k8s包管理工具helm - 介绍和安装

1、Kubernetes 应用部署的挑战

Kubernetes 是一个提供了基于容器的应用集群管理解决方案，Kubernetes 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: 用户定义要部署的应用程序的规则，而 Kubernetes 则负责按照定义的规则部署并运行应用程序。如果应用程序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：定义的应用规则要求部署两个实例（Pod），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则，包括 Pod、Service、Volume、Namespace、ReplicaSet、Deployment、Job等等。一般这些资源对象的定义需要写入一系列的 YAML 文件中，然后通过 Kubernetes 命令行工具 Kubectl 调 Kubernetes API 进行部署。

以一个典型的三层应用 Wordpress 为例，该应用程序就涉及到多个 Kubernetes API 对象，而要描述这些 Kubernetes API 对象就可能要同时维护多个 YAML 文件。
在进行 Kubernetes 软件部署时，我们面临下述几个问题：

• 如何管理、编辑和更新这些这些分散的 Kubernetes 应用配置文件。
• 如何把一套相关的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

2、Helm 是什么

Helm 是 Deis 开发的一个用于 Kubernetes 应用的包管理工具，主要用来管理 Charts。有点类似于 Ubuntu 中的 APT 或 CentOS 中的 YUM。

Helm Chart 是用来封装 Kubernetes 原生应用程序的一系列 YAML 文件。可以在你部署应用的时候自定义应用程序的一些 Metadata，以便于应用程序的分发。

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 后不用需要编写复杂的应用部署文件，可以以简单的方式在 Kubernetes 上查找、安装、升级、回滚、卸载应用程序。
做为 Kubernetes 的一个包管理工具，Helm具有如下功能：
创建新的 chart
chart 打包成 tgz 格式
上传 chart 到 chart 仓库或从仓库中下载 chart
在Kubernetes集群中安装或卸载 chart
管理用Helm安装的 chart 的发布周期

3、Helm 组件及相关术语

本文中讲到的是helm V2最新版本，V3版本也已经发布了beta版，在 Helm 3 中，Tiller 被移除了。

• Helm
  Helm 是一个命令行下的客户端工具。主要用于 Kubernetes 应用程序 Chart 的创建、打包、发布以及创建和管理本地和远程的 Chart 仓库。

• Tiller
  Tiller 是 Helm 的服务端，部署在 Kubernetes 集群中。Tiller 用于接收 Helm 的请求，并根据 Chart 生成 Kubernetes 的部署文件（ Helm 称为 Release ），然后提交给 Kubernetes 创建应用。Tiller 还提供了 Release 的升级、删除、回滚等一系列功能。

• Chart
  包含了创建Kubernetes的一个应用实例的必要信息，Helm 的软件包，采用 TAR 格式。类似于 APT 的 DEB 包或者 YUM 的 RPM 包，其包含了一组定义 Kubernetes 资源相关的 YAML 文件。

• Repoistory
  Helm 的软件仓库，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。

• Release
  是一个 chart 及其配置的一个运行实例，使用 helm install 命令在 Kubernetes 集群中部署的 Chart 称为 Release。

4、Helm 工作原理

• Chart Install 过程
  Helm 从指定的目录或者 TAR 文件中解析出 Chart 结构信息。
  Helm 将指定的 Chart 结构和 Values 信息通过 gRPC 传递给 Tiller。
  Tiller 根据 Chart 和 Values 生成一个 Release。
  Tiller 将 Release 发送给 Kubernetes 用于生成 Release。

• Chart Update 过程
  Helm 从指定的目录或者 TAR 文件中解析出 Chart 结构信息。
  Helm 将需要更新的 Release 的名称、Chart 结构和 Values 信息传递给 Tiller。
  Tiller 生成 Release 并更新指定名称的 Release 的 History。
  Tiller 将 Release 发送给 Kubernetes 用于更新 Release。

• Chart Rollback 过程
  Helm 将要回滚的 Release 的名称传递给 Tiller。
  Tiller 根据 Release 的名称查找 History。
  Tiller 从 History 中获取上一个 Release。
  Tiller 将上一个 Release 发送给 Kubernetes 用于替换当前 Release。

• Chart 处理依赖说明
  Tiller 在处理 Chart 时，直接将 Chart 以及其依赖的所有 Charts 合并为一个 Release，同时传递给 Kubernetes。因此 Tiller 并不负责管理依赖之间的启动顺序。Chart 中的应用需要能够自行处理依赖关系。

