Helm 從入門到實踐

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Helm 是 Kubernetes 的軟件包管理工具。本文需要讀者對 Docker、Kubernetes 等相關知識有一定的瞭解。 本文將介紹 Helm 中的相關概念和基本工作原理，並通過一些簡單的示例來演示如何使用Helm來安裝、升級、回滾一個 Kubernetes 應用。

Helm 是什麼？？

Helm 是 Kubernetes 的包管理器。包管理器類似於我們在 Ubuntu 中使用的apt、Centos中使用的yum 或者Python中的 pip 一樣，能快速查找、下載和安裝軟件包。Helm 由客戶端組件 helm 和服務端組件 Tiller 組成, 能夠將一組K8S資源打包統一管理, 是查找、共享和使用爲Kubernetes構建的軟件的最佳方式。

Helm 解決了什麼痛點？

在 Kubernetes中部署一個可以使用的應用，需要涉及到很多的 Kubernetes 資源的共同協作。比如你安裝一個 WordPress 博客，用到了一些 Kubernetes (下面全部簡稱k8s)的一些資源對象，包括 Deployment 用於部署應用、Service 提供服務發現、Secret 配置 WordPress 的用戶名和密碼，可能還需要 pv 和 pvc 來提供持久化服務。並且 WordPress 數據是存儲在mariadb裏面的，所以需要 mariadb 啓動就緒後才能啓動 WordPress。這些 k8s 資源過於分散，不方便進行管理，直接通過 kubectl 來管理一個應用，你會發現這十分蛋疼。
所以總結以上，我們在 k8s 中部署一個應用，通常面臨以下幾個問題：

• 如何統一管理、配置和更新這些分散的 k8s 的應用資源文件
• 如何分發和複用一套應用模板
• 如何將應用的一系列資源當做一個軟件包管理

Helm 相關組件及概念

Helm 包含兩個組件，分別是 helm 客戶端 和 Tiller 服務器：

• helm 是一個命令行工具，用於本地開發及管理chart，chart倉庫管理等
• Tiller 是 Helm 的服務端。Tiller 負責接收 Helm 的請求，與 k8s 的 apiserver 交互，根據chart 來生成一個 release 並管理 release
• chart Helm的打包格式叫做chart，所謂chart就是一系列文件, 它描述了一組相關的 k8s 集羣資源
• release 使用 helm install 命令在 Kubernetes 集羣中部署的 Chart 稱爲 Release
• Repoistory Helm chart 的倉庫，Helm 客戶端通過 HTTP 協議來訪問存儲庫中 chart 的索引文件和壓縮包

Helm 原理

下面兩張圖描述了 Helm 的幾個關鍵組件 Helm（客戶端）、Tiller（服務器）、Repository（Chart 軟件倉庫）、Chart（軟件包）之間的關係以及它們之間如何通信

創建release

• helm 客戶端從指定的目錄或本地tar文件或遠程repo倉庫解析出chart的結構信息
• helm 客戶端指定的 chart 結構和 values 信息通過 gRPC 傳遞給 Tiller
• Tiller 服務端根據 chart 和 values 生成一個 release
• Tiller 將install release請求直接傳遞給 kube-apiserver

刪除release

• helm 客戶端從指定的目錄或本地tar文件或遠程repo倉庫解析出chart的結構信息
• helm 客戶端指定的 chart 結構和 values 信息通過 gRPC 傳遞給 Tiller
• Tiller 服務端根據 chart 和 values 生成一個 release
• Tiller 將delete release請求直接傳遞給 kube-apiserver

更新release

• helm 客戶端將需要更新的 chart 的 release 名稱 chart 結構和 value 信息傳給 Tiller
• Tiller 將收到的信息生成新的 release，並同時更新這個 release 的 history
• Tiller 將新的 release 傳遞給 kube-apiserver 進行更新

chart 的基本結構

Helm的打包格式叫做chart，所謂chart就是一系列文件, 它描述了一組相關的 k8s 集羣資源。Chart中的文件安裝特定的目錄結構組織, 最簡單的chart 目錄如下所示：

• charts 目錄存放依賴的chart
• Chart.yaml 包含Chart的基本信息，包括chart版本，名稱等
• templates 目錄下存放應用一系列 k8s 資源的 yaml 模板
• _helpers.tpl 此文件中定義一些可重用的模板片斷，此文件中的定義在任何資源定義模板中可用
• NOTES.txt 介紹chart 部署後的幫助信息，如何使用chart等
• values.yaml 包含了必要的值定義（默認值）, 用於存儲 templates 目錄中模板文件中用到變量的值

安裝Helm

Helm 提供了幾種安裝方式，本文提供兩種安裝方式，想要查看更多安裝方式，請閱讀 Helm 的官方文檔：

• 手動安裝方式

$ 下載 Helm 二進制文件
$ wget https://storage.googleapis.com/kubernetes-helm/helm-v2.9.1-linux-amd64.tar.gz
$ 解壓縮
$ tar -zxvf helm-v2.9.1-linux-amd64.tar.gz
$ 複製 helm 二進制 到bin目錄下
$cp linux-amd64/helm /usr/local/bin/

• 使用官方提供的腳本一鍵安裝

$ curl https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/helm/master/scripts/get > get_helm.sh
$ chmod 700 get_helm.sh
$ ./get_helm.sh

你還可以通過 Helm 的 github 項目下找到你想要的 Helm 版本的二進制，然後通過手動安裝方式一樣安裝即可

安裝 Tiller

安裝好 helm 客戶端後，就可以通過以下命令將 Tiller 安裝在 kubernetes 集羣中：

helm init

這個地方默認使用 “https://kubernetes-charts.storage.googleapis.com” 作爲缺省的 stable repository 的地址，但由於國內有一張無形的牆的存在，googleapis.com 是不能訪問的。可以使用阿里雲的源來配置：

helm init --upgrade -i registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/tiller:v2.9.1  --stable-repo-url https://kubernetes.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/charts

執行上面命令後，可以通過 kubectl get po -n kube-system 來查看 tiller 的安裝情況。

由於 kubernetes 從1.6 版本開始加入了 RBAC 授權。當前的 Tiller 沒有定義用於授權的 ServiceAccount， 訪問 API Server 時會被拒絕，需要給 Tiller 加入授權。

• 創建 Kubernetes 的服務帳號和綁定角色

$ 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

• 給 Tiller 的 deployments 添加剛纔創建的 ServiceAccount

# 給 Tiller 的 deployments 添加剛纔創建的 ServiceAccount
$ kubectl patch deploy --namespace kube-system tiller-deploy -p '{"spec":{"template":{"spec":{"serviceAccount":"tiller"}}}}'
deployment.extensions "tiller-deploy" patched

• 查看 Tiller deployments 資源是否綁定 ServiceAccount

$ kubectl get deploy -n kube-system tiller-deploy -o yaml | grep serviceAccount
serviceAccount: tiller
serviceAccountName: tiller

• 查看 Tiller 是否安裝成功

$ helm version 
Client: &version.Version{SemVer:"v2.9.1", GitCommit:"20adb27c7c5868466912eebdf6664e7390ebe710", GitTreeState:"clean"}
Server: &version.Version{SemVer:"v2.9.1", GitCommit:"20adb27c7c5868466912eebdf6664e7390ebe710", GitTreeState:"clean"}

安裝成功後，即可使用 helm install xxx 來安裝 helm 應用。