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九、介绍 Kubernetes 的 Helm

在前一章中，我们学习了如何安装和使用 Kustomize。这一章，我们来了解一下 Helm ( https://helm.sh )。

Helm 是事实上的 Kubernetes 包管理器，也是在 Kubernetes 上安装任何复杂应用的最佳和最简单的方法之一。

Helm 不是kubectl的一部分，也没有kubectl插件，但是它在 Kubernetes 空间中发挥了很大的作用，是一个必知的工具。

在本章中，我们将学习 Helm v3，特别是如何安装应用，升级和回滚应用版本，创建和 lint Helm 图表，以及使用插件扩展 Helm。

注意

我们将使用 Helm v3，因为在撰写本文时它是 Helm 的最新版本。

我们将在本章中讨论以下主题:

  • Helm 简介
  • 使用 Helm 图表安装应用
  • 升级 Helm 版本
  • 回滚到以前的 Helm 版本
  • 使用 Helm 的模板命令
  • 创建掌舵图
  • 使用 Helm 的林挺功能
  • 用插件扩展头盔

Helm 简介

Helm 是一个 Kubernetes 包管理器，允许开发人员和用户以一种简单的方式将 Kubernetes 应用打包、配置、共享和部署到 Kubernetes 集群上。

你可以认为 Helm 和家酿/APT/Yum 包管理器一样，但是对于 Kubernetes 来说。

Helm v3 基于纯客户端架构。它以与kubectl相同的方式连接到 Kubernetes 应用编程接口，使用包含 Kubernetes 集群连接设置的kubeconfig文件。所以在kubectl工作的地方，Helm 命令行界面也将工作，使用相同的kubectl功能和权限。

为了更好地理解 Helm，您应该熟悉以下概念:

  • Helm CLI:命令行工具与 Kubernetes API 交互，执行各种功能，如安装、升级和删除 Helm 版本。
  • 一个图表:这是描述 Kubernetes 资源的模板文件的集合。
  • 图表模板:图表中使用的掌舵图表模板语言。
  • 存储库:Helm 存储库是存储和共享打包图表的地方。
  • 发布版本:部署到 Kubernetes 集群的图表的特定实例。

让我们在接下来的几节中详细了解一下它们。

Helm CLI

Helm 命令行界面可以使用以下命令安装在不同的操作系统上:

  • 在 macOS 上安装如下:

    $ brew install helm

  • 在 Windows 上安装是通过以下命令完成的:

    $ choco install kubernetes-helm

  • 在 Linux 上安装如下:

    $ https://raw.githubusercontent.com/helm/helm/master/scripts/get-helm-3 | bash

您可以通过helm –h获得所有可用的 Helm CLI 命令。让我们列出最常用的，以及它们的描述:

  • helm repo add:在本地缓存列表中增加一个 Helm 图表库，之后我们可以引用它从库中拉图表。
  • helm repo update:获取图表库的最新信息；信息存储在本地。
  • helm search repo:在给定的存储库中搜索图表。
  • helm pull:从图表库中下载给定的图表。
  • helm upgrade -i:如果没有版本那就安装，否则升级版本。
  • helm ls:列出当前命名空间中的版本。如果提供了-A标志，它将列出所有的名称空间。
  • helm history:打印给定版本的历史版本。
  • helm rollback:将一个版本回滚到以前的版本。
  • helm template:在本地渲染图表模板并显示输出。
  • helm create:创建图表。
  • helm lint:绘制图表。
  • helm plugin:安装、列出、更新和卸载 Helm 插件。

让我们在接下来的章节中更详细地学习其中的每一个。

头盔图表

图表是一个掌舵包。它是描述 Kubernetes 资源的模板文件的集合。它使用模板来创建 Kubernetes 清单。

示例 Helm 图表结构如下所示:

Figure 9.1 – hart folders layout

图 9.1–图表文件夹布局

让我们详细讨论一下前面的一些内容:

  • Chart.yaml:包含图表元数据信息的文件。

  • charts:存放子图表的文件夹。

  • templates:存放模板文件的文件夹。

  • values.yaml: A YAML-formatted file with configuration values used by the chart templates. These values can be resources, replica counts, or an image repository and tag, among other things.

