DockOne微信分享(一六九):Helm:强大的Kubernetes包管理工具


【编者的话】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。
1.png

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。
2.png

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的一个关于Go模板的介绍
  • 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: v1
description: A simple api for testing and debugging
name: testapi-chart
version: 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: 2
image:
repository: daemonza/testapi
tag: latest
pullPolicy: IfNotPresent
service:
name: testapi
type: ClusterIP
externalPort: 80
internalPort: 80
resources:
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 recommended

1 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 directory
Saved /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 testapi
No 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 list
NAME    URL
stable  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 testapi

NAME                    CHART VERSION   APP VERSION     DESCRIPTION
local/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:   testapi
LAST DEPLOYED: Mon Apr 16 10:21:44 2018
NAMESPACE: default
STATUS: DEPLOYED

RESOURCES:
==> v1/Service
NAME                   TYPE       CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP  PORT(S)  AGE
testapi-testapi-chart  ClusterIP  10.43.121.84  <none>       80/TCP   0s

==> v1beta1/Deployment
NAME                   DESIRED  CURRENT  UP-TO-DATE  AVAILABLE  AGE
testapi-testapi-chart  1        1        1           0          0s

==> v1/Pod(related)
NAME                                   READY  STATUS   RESTARTS  AGE
testapi-testapi-chart-9897d9f8c-nn6wd  0/1    Pending  0         0s


NOTES:
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                   NAMESPACE
testapi 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 -l
NAME                    CHART VERSION   APP VERSION     DESCRIPTION
local/testapi-chart     0.0.1                           A Helm chart for Kubernetes
local/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 list
NAME    REVISION        UPDATED                         STATUS          CHART                   NAMESPACE
testapi 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 testapi
REVISION        UPDATED                         STATUS          CHART                   DESCRIPTION
1               Mon Apr 16 10:21:44 2018        SUPERSEDED      testapi-chart-0.0.1     Install complete
2               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:
3.png
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。
以上内容根据2018年4月24日晚微信群分享内容整理。 分享人赵化冰,开源软件爱好者,目前在NFV&SDN编排开源社区ONAP担任MSB项目负责人,致力于高性能,高可用微服务架构在编排领域的应用。DockOne每周都会组织定向的技术分享,欢迎感兴趣的同学加微信:liyingjiesa,进群参与,您有想听的话题或者想分享的话题都可以给我们留言。

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