Helm：强大的Kubernetes包管理工具

Helm是Kubernetes生态系统中的一个软件包管理工具。本文将介绍为何要使用Helm进行Kubernetes软件包管理，澄清Helm中使用到的相关概念，并通过一个具体的示例学习如何使用Helm打包，分发，安装，升级及回退Kubernetes应用。
Kubernetes应用部署的挑战

让我们首先来看看Kubernetes，Kubernetes提供了基于容器的应用集群管理，为容器化应用提供了部署运行、资源调度、服务发现和动态伸缩等一系列完整功能。
Kubernetes的核心设计理念是：用户定义应用程序的规格，而Kubernetes则负责按照定义的规则部署并运行应用程序，如果应用系统出现问题导致偏离了定义的规格，Kubernetes负责对其进行自动修正。例如应用规格要求部署两个实例，其中一个实例异常终止了，Kubernetes会检查到并重新启动一个新的实例。
用户通过使用Kubernetes API对象来描述应用程序规格，包括Pod，Service，Volume，Namespace，ReplicaSet，Deployment，Job等等。一般这些对象需要写入一系列的Yaml文件中，然后通过Kubernetes命令行工具Kubectl进行部署。
以下面的WordPress应用程序为例，涉及到多个Kubernetes API对象，这些Kubernetes API对象分散在多个Yaml文件中。

图1： WordPress应用程序中涉及到的Kubernetes API对象
可以看到，在进行Kubernetes软件部署时，我们面临下述问题：

• 如何管理，编辑和更新这些这些分散的Kubernetes应用配置文件？

• 如何把一套的相关配置文件作为一个应用进行管理？

• 如何分发和重用Kubernetes的应用配置？

Helm的引入很好地解决上面这些问题。

Helm是什么？

很多人都使用过Ubuntu下的ap-get或者CentOS下的yum，这两者都是Linux系统下的包管理工具。采用apt-get/yum，应用开发者可以管理应用包之间的依赖关系，发布应用；用户则可以以简单的方式查找、安装、升级、卸载应用程序。
我们可以将Helm看作Kubernetes下的apt-get/yum。Helm是Deis开发的一个用于Kubernetes的包管理器。
对于应用发布者而言，可以通过Helm打包应用，管理应用依赖关系，管理应用版本并发布应用到软件仓库。
对于使用者而言，使用Helm后不用需要了解Kubernetes的Yaml语法并编写应用部署文件，可以通过Helm下载并在Kubernetes上安装需要的应用。
除此以外，Helm还提供了Kubernetes上的软件部署、删除、升级、回滚应用的强大功能。

Helm组件及相关术语

开始接触Helm时遇到的一个常见问题就是Helm中的一些概念和术语非常让人迷惑，我开始学习Helm就遇到这个问题。
因此我们先了解一下Helm的这些相关概念和术语。
Helm，Kubernetes的应用打包工具，也是命令行工具的名称。
Tiller，Helm的服务端，部署在Kubernetes集群中，用于处理Helm的相关命令。
Chart，Helm的打包格式，内部包含了一组相关的Kubernetes资源。
Repoistory，Helm的软件仓库，Repoistory本质上是一个Web服务器，该服务器保存了Chart软件包以供下载，并有提供一个该Repoistory的Chart包的清单文件以供查询。在使用时，Helm可以对接多个不同的Repository。
Release，使用Helm install命令在Kubernetes集群中安装的Chart称为Release。
需要特别注意的是， Helm中提到的Release和我们通常概念中的版本有所不同，这里的Release可以理解为Helm使用Chart包部署的一个应用实例。
其实Helm中的Release叫做Deployment更合适。估计因为Deployment这个概念已经被Kubernetes使用了，因此Helm才采用了Release这个术语。
下面这张图描述了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）之前的关系。

图2： Helm软件架构

安装Helm

下面我们通过一个完整的示例来介绍Helm的相关概念，并学习如何使用Helm打包、分发、安装、升级及回退Kubernetes应用。
可以参考Helm的帮助文档https://docs.helm.sh/using_helm/#installing-helm安装Helm。
采用二进制的方式安装Helm：

1. 下载 Helm https://github.com/kubernetes/helm/releases

2. 解压 tar -zxvf helm-v2.0.0-linux-amd64.tgz

3. 拷贝到bin目录 mv linux-amd64/helm /usr/local/bin/helm

然后使用下面的命令安装服务器端组件Tiller：

Helm init

构建一个Helm Chart

让我们在实践中来了解Helm。这里将使用一个Go测试小程序，让我们先为这个小程序创建一个Helm Chart。

git clone https://github.com/zhaohuabing/testapi.git; cd testapi

首先创建一个Chart的骨架：

helm create testapi-chart

该命令创建一个testapi-chart目录，该目录结构如下所示，我们主要关注目录中的这三个文件即可：Chart.yaml、values.yaml和NOTES.txt。

testapi-chart├── charts├── Chart.yaml├── templates│   ├── deployment.yaml│   ├── _helpers.tpl│   ├── NOTES.txt│   └── service.yaml└── values.yaml