    小费

    要更改值，建议使用override-values.yaml文件，在该文件中只需输入要更改的值。不建议更改图表附带的默认values.yaml文件，因为您可能会丢失该文件较新版本的更改记录。

既然我们已经学习了 Helm 图表结构的一些基础知识，让我们深入到图表模板化。

图表模板

Helm 最强的特性是图表模板化。Helm 模板语言基于 Go 语言包text/template语法。与模板语法一起使用的值可用于自定义 Kubernetes 资源清单。在安装图表之前，Helm 通过注入指定的值来呈现图表的模板，然后安装图表。

数值从图表附带的默认values.yaml文件或用户提供的文件中读取，例如名为override-values.yaml的文件。两个文件的值将被合并，然后应用于图表。

让我们看一下下面的图表模板示例:

Figure 9.2 – Chart template example

图 9.2–图表模板示例

Helm 模板是一个 Kubernetes 服务资源，上面的代码片段允许我们设置服务类型和端口。如果默认值不符合您的要求，您可以通过使用自定义override-values.yaml文件提供新的默认值来更改默认值。

其他值如name、labels、selector从_helpers.tpl文件注入，这是模板部分的默认位置:

Figure 9.3 – A partial example of _helpers.tpl

图 9.3–助手的部分例子

前面的代码片段是_helpers.tpl文件的一部分，该文件定义了要注入到图表模板中的标签和选择器。

储存库

存储库是存储和共享打包图表的位置。它可以是任何能够提供文件的网络服务器。存储库中的图表以压缩的.tgz格式存储。

释放

发布是部署到 Kubernetes 集群的图表的特定实例。一个 Helm 图表可以使用同一个发布名称安装多次，每次都会创建一个新的发布版本。

特定发布的发布信息存储在与发布本身相同的命名空间中。

您可以使用相同的发行版名称但是不同的命名空间安装相同的 Helm 图表无数次。

现在我们已经学习了 Helm 的一些基础知识，让我们开始使用图表来安装应用。

使用 Helm 图表安装应用

有许多 Helm 图表库，逐个设置它们太麻烦了。

相反，我们将使用作为我们的中央 Helm 图表存储库 https://chartcenter.io ，它有 300 多个 Helm 存储库，可以作为我们从一个位置安装所有图表的唯一真实来源。它还有一个很好的用户界面，你可以在这里搜索图表并获得关于它们的非常详细的信息:

Figure 9.4 – ChartCenter UI

图 9.4–图表中心用户界面

上一张截图显示了图表中心界面。

将 ChartCenter 设置为您的中央 Helm 存储库也非常容易，如下所示:

$ helm repo add center**https://repo.chartcenter.io**
"center" has been added to your repositories
$ helm repo update
Hang tight while we grab the latest from your chart repositories...
...Successfully got an update from the "center" chart repository
Update Complete. Happy Helming!

前面的命令添加了center图表存储库，并用其内容更新了 Helm 本地缓存。

现在我们可以尝试通过运行$ helm search repo center/bitnami/postgresql -l | head -n 5命令来搜索postgresql图表:

Figure 9.5 – Searching for PostgreSQL chart

图 9.5–搜索 PostgreSQL 图表

在前面的截图中，我们可以看到我们获得了 Bitnami PostgreSQL 图表的最新五个版本。

在安装 PostgreSQL 图表之前，我们应该设置一个密码，因为设置自己的密码而不是使用 Helm 图表生成的密码是一个很好的做法。

通过阅读图表中位于 https://chartcenter.io/bitnami/postgresql T2 的 T0，我们可以找到我们需要使用的值名:

Figure 9.6 – PostgreSQL chart password

图 9.6–PostgreSQL 图表密码

前面的截图告诉我们需要values.yaml文件中的postgresqlPassword变量来设置 PostgreSQL 图表的密码。

首先，让我们创建一个password-values.yaml文件来存储 PostgreSQL 密码:

$ echo "postgresqlPassword: SomeVerySecurePassword" > password-values.yaml

让我们使用以下命令安装它:

$ helm upgrade –i postgresql center/bitnami/postgresql --version=9.2.1 -f password-values.yaml

下面的屏幕截图显示了前面命令的输出:

Figure 9.7 – Helm installing the PostgreSQL chart

图 9.7–Helm 安装 PostgreSQL 图表

前面的命令将名为postgresql的 PostgreSQL 图表安装到了当前的命名空间中。

小费

前面的helm upgrade命令有一个–i标志(长名称为--install，它允许我们在第一次安装和之后的升级中使用相同的命令。

让我们使用以下命令检查图表安装了什么:

