、Helm 部署

2.1 安装 helm

//上传helm-v3.6.0-linux-amd64.tar.gz
tar -zxvf helm-v3.6.0-linux-amd64.tar.gz
mv linux-amd64/helm /usr/local/bin/helm
helm version

//命令补全 
source <(helm completion bash)

2.2 使用 helm 安装 Chart

//添加常用的 chart 仓库，
helm repo add stable http://mirror.azure.cn/kubernetes/charts
helm repo add aliyun https://kubernetes.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/charts
helm repo add incubator https://charts.helm.sh/incubator
helm repo add kaiyuanshe http://mirror.kaiyuanshe.cn/kubernetes/charts
helm repo add dandydev https://dandydeveloper.github.io/charts
helm repo add traefik         https://helm.traefik.io/traefik
helm repo add rancher-stable  https://releases.rancher.com/server-charts/stable
helm repo add test            https://charts.kubesphere.io/test
helm repo add elastic         https://helm.elastic.co

//更新 charts 列表
helm repo update          
helm repo list

//查看 stable 仓库可用的 charts 列表
helm search repo stable

//删除 incubator 仓库
helm repo remove incubator

//查看 chart 信息
helm show chart stable/mysql     #查看指定 chart 的基本信息

helm show all stable/mysql		 #获取指定 chart 的所有信息

//安装 chart
helm install my-redis test/redis [-n default]   #指定 release 的名字为 my-redis，-n 指定部署到 k8s 的 namespace

helm install test/redis --generate-name    #不指定 release 的名字时，需使用 –generate-name 随机生成一个名字

//查看所有 release
helm ls 
helm list

//查看指定的 release 状态
helm status my-redis               

//删除指定的 release
helm uninstall my-redis 

2.3 Helm 自定义模板

charts 除了可以在 repo 中下载，还可以自己自定义，创建完成后通过 helm 部署到 k8s。

2.3.1 拉取 Chart

//拉取 chart
mkdir /opt/helm
cd /opt/helm

helm pull stable/mysql

ls
mysql-1.6.9.tgz

tar xf mysql-1.6.9.tgz

yum install -y tree

tree mysql

可以看到，一个 chart 包就是一个文件夹的集合，文件夹名称就是 chart 包的名称。

● Chart.yaml：软件包自描述文件。这个文件必须有 name 和 version（chart版本） 的定义。用于描述这个 Chart的基本信息，包括名字、描述信息以及版本等
● templates：目录里面存放所有yaml模板文件。deployment.yaml、service.yaml、ingress.yaml等
deployment.yaml：创建 deployment 的资源清单文件
service.yaml：为 deployment 创建 service 的资源清单文件
ingress.yaml: 创建 ingress 对象的资源清单文件
● values.yaml ：用于存储 templates 目录中模板文件中用到变量的值
● NOTES.txt：用于介绍Chart帮助信息， helm install 部署后展示给用户。例如：如何使用这个Chart、列出 include 默认设置等
● _helpers.tpl：放置模板的地方，可以在整个chart中重复使用

2.3.2 创建自定义的 Chart

//创建自定义的 chart
helm create nginx

tree nginx

cat /opt/helm/nginx/templates/deployment.yaml

在 templates 目录下 yaml 文件模板中的变量（go template语法）的值默认是在 nginx/values.yaml 中定义的，只需要修改 nginx/values.yaml 的内容，也就完成了 templates 目录下 yaml 文件的配置。
比如在 deployment.yaml 中定义的容器镜像：

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

cat /opt/helm/nginx/values.yaml | grep repository

以上变量值是在 create chart 的时候就自动生成的默认值，你可以根据实际情况进行修改。

2.3.3 修改 Chart

//修改 chart
vim /opt/helm/nginx/Chart.yaml
apiVersion: v2
name: nginx                     #chart名字
description: A Helm chart for Kubernetes
type: application               #chart类型，application或library
version: 0.1.0                  #chart版本
appVersion: 1.16.0              #application部署版本

vim /opt/helm/nginx/values.yaml
replicaCount: 3
image:
  repository: soscscs/myapp  #设置镜像仓库
  pullPolicy: IfNotPresent
  tag: v1                 #设置镜像标签
......
 service:
  type: ClusterIP
  port: 8080
  targetport: 80
......