• Chart.yaml用于描述这个Chart，包括名字、描述信息以及版本。

• values.yaml 用于存储templates目录中模板文件中用到的变量。 模板文件一般是Go模板。如果你需要了解更多关于Go模板的相关信息，可以查看Hugo[1]的一个关于Go模板的介绍[2]。

• NOTES.txt用于向部署该Chart的用于介绍Chart部署后的一些信息。例如介绍如何使用这个Chart，列出缺省的设置等。

打开Chart.yaml，填写你部署的应用的详细信息，以testapi为例：

apiVersion: v1description: A simple api for testing and debuggingname: testapi-chartversion: 0.0.1

然后打开并根据需要编辑values.yaml。下面是testapi应用的values.yaml文件内容。

replicaCount: 2image:  repository: daemonza/testapi  tag: latest  pullPolicy: IfNotPresentservice:  name: testapi  type: ClusterIP  externalPort: 80  internalPort: 80resources:  limits:    cpu: 100m    memory: 128Mi  requests:    cpu: 100m    memory: 128Mi

在testapi_chart目录下运行下面命令以对Chart进行校验。

helm lint==> Linting .[INFO] Chart.yaml: icon is recommended1 chart(s) linted, no failures

如果文件格式错误，可以根据提示进行修改；如果一切正常，可以使用下面的命令对Chart进行打包：

helm package testapi-chart --debug

这里添加了–debug参数来查看打包的输出，输出应该类似于：

Saved /Users/daemonza/testapi/testapi-chart/testapi-chart-0.0.1.tgz to current directorySaved /Users/daemonza/testapi/testapi-chart/testapi-chart-0.0.1.tgz to /Users/daemonza/.helm/repository/local

Chart被打包为一个压缩包testapi-chart-0.0.1.tgz，该压缩包被放到了当前目录下，并同时被保存到了Helm的本地缺省仓库目录中。

Helm Repository

虽然我们已经打包了Chart并发布到了Helm的本地目录中，但通过Helm search命令查找，并不能找不到刚才生成的Chart包。

helm search testapiNo results found

这是因为Repository目录中的Chart还没有被Helm管理。我们可以在本地启动一个Repository Server，并将其加入到Helm repo列表中。
通过Helm repo list命令可以看到目前Helm中只配置了一个名为stable的repo，该repo指向了Google的一个服务器。

helm repo listNAME    URLstable  https://kubernetes-charts.storage.googleapis.com

使用Helm serve命令启动一个repo server，该server缺省使用’$HELM_HOME/repository/local’目录作为Chart存储，并在8879端口上提供服务。

helm serve&Now serving you on 127.0.0.1:8879

启动本地repo server后，将其加入Helm的repo列表。

helm repo add local http://127.0.0.1:8879"local" has been added to your repositories

现在再查找testapi chart包，就可以找到了。

helm search testapiNAME                    CHART VERSION   APP VERSION     DESCRIPTIONlocal/testapi-chart     0.0.1                           A Helm chart for Kubernetes

在Kubernetes中部署Chart

Chart被发布到仓储后，可以通过Helm instal命令部署Chart，部署时指定Chart名及Release（部署的实例）名：

helm install local/testapi-chart --name testapi

该命令的输出应类似：

NAME:   testapiLAST DEPLOYED: Mon Apr 16 10:21:44 2018NAMESPACE: defaultSTATUS: DEPLOYEDRESOURCES:==> v1/ServiceNAME                   TYPE       CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP  PORT(S)  AGEtestapi-testapi-chart  ClusterIP  10.43.121.84  <none>       80/TCP   0s==> v1beta1/DeploymentNAME                   DESIRED  CURRENT  UP-TO-DATE  AVAILABLE  AGEtestapi-testapi-chart  1        1        1           0          0s==> v1/Pod(related)NAME                                   READY  STATUS   RESTARTS  AGEtestapi-testapi-chart-9897d9f8c-nn6wd  0/1    Pending  0         0sNOTES:1. Get the application URL by running these commands:  export POD_NAME=$(kubectl get pods --namespace default -l "app=testapi-testapi-chart" -o jsonpath="{.items[0].metadata.name}")  echo "Visit http://127.0.0.1:8080 to use your application"  kubectl port-forward $POD_NAME 8080:80

