云原生的应用管理中心—Helm详解

1、Helm 背景

在2016年，随着k8s成为编排领域事实上的标准，很多公司的PaaS平台都转向以k8s为基础容器化平台，但是Deis（helm公司）是一个地地道道的PaaS服务商，在这片云原生的红海中步履维艰，幸运的是，凭借敏锐的技术嗅觉最终还是拯救了这个的团队。2016年底，Deis开始全面转向k8s体系，它不像其它公司一样把k8s作为PaaS基础设施工具，而是围绕k8s产生的编排文件做了应用包管理器helm。

我们知道，k8s是工业级的编排平台，要想服务在这个编排平台上运行，编排文件必不可缺，常见的有svc.yaml、config.yaml、deployment.yaml、ingress.yaml,正常情况下服务正常运行起来，要执行四次kubectl apply -f,这个处理起来比较简单，可以通过脚本或者合并编排文件，执行一次启动服务，但是如何管理这些编排文件呢？开发、测试、生产...不同环境运行的编排文件大致相同，但是会有所区别，特别对于微服务场景下，存在大量的服务，很多配置环境配置，比如副本数量、资源配置都是一样的，如何进行管理?且看下文。

2、Helm 介绍

Helm提出了一种非常简单的思路，首先它提出了应用的概念，它把k8s编排文件打包为Chart，而这个Chart对应的正是我们应用安装包。具体格式如下所示：

其中Chart中会存储应用的元信息：

apiVersion: v2
name: hello-world
description: A Helm chart for Kubernetes
# 包类型可以 'application' 或者 'library'
type: application
# chart版本号
version: 0.1.0
# 应用版本号
appVersion: 1.16.0

在template目录下面则存放着我们熟悉的编排文件,比如下面的deployment的编排文件，里面把replicas定义为变量，helm进行注入和渲染。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: hello-world
  labels:
    hello-world
spec:
{{- if not .Values.autoscaling.enabled }}
  replicas: {{ .Values.replicaCount }}
{{- end }}


......

values则提供了默认的参数配置，如下所示：

replicaCount: 1
image:
  repository: nginx
  pullPolicy: IfNotPresent
  # Overrides the image tag whose default is the chart appVersion.
  tag: ""


imagePullSecrets: []
nameOverride: ""
fullnameOverride: ""
......

通过上面的chart，就可以通过修改外层values中的变量，helm把变量注入到模板中，从而完成了配置的修改。你可以直接直接helm install app app/helloword就完成了服务配置的修改和编排文件的启动，当然helm允许你打成压缩包，上传到Helm Hub，别人就可以把Chart应用直接下载，启动。所以Helm Hub成了类似于docker Hub的应用分发中心。成为了云原生技术体系中被广泛使用的开源项目之一。2019 kubeCON大会，Kubernetes、Prometheus、Helm被评为最受关注的开源项目。

3、helm v2和v3版本

最为显著的变化删除了tiller。从上面背景介绍可以看出helm所在公司作为一个PaaS提供商，仍然幻想在PaaS占有一席之地，但是随着k8s的强势崛起，这个梦想也跟随着破灭。另外还有Release名字可缩小至Namespace范围，需要显示启用选项 --generate-name，这进一步规范和完善了Helm应用的名称问题；合并描述应用依赖的requirements.yaml到Chart.yaml，进一步减小用户的学习负担；支持helm push到远端Helm Hub，支持登陆认证；支持在容器镜像 Registry中存储Charts，消除Helm Hub和DockerHub的重合定位,命令方面由helm fetch也改成了helm pull，为下一步像docker pull拉取镜像一样拉取chart做准备；对values.yaml里的内容进行验证等变化。

总而言之，就像python2和python3一样，选择helm3就对了，如果之前使用的v2版本，其实也没关系，helm官方提供的有转换升级工具。

4、安装和测试使用

4.1、安装配置

• 下载 https://github.com/helm/helm/releases

• 解压

  tar xf helm-v3.2.4-linux-amd64.tar.gz & mv linux-amd64/helm /usr/local/bin/helm

• 配置仓库

  helm repo add stable https://kubernetes-charts.storage.googleapis.com/

4.2、测试使用

安装完成helm之后，就可以进行应用的创建，打包和运行。

1. 模板创建

helm create my-app

1. 模板修改

初看helm模板，有点懵，不知怎么回事，而且模板里面用了go的模板语法，仔细分析下就会发现非常简单，请看下图：

这两张图，左边的是deployment.yaml编排模板，右边的是values.yaml，如上图所示deployment中有很多以{{}}包裹起来的变量，这些变量大多是以.Values或者.Chart开头的变量，这些变量都是从Chart.yaml或者values.yaml获取出来的。

例如：上图所示replicas中副本数量没有写在编排文件中，而是定义在了values.yaml中，其中的replicaCount就是Pod运行后的副本数量，同样的，镜像也是一样的方式暴露在values.yaml中。Helm在执行安装的时候，首先会取出values和chart中的值渲染到模板中，然后执行渲染后的k8s编排文件，渲染由Helm帮助我们去做，我们只需要在values中填写变化的配置部分即可。

这部分也是很多人困惑的地方，没有写过这种编排模板语法，甚至连k8s yaml编排文件的格式还没搞明白，忽然上手感觉别扭，虽然helm提供的有创建模板功能，但这种创建的helloword编排文件不能满足自己需求，不要担心，比葫芦画瓢即可。

• 第一步你要先创建一个chart应用；

• 第二步修改镜像中的内容；

• 第三步如果应用和创建简单的helloword编排文件不相符合，举个例子，自己应用是有状态应用，基于statefulset的编排，或者包含各种数据卷定义，执行如下命令，拉取到本地，解压后，模仿下即可。

当然，如何学习和参考chart仓库，建议直接去helm官方学习，具体参考地址如下所示：

https://helm.sh/docs/intro/using_helm/
https://hub.helm.sh

官方网站包含详细安装，如何使用helm完成应用管理。harbor里面会包含常见应用的编排，比如MySQL、redis、ES等等。

1. 打包

打包之前可以先检查下有没有语法上错误，如果没有就可以执行如下命令进行打包。

1. 运行

我们可以执行helm install来安装我们应用，另外使用kubectl查看应用是否正常运行，当然在helm install使用--set来修改values中配置信息，也可以使用新编写一个values.yaml,使用-f命令覆盖压缩包中的values.yaml如上图所示，可以看出Pod已经正启动，而且helm给出友好提示，有些场景下，我们的chart应用是根据别的应用改造而来，这个时候会出现提示语不合适的问题，我们可以通过修改模板下的NOTES.txt订正提示语。当然，应用的打包肯定是周期性进行的，当我们修改镜像或者更改编排文件中的内容的时候，只需要修改下Chart.yaml中的version，然后执行helm upgrade myapp *.tgz即可完成应用的升级。

1. 应用上传

官方提供的有CHARTMUSEUM，通过这个工具可以构建自己的chart仓库，当然也可以复用现有docker harbor，新版本的harbor支持chart压缩包上传与下载，当然也可以使用公有云上镜像仓库，比如：阿里云等这部分不过多赘述。

5、总结

k8s把应用抽象成各种资源对象，通过编排文件的形式体现出来。Helm建立在k8s编排文件之上，把编排文件制作成模板，模板中的配置信息放置到模板之外，在安装过程中动态注入到模板中，从而抽象出了应用的概念即chart，通过chart实现了应用的部署、测试、发布等全生命周期的管理。以上就是我对helm使用过程中的一点心得总结，如有问题或者想深入讨论的同学请关注公众号，加我微信，希望能够帮助到大家，谢谢。

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