$ kubectl get all

下面的屏幕截图显示了前面命令的输出:

Figure 9.8 – Listing all installed resources

图 9.8–列出所有已安装的资源

在前面的截图中，我们可以看到postgresqlPod ，两个postgresql-相关服务，以及statefulset。查看service/postgresql，可以看到postgresql在postgresql:5432上可以被其他 Kubernetes 应用访问。

让我们通过运行以下命令来检查所有机密是否都已正确创建:

$ kubectl get secret

下面的屏幕截图显示了前面命令的输出:

Figure 9.9 – Listing all installed secrets

图 9.9–列出所有已安装的机密

在前面的截图中，我们看到了存储 PostgreSQL 密码的postgresql机密和存储 Helm 发布信息的sh.helm.release.v1.postgresql.v1。

现在，让我们通过运行以下命令来检查当前命名空间中的 Helm 版本:

$ helm ls

下面的屏幕截图显示了前面命令的输出:

Figure 9.10 – Listing Helm releases

图 9.10–列出 Helm 版本

在前面的截图中，我们看到了postgresql的一个成功部署的 Helm 版本，其中我们有以下列表:

  • STATUS:显示释放状态为deployed
  • CHART:显示图表名称和版本为postgresql-9.2.1
  • APP VERSION:显示 PostgreSQL 版本；在这种情况下，11.9.0

这很容易安装——我们只需要提供密码，boom，我们有一个完整安装的 PostgreSQL 实例，它的密码甚至存储在机密中。

升级头盔版本

在前一节中，我们安装了 PostgreSQL，所以现在让我们尝试升级它。我们需要知道如何做到这一点，因为它将不得不不时升级。

对于升级，我们将使用最新的 PostgreSQL 图表版本，即9.3.2.

让我们使用以下命令获取并运行升级:

$ helm upgrade –i postgresql center/bitnami/postgresql --version=9.3.2 -f password-values.yaml

下面的屏幕截图显示了前面命令的输出:

Figure 9.11 – Listing Helm releases

图 9.11–列出 Helm 版本

我们运行了前面的helm upgrade命令将postgresql图表版本更改为9.3.2，但是我们看到 PostgreSQL 版本仍然和原来一样，也就是11.9.0，所以这意味着图表本身收到了一些更改，但是应用版本保持不变。

运行helm ls显示REVISION 2，这意味着 PostgreSQL 图表的第二次发布。

让我们通过运行以下命令再次检查这些机密:

$ kubectl get secrets

下面的屏幕截图显示了前面命令的输出:

Figure 9.12 – Listing Helm releases

图 9.12–列出 Helm 版本

从前面的截图中，我们可以看到一个新的机密，sh.helm.release.v1.postgresql.v2，这是 PostgreSQL 升级版本的存储位置。

很高兴看到 Helm 如何跟踪所有版本，并允许通过一个helm upgrade命令轻松升级应用。

注意

Helm 版本包含图表中的所有 Kubernetes 模板，这使得将它们作为一个单元跟踪(从版本的角度来看)变得容易得多。

让我们学习如何进行发布回滚。我们会这样做，因为发行版有时会变坏，需要回滚。

回滚到以前的 Helm 版本

在本节中，让我们看看如何使用helm rollback命令将回滚到以前的版本。

helm rollback命令是 Helm 独有的，它允许我们回滚整个应用，因此您不必担心具体需要回滚哪些 Kubernetes 资源。

当然，在处理现实应用的发布标识时，数据库模式也会发生变化，因此要回滚前端应用，您也必须回滚数据库模式的变化。这意味着事情并不总是像这里看起来的那样简单，但是使用 Helm 仍然简化了应用发布回滚过程的某些部分。

要运行helm rollback命令，我们首先需要知道我们想要回滚到的发布版本，可以通过以下命令找到:

$ helm history postgresql

下面的屏幕截图显示了前面命令的输出:

Figure 9.13 – Listing Helm release revisions

图 9.13–列出 Helm 版本修订

在前面的helm history postgresql命令中，我们得到了一个版本修订列表。

所以，我们想把postgresql回滚到修订1:

$ helm rollback postgresql 1

下面的屏幕截图显示了前面命令的输出:

Figure 9.14 – Helm rollback release

图 9.14–舵回退释放

在前面的截图中，我们看到回滚是用helm rollback postgresql 1命令完成的，现在我们看到了三个修订，因为即使在回滚时，也会创建一个新版本。

如您所见，回滚到以前的版本非常容易。

使用 Helm 的模板命令

使用 Helm 的 helm template命令，您可以在完全渲染的 Kubernetes 资源模板中检查图表的输出。这是一个检查模板输出的非常方便的命令，尤其是当您正在开发一个新的图表、对图表进行更改、调试等等时。

因此，让我们通过运行以下命令来检查它:

$ helm template postgresql center/bitnami/postgresql --version=9.3.2 -f password-values.yaml

前面的命令将在屏幕上打印所有模板。当然，您也可以将其导出到文件中。

由于输出很长，我们不打算打印所有内容，而只打印 Kubernetes 清单的一部分:

---
# Source: postgresql/templates/secrets.yaml
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: postgresql
...
---
# Source: postgresql/templates/svc-headless.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: postgresql-headless
...
---
# Source: postgresql/templates/svc.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: postgresql
...
---
# Source: postgresql/templates/statefulset.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: postgresql-postgresql
...

前面的输出显示了postgresql图表中的所有资源。资源以---划分。

helm template是一个强大的命令，用于检查图表的模板并打印输出，以便您通读。helm template没有连接到 Kubernetes 集群，它只是用值填充模板并打印输出。

您可以通过在helm upgrade命令中添加--dry-run --debug标志来实现同样的目的。有了这个，Helm 将根据 Kubernetes 集群验证模板。

完整命令的示例如下所示:

$ helm template postgresql center/bitnami/postgresql --version=9.3.2 -f password-values.yaml --dry-run --debug

在安装或升级我们的 Helm 版本之前，我们已经学习了一些方便的 Helm 命令。

使用helm template的另一个强大用例是将模板渲染到一个文件中，然后进行比较。这对于比较图表版本或定制参数对最终输出的影响非常有用。

创建掌舵图

我们已经学会了许多用 Helm 可以做的酷把戏！现在让我们学习如何创建一个 Helm 图表。

helm create命令为您创建了一个示例图表，因此您可以将其用作基础，并使用所需的 Kubernetes 资源、值等对其进行更新。它创建了一个完全工作的nginx图表，所以我们要用这个名字来命名这个图表。

现在让我们检查一下通过运行以下命令创建图表有多容易:

$ helm create nginx

下面的屏幕截图显示了前面命令的输出:

Figure 9.15 – The helm create command

图 9.15–舵创建命令

在前面的截图中，我们运行了helm create nginx命令，其中nginx是我们的图表名称。该名称还用于创建存储图表内容的新文件夹。使用tree nginx命令显示文件夹结构。

在截图中可以看到，deployment.yaml文件、水平 Pod 自动缩放器 ( HPA )、ingress、service、serviceaccount资源模板已经创建，所有的都提供了一个很好的起点。

前面的命令也创建了test-connection.yaml文件，所以我们可以用helm test对安装的nginx图表进行测试。

现在让我们通过运行以下命令来安装图表:

$ helm install nginx nginx

下面的屏幕截图显示了前面命令的输出:

Figure 9.16 – Installing the nginx chart

图 9.16–安装 nginx 图表

在前面的截图中，我们运行了helm install nginx nginx。该命令使用以下基本语法:

helm install <RELEASE NAME> <CHART NAME>

这里，<CHART NAME>是本地文件夹，所以请注意，您可以从远程 Helm 存储库安装图表，也可以从本地文件夹安装图表，两者都使用相同的命令。

我们使用的下一个命令如下:

kubectl get all -l "app.kubernetes.io/name=nginx"

该命令帮助我们在图表中显示默认情况下部署的资源。

正如我们已经提到的命令，让我们看看该命令是如何工作的:

$ helm test nginx

下面的屏幕截图显示了前面命令的输出:

Figure 9.17 – Testing the nginx chart

图 9.17–测试 nginx 图表

前面的helm test nginx命令针对名为nginx的 Helm 版本运行测试。kubectl get pods命令的输出显示了用于运行图表测试然后被停止的nginx-test-connectionPod 。

接下来，我们来检查一下test-connection.yaml文件的内容:

$ cat nginx/templates/tests/test-connection.yaml

下面的屏幕截图显示了前面命令的输出:

Figure 9.18 – test-connection.yaml content

图 9.18–测试连接. yaml 内容

在前面的截图中，您可以看到一个简单的 pod 模板，它针对nginx服务资源运行curl命令。

当实际的 Kubernetes 资源被创建时，这一行args: ['{{ include "nginx.fullname" . }}:{{ .Values.service.port }}']模板代码被转换为nginx:80。

简单易行，对吧？我们可以看到，helm create命令用示例资源模板，甚至用测试模板创建了一个工作图。

使用 Helm 的林挺功能

到目前为止，我们已经学习了如何创建一个 Helm 图表。然而，我们也需要知道如何检查图表中的可能出现的问题和错误。为此，我们可以使用helm lint <CHART NAME>命令，该命令将通过运行一系列测试来检查 Helm 图表内容，以验证图表的完整性。

让我们lint我们已经创建的nginx图表:

$ helm lint nginx

下面的屏幕截图显示了前面命令的输出:

Figure 9.19 – Linting the nginx chart

图 9.19–林挺 nginx 图表

正如你在前面截图中看到的，我们的图表没有问题，可以安全安装。[INFO]消息只是图表图标丢失的警告，可以放心忽略。

如果你想在中托管你的图表，例如在中，它会显示在它的用户界面中，那么真的建议你拥有它。

用插件扩展头盔

头盔也可以用插件扩展。插件对于扩展不属于 Helm 命令行界面的 Helm 功能很有用，因为 Helm 可能没有您需要的一切。

目前还没有一个集中的 Helm 插件库，在那里你可以看到所有可用插件的列表，也没有一个 Helm 插件管理器。

由于大多数插件都存储在 GitHub 存储库中，建议使用 GitHub 主题helm-plugin来标记插件，您可以在那里轻松搜索可用的插件:

Figure 9.20 – Helm plugins search on GitHub

图 9.20–GitHub 上的 Helm 插件搜索

在之前的截图中，https://github.com/search?q=helm-plugin被用来在 GitHub 中搜索 Helm 插件。

让我们看看安装一个 Helm 插件有多容易:

$ helm plugin list

下面的屏幕截图显示了前面命令的输出:

Figure 9.21 – Helm plugin helm-diff being installed

图 9.21–正在安装 Helm 插件 helm-diff

在前面的命令helm plugin list中，我们检查了安装的插件，然后我们使用helm plugin安装https://github.com/databus23/helm-diff来安装helm-diff插件。前面的插件安装输出被剪切，因为安装的插件打印了很多信息。

让我们检查插件列表:

$ helm plugin list

下面的屏幕截图显示了前面命令的输出:

Figure 9.22 – Helm plugin list

图 9.22–Helm 插件列表

我们看到安装了diff插件，基本上是一个新的 Helm 命令:helm diff。

我们不会去检查helm diff是如何工作的，但是它是一个非常方便的版本，因为你可以检查安装的和新的图表版本之间的差异。

让我们再安装一个:

$ helm plugin install https://github.com/instrumenta/helm-kubeval

下面的屏幕截图显示了前面命令的输出:

Figure 9.23 – Helm plugin install helm-kubeval

图 9.23–helm 插件安装 helm-ku eval

前面的命令，helm plugin install 安装了kubeval插件，该插件根据 Kubernetes 模式验证 Helm 图表。

让我们验证一下之前用helm create创建的nginx图表:

$ helm kubeval nginx

下面的屏幕截图显示了前面命令的输出:

Figure 9.24 – Validating nginx chart with kubeval plugin

图 9.24–使用 kubeval 插件验证 nginx 图表

前面的helm kubeval nginx命令验证了nginx图表——正如我们所看到的，它是绿色的，所以没有问题。这个插件是对helm lint命令的一个很好的补充，两者的组合给你一个很好的工具来检查图表。

现在，我们知道如何用额外的功能扩展 Helm，因为一个工具不可能拥有一切。插件也很容易写，当然你可以在自己的时间里学习。

总结

在本章中，我们学习了如何使用 Helm 来安装、升级、回滚版本、检查图表模板的输出、创建图表、林挺图表以及使用插件扩展 Helm。

Helm 是一个强大的工具，您可以使用它来部署简单和复杂的 Kubernetes 应用。它将帮助您部署真实世界的应用，尤其是有这么多不同的图表可以从许多 Helm 存储库中使用。

在本书的最后一章，我们将为 Docker 用户学习kubectl最佳实践和kubectl命令。