vim /opt/helm/nginx/templates/service.yaml
...
targetPort: {{ .Values.service.targetport }}
...

vim /opt/helm/nginx/Chart.yaml

2.3.4 打包 Chart

//打包 chart
helm lint nginx        #检查依赖和模版配置是否正确

helm package nginx     #打包 chart，会在当前目录下生成压缩包 nginx-0.1.0.tgz

//部署 chart
helm install nginx-demo1 ./nginx-0.1.0.tgz -n test01
或
helm install nginx-demo2 ./nginx -n test01 

helm ls -n test01
kubectl get all -n test01

2.3.5 升级 Chart

//升级Chart
vim values.yaml
......
image:
  repository: soscscs/myapp
  pullPolicy: IfNotPresent
  tag: v2
......  
service:
  type: NodePort
  port: 8080
  targetport: 80

ingress:
  enabled: true
  className: nginx
  annotations: {}
    # kubernetes.io/ingress.class: nginx
    # kubernetes.io/tls-acme: "true"
  hosts:
    - host: www.nginx.com
      paths:
        - path: /
          pathType: Prefix
......  

kubectl get ingressclasses.networking.k8s.io 

vim Chart.yaml

//开始升级
cd ..
helm package nginx
helm upgrade nginx-demo1 ./nginx-0.2.0.tgz -n test01
helm ls -n test01
kubectl get all -n test01
kubectl get pod nginx-demo1-6d5dd7cbf6-5465f -n test01 -oyaml

kubectl get ingress -n test01 
kubectl get svc -n ingress-nginx 

2.3.6 回退 Chart

#根据 release 版本回滚
helm ls -n test01
helm history -n test01 nginx-demo1         #查看 release 版本历史

helm rollback -n test01 nginx-demo1 1      #回滚 release 到版本1

helm history -n test01 nginx-demo1         #nginx release 已经回滚到版本 1

通常情况下，在配置好 templates 目录下的 kubernetes 清单文件后，后续维护一般只需要修改 Chart.yaml 和 values.yaml 即可。

在命令行使用 --set 指定参数来部署（install,upgrade）release
helm upgrade nginx nginx --set image.tag='1.15'
注：此参数值会覆盖掉在 values.yaml 中的值，如需了解其它的预定义变量参数，可查看 helm 官方文档。

三、Helm 仓库

helm 可以使用 harbor 作为本地仓库，将自定义的 chart 推送至 harbor 仓库。

//安装 harbor
#上传 harbor-offline-installer-v1.9.1.tgz 和 docker-compose 文件到 /opt 目录
cd /opt
cp docker-compose /usr/local/bin/
chmod +x /usr/local/bin/docker-compose

tar zxf harbor-offline-installer-v1.9.1.tgz
cd harbor/
vim harbor.yml

#安装带有 Clair service 和 chart 仓库服务的 Harbor
./install.sh --with-clair --with-chartmuseum

#docker-compose down && docker-compose up -d    重启harbor服务

浏览器输入本机IP访问harbor仓库，默认的管理员用户名和密码是 admin/Harbor12345

//在 master01节点 安装 push 插件
#在线安装
helm plugin install https://github.com/chartmuseum/helm-push

#离线安装
wget https://github.com/chartmuseum/helm-push/releases/download/v0.8.1/helm-push_0.8.1_linux_amd64.tar.gz

mkdir ~/.local/share/helm/plugins/helm-push
tar -zxvf helm-push_0.8.1_linux_amd64.tar.gz -C ~/.local/share/helm/plugins/helm-push

helm repo ls

点击 “+新建项目” 按钮
填写项目名称为 “chart_repo”，访问级别勾选 “公开”，点击 “确定” 按钮，创建新项目

//添加仓库
helm repo add harbor http://192.168.154.14/chartrepo/chart_repo --username=admin --password=Harbor12345
注：这里的 repo 的地址是<Harbor URL>/chartrepo/<项目名称>，Harbor 中每个项目是分开的 repo。如果不提供项目名称， 则默认使用 library 这个项目。

//推送 chart 到 harbor 中
cd /opt/helm
helm push nginx harbor
helm push nginx-0.1.0.tgz harbor
helm push nginx-0.2.0.tgz harbor

查看 chart_repo 项目中的 Helm Charts,还有其下不同版本号