Helm Client 是用户命令行工具，其主要负责如下：

• 本地 chart 开发
• 仓库管理
• 与 Tiller sever 交互
• 发送预安装的 chart
• 查询 release 信息
• 要求升级或卸载已存在的 release

Tiller Server是一个部署在Kubernetes集群内部的 server，其与 Helm client、Kubernetes API server 进行交互。Tiller server 主要负责如下：
监听来自 Helm client 的请求
通过 chart 及其配置构建一次发布
安装 chart 到Kubernetes集群，并跟踪随后的发布
通过与Kubernetes交互升级或卸载 chart
简单的说，client 管理 charts，而 server 管理发布 release

5、Helm 安装

5.1 客户端安装

客户端二进制文件下载地址：https://github.com/helm/helm/releases
解压后将可执行文件helm拷贝到/usr/local/bin目录下即可，这样Helm客户端就在这台机器上安装完成了。

[root@master01 helm-soft]# mv linux-amd64/helm /usr/local/bin/
[root@master01 helm-soft]# helm version
Client: &version.Version{SemVer:"v2.14.3", GitCommit:"0e7f3b6637f7af8fcfddb3d2941fcc7cbebb0085", GitTreeState:"clean"}
Error: could not find tiller

5.2 安装服务端 Tiller

Tiller 是以 Deployment 方式部署在 Kubernetes 集群中的，只需使用以下指令便可简单的完成安装，使用阿里云镜像安装并把默认仓库设置为阿里云上的镜像仓库

[root@master01 helm-soft]# helm init --upgrade --tiller-image registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/tiller:v2.14.3 --stable-repo-url https://kubernetes.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/charts
$HELM_HOME has been configured at /root/.helm.

Tiller (the Helm server-side component) has been installed into your Kubernetes Cluster.
Happy Helming!
[root@master01 helm-soft]# kubectl get pods -n kube-system |grep tiller-deploy
tiller-deploy-6d99bc8567-zv9q8          1/1     Running   0          2m33s
[root@master01 helm-soft]# helm version
Client: &version.Version{SemVer:"v2.14.3", GitCommit:"0e7f3b6637f7af8fcfddb3d2941fcc7cbebb0085", GitTreeState:"clean"}
Server: &version.Version{SemVer:"v2.14.3", GitCommit:"0e7f3b6637f7af8fcfddb3d2941fcc7cbebb0085", GitTreeState:"clean"}

如果在初始化时报错

Error: cannot connect to Tiller

解决方法为在节点执行

yum install -y socat

5.3 给 Tiller 授权

因为 Helm 的服务端 Tiller 是一个部署在 Kubernetes 中 Kube-System Namespace 下 的 Deployment，它会去连接 Kube-Api 在 Kubernetes 里创建和删除应用。
而从 Kubernetes 1.6 版本开始，API Server 启用了 RBAC 授权。目前的 Tiller 部署时默认没有定义授权的 ServiceAccount，这会导致访问 API Server 时被拒绝。所以我们需要明确为 Tiller 部署添加授权。详细内容可见https://docs.helm.sh/using_helm/#role-based-access-control

[root@master01 helm]# pwd
/root/manifest/helm
[root@master01 helm]# vim rbac.yaml
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: tiller
  namespace: kube-system
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: tiller
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: cluster-admin
subjects:
  - kind: ServiceAccount
    name: tiller
    namespace: kube-system
[root@master01 helm]# kubectl create -f rbac.yaml 
serviceaccount/tiller created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/tiller created    

使用 kubectl patch 更新 API 对象，给 Tiller 打上一个 ServiceAccount 的补丁

[root@master01 helm]# kubectl patch deploy --namespace kube-system tiller-deploy -p '{"spec":{"template":{"spec":{"serviceAccount":"tiller"}}}}'
deployment.extensions/tiller-deploy patched

查看授权是否成功

[root@master01 helm]# kubectl get deploy --namespace kube-system   tiller-deploy  --output yaml|grep  serviceAccount
      serviceAccount: tiller
      serviceAccountName: tiller

卸载 Helm 服务器端 Tiller
如果你需要在 Kubernetes 中卸载已部署的 Tiller，可使用命令helm reset完成卸载。

5.4 Helm 命令补全

命令自动补全
为了方便 helm 命令的使用，Helm 提供了自动补全功能
如果使用 ZSH 请执行

$ source <(helm completion zsh)

如果使用 BASH 请执行

$ source <(helm completion bash)
$ echo "source <(helm completion bash)" >> ~/.bashrc

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