使用下面的命令列出所有已部署的Release以及其对应的Chart。

helm ls

该命令的输出应类似：

NAME    REVISION        UPDATED                         STATUS          CHART                   NAMESPACEtestapi 1               Mon Apr 16 10:21:44 2018        DEPLOYED        testapi-chart-0.0.1     default

可以看到在输出中有一个Revision（更改历史）字段，该字段用于表示某一Release被更新的次数，可以用该特性对已部署的Release进行回滚。

升级和回退

修改Chart.yaml，将版本号从0.0.1修改为1.0.0，然后使用Helm package命令打包并发布到本地仓库。
查看本地库中的Chart信息，可以看到在本地仓库中testapi-chart有两个版本：

helm search testapi -lNAME                    CHART VERSION   APP VERSION     DESCRIPTIONlocal/testapi-chart     0.0.1                           A Helm chart for Kuberneteslocal/testapi-chart     1.0.0                           A Helm chart for Kubernetes

现在用Helm upgrade将已部署的testapi升级到新版本。可以通过参数指定需要升级的版本号，如果没有指定版本号，则缺省使用最新版本。

helm upgrade testapi local/testapi-chart

已部署的testapi release被升级到1.0.0版本。

helm listNAME    REVISION        UPDATED                         STATUS          CHART                   NAMESPACEtestapi 2               Mon Apr 16 10:43:10 2018        DEPLOYED        testapi-chart-1.0.0     default

可以通过Helm history查看一个Release的多次更改。

helm history testapiREVISION        UPDATED                         STATUS          CHART                   DESCRIPTION1               Mon Apr 16 10:21:44 2018        SUPERSEDED      testapi-chart-0.0.1     Install complete2               Mon Apr 16 10:43:10 2018        DEPLOYED        testapi-chart-1.0.0     Upgrade complete

如果更新后的程序由于某些原因运行有问题，我们则需要回退到旧版本的应用，可以采用下面的命令进行回退。其中的参数1是前面Helm history中查看到的Release的更改历史。

helm rollback testapi 1

使用Helm list命令查看，部署的testapi的版本已经回退到0.0.1。

helm list
NAME    REVISION        UPDATED                         STATUS          CHART                   NAMESPACE
testapi 3               Mon Apr 16 10:48:20 2018        DEPLOYED        testapi-chart-0.0.1     default

总结

Helm作为Kubernetes应用的包管理以及部署工具，提供了应用打包、发布、版本管理以及部署、升级、回退等功能。Helm以Chart软件包的形式简化Kubernetes的应用管理，提高了对用户的友好性。

Q&A

Q：Helm结合CD有什么好的建议吗？A：采用Helm可以把零散的Kubernetes应用配置文件作为一个Chart管理，Chart源码可以和源代码一起放到Git库中管理。Helm还简了在CI/CD Pipeline的软件部署流程。通过把Chart参数化，可以在测试环境和生产环境可以采用不同的Chart参数配置。

下图是采用了Helm的一个CI/CD流程：

Q：请问下多环境（test、staging、production）的业务配置如何管理呢？通过Heml打包ConfigMap吗，比如配置文件更新，也要重新打Chart包吗？谢谢，这块我比较乱。A：Chart是支持参数替换的，可以把业务配置相关的参数设置为模板变量。使用Helm install Chart的时候可以指定一个参数值文件，这样就可以把业务参数从Chart中剥离了。例子：helm install –values=myvals.yaml wordpress。
Q：Helm能解决服务依赖吗？A：可以的，在Chart可以通过requirements.yaml声明对其他Chart的依赖关系。如下面声明表明Chart依赖Apache和MySQL这两个第三方Chart。

dependencies:  - name: apache    version: 1.2.3    repository: http://example.com/charts  - name: mysql    version: 3.2.1    repository: http://another.example.com/charts

Q：Chart的reversion可以自定义吗，比如跟Git的tag？A：这位朋友应该是把Chart的version和Release的reversion搞混了，呵呵。 Chart是没有reversion的，Chart部署的一个实例（Release）才有Reversion，Reversion是Release被更新后自动生成的。
Q：这个简单例子并没有看出Helm相比Kubectl有哪些优势，可以简要说一下吗？A：Helm将Kubernetes应用作为一个软件包整体管理，例如一个应用可能有前端服务器，后端服务器，数据库，这样会涉及多个Kubernetes部署配置文件，Helm就整体管理了。另外Helm还提供了软件包版本，一键安装、升级、回退。Kubectl和Helm就好比你手工下载安装一个应用 和使用apt-get安装一个应用的区别。
Q：如何在Helm install时指定命名空间？A：helm install local/testapi-chart –name testapi –namespace mynamespace。
相关链接：

1. https://gohugo.io

2. https://gohugo.io/templates/go-templates/

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