• Helm v3


    为什么需要Helm?

    K8S上的应用对象,都是由特定的资源描述组成,包括deployment、service等。都保存各自文件中或者集中写到一个配置文件。然后kubectl apply –f 部署。

    如果应用只由一个或几个这样的服务组成,上面部署方式足够了。

    而对于一个复杂的应用,会有很多类似上面的资源描述文件,例如微服务架构应用,组成应用的服务可能多达十个,几十个。如果有更新或回滚应用的需求,可能要修改和维护所涉及的大量资源文件,而这种组织和管理应用的方式就显得力不从心了。

    且由于缺少对发布过的应用版本管理和控制,使Kubernetes上的应用维护和更新等面临诸多的挑战,主要面临以下问题:

    1. 如何将这些服务作为一个整体管理

    2. 这些资源文件如何高效复用

    3. 不支持应用级别的版本管理

    Helm 介绍

    Helm是一个Kubernetes的包管理工具,就像Linux下的包管理器,如yum/apt等,可以很方便的将之前打包好的yaml文件部署到kubernetes上。

    Helm有3个重要概念:

    • helm:一个命令行客户端工具,主要用于Kubernetes应用chart的创建、打包、发布和管理。

    • Chart:应用描述,一系列用于描述 k8s 资源相关文件的集合。

    • Release:基于Chart的部署实体,一个 chart 被 Helm 运行后将会生成对应的一个 release;将在k8s中创建出真实运行的资源对象。

    Helm v3 变化

    2019年11月13日, Helm团队发布 Helm v3的第一个稳定版本。

    该版本主要变化如下:

    架构变化:

    1、最明显的变化是 Tiller的删除

     

    2、Release名称可以在不同命名空间重用

    3、支持将 Chart 推送至 Docker 镜像仓库中

    4、使用JSONSchema验证chart values

    5、其他

    Helm客户端
    部署helm客户端

    Helm客户端下载地址:https://github.com/helm/helm/releases

    解压移动到/usr/bin/目录即可。

    wget https://get.helm.sh/helm-vv3.2.1-linux-amd64.tar.gz
    tar zxvf helm-v3.2.1-linux-amd64.tar.gz 
    mv linux-amd64/helm /usr/bin/

    helm常用命令

    命令描述
    create 创建一个chart并指定名字
    dependency 管理chart依赖
    get 下载一个release。可用子命令:all、hooks、manifest、notes、values
    history 获取release历史
    install 安装一个chart
    list 列出release
    package 将chart目录打包到chart存档文件中
    pull 从远程仓库中下载chart并解压到本地 # helm pull stable/mysql --untar
    repo 添加,列出,移除,更新和索引chart仓库。可用子命令:add、index、list、remove、update
    rollback 从之前版本回滚
    search 根据关键字搜索chart。可用子命令:hub、repo
    show 查看chart详细信息。可用子命令:all、chart、readme、values
    status 显示已命名版本的状态
    template 本地呈现模板
    uninstall 卸载一个release
    upgrade 更新一个release
    version

    查看helm客户端版本

    配置国内chart仓库

    添加存储库

    helm repo add stable http://mirror.azure.cn/kubernetes/charts
    helm repo add aliyun https://kubernetes.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/charts 
    helm repo update

    查看配置的存储库

    helm repo list
    helm search repo stable

    删除存储库:

    helm repo remove aliyun
    helm基本使用

    主要介绍三个命令:

    • chart install

    • chart upgrade

    • chart rollback

    使用chart部署一个应用
    #查找chart
    # helm search repo weave
    NAME                  CHART VERSION    APP VERSION    DESCRIPTION                                       
    aliyun/weave-cloud    0.1.2                           Weave Cloud is a add-on to Kubernetes which pro...
    aliyun/weave-scope    0.9.2            1.6.5          A Helm chart for the Weave Scope cluster visual...
    stable/weave-cloud    0.3.7            1.4.0          Weave Cloud is a add-on to Kubernetes which pro...
    stable/weave-scope    1.1.10           1.12.0         A Helm chart for the Weave Scope cluster visual...
    
    #查看chrt信息
    # helm show chart stable/mysql
    
    #安装包
    # helm install ui stable/weave-scope
    
    #查看发布状态
    # helm list
    NAME    NAMESPACE    REVISION    UPDATED                                    STATUS      CHART                 APP VERSION
    ui      default      1           2020-05-28 17:45:01.696109626 +0800 CST    deployed    weave-scope-1.1.10    1.12.0     
    [root@k8s-master ~]# helm status ui
    NAME: ui
    LAST DEPLOYED: Thu May 28 17:45:01 2020
    NAMESPACE: default
    STATUS: deployed
    REVISION: 1
    NOTES:
    You should now be able to access the Scope frontend in your web browser, by
    using kubectl port-forward:
    
    kubectl -n default port-forward $(kubectl -n default get endpoints 
    ui-weave-scope -o jsonpath='{.subsets[0].addresses[0].targetRef.name}') 8080:4040
    
    then browsing to http://localhost:8080/.
    For more details on using Weave Scope, see the Weave Scope documentation:
    
    https://www.weave.works/docs/scope/latest/introducing/

    #修改service Type: NodePort 即可访问ui
    安装前自定义chart配置选项

    自定义选项是因为并不是所有的chart都能按照默认配置运行成功,可能会需要一些环境依赖,例如PV。

    所以我们需要自定义chart配置选项,安装过程中有两种方法可以传递配置数据:

    • --values(或-f):指定带有覆盖的YAML文件。这可以多次指定,最右边的文件优先

    • --set:在命令行上指定替代。如果两者都用,--set优先级高

    --values使用,先将修改的变量写到一个文件中

    # helm show values stable/mysql
    # cat config.yaml 
    persistence:
      enabled: true
      storageClass: "managed-nfs-storage"
      accessMode: ReadWriteOnce
      size: 8Gi
    mysqlUser: "k8s"
    mysqlPassword: "123456"
    mysqlDatabase: "k8s"
    # helm install db -f config.yaml stable/mysql
    # kubectl get pods
    NAME                                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
    db-mysql-57485b68dc-4xjhv                 1/1     Running   0          8m51s
    
    # kubectl run -it db-client --rm --restart=Never --image=mysql:5.7 -- bash
    If you don't see a command prompt, try pressing enter.
    root@db-client:/# mysql -hdb-mysql -uk8s -p123456
    mysql: [Warning] Using a password on the command line interface can be insecure.
    Welcome to the MySQL monitor.  Commands end with ; or g.
    Your MySQL connection id is 36
    Server version: 5.7.30 MySQL Community Server (GPL)
    
    Copyright (c) 2000, 2020, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.
    
    Oracle is a registered trademark of Oracle Corporation and/or its
    affiliates. Other names may be trademarks of their respective
    owners.
    
    Type 'help;' or 'h' for help. Type 'c' to clear the current input statement.
    mysql> show databases;
    +--------------------+
    | Database           |
    +--------------------+
    | information_schema |
    | k8s                |
    +--------------------+

    以上将创建具有名称的默认MySQL用户k8s,并授予此用户访问新创建的k8s数据库的权限,但将接受该图表的所有其余默认值。

    命令行替代变量:

    # helm install db --set persistence.storageClass="managed-nfs-storage" stable/mysql

    也可以把chart包下载下来查看详情:

    # helm pull stable/mysql --untar

    values yaml与set使用:

     

    该helm install命令可以从多个来源安装:

    构建一个Helm Chart

    # helm create mychart
    Creating mychart
    # tree mychart/
    mychart/
    ├── charts
    ├── Chart.yaml
    ├── templates
    │   ├── deployment.yaml
    │   ├── _helpers.tpl
    │   ├── ingress.yaml
    │   ├── NOTES.txt
    │   └── service.yaml
    └── values.yaml
    • Chart.yaml:用于描述这个 Chart的基本信息,包括名字、描述信息以及版本等。

    • values.yaml :用于存储 templates 目录中模板文件中用到变量的值。

    • Templates: 目录里面存放所有yaml模板文件。

    • charts:目录里存放这个chart依赖的所有子chart。

    • NOTES.txt :用于介绍Chart帮助信息, helm install 部署后展示给用户。例如:如何使用这个 Chart、列出缺省的设置等。

    • _helpers.tpl:放置模板助手的地方,可以在整个 chart 中重复使用

    创建Chart后,接下来就是将其部署:

    helm install web mychart/

    也可以打包推送的charts仓库共享别人使用。

    # helm package mychart/
    mychart-0.1.0.tgz
    chart模板

    Helm最核心的就是模板,即模板化的K8S manifests文件。

    它本质上就是一个Go的template模板。Helm在Go template模板的基础上,还会增加很多东西。如一些自定义的元数据信息、扩展的库以及一些类似于编程形式的工作流,例如条件语句、管道等等。这些东西都会使得我们的模板变得更加丰富。

    有了模板,我们怎么把我们的配置融入进去呢?用的就是这个values文件。这两部分内容其实就是chart的核心功能。

    接下来,部署nginx应用,熟悉模板使用

    # helm create nginx
    # vim nginx/Chart.yaml 
    apiVersion: v2
    name: nginx
    description: A Helm chart for Kubernetes
    type: application
    version: 0.1.0
    appVersion: 1.15
    
    # vim nginx/values.yaml
    replicas: 3
    image: nginx
    tag: 1.15
    serviceport: 80
    targetport: 80
    label: nginx
    
    # vim nginx/templates/NOTES.txt 
    hello
    
    # vim nginx/templates/deployment.yaml 
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    metadata:
      labels:
        app: {{ .Values.label }}
      name: {{ .Release.Name }}
    spec:
      replicas: {{ .Values.replicas }}
      selector:
        matchLabels:
          app: {{ .Values.label }}
      template:
        metadata:
          labels:
            app: {{ .Values.label }}
        spec:
          containers:
          - image: {{ .Values.image }}:{{ .Values.tag }}
            name: web
    
    # vim nginx/templates/service.yaml 
    apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      labels:
        app: {{ .Values.label }}
      name: {{ .Release.Name }}
    spec:
      ports:
      - port: {{ .Values.serviceport }}
        protocol: TCP
        targetPort: {{ .Values.targetport }}
      selector:
        app: {{ .Values.label }}
      type: NodePort
    
    #查看实际的模板被渲染过后的资源文件
    # helm get manifest web
    # helm install web nginx/
    NAME: web
    LAST DEPLOYED: Fri May 29 16:09:46 2020
    NAMESPACE: default
    STATUS: deployed
    REVISION: 1
    TEST SUITE: None
    NOTES:
    hello
    # helm list
    NAME    NAMESPACE    REVISION    UPDATED                                    STATUS      CHART          APP VERSION
    web     default      1           2020-05-29 16:09:46.608457282 +0800 CST    deployed    nginx-0.1.0    1.15
    # kubectl get pod
    NAME                                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
    web-5675686b8-7wtqk                       1/1     Running   0          25s
    web-5675686b8-f72hk                       1/1     Running   0          25s
    web-5675686b8-k4kqr                       1/1     Running   0          25s

    这个deployment就是一个Go template的模板,这里定义的Release模板对象属于Helm内置的一种对象,是从values文件中读取出来的。这样一来,我们可以将需要变化的地方都定义变量。

    调试

    Helm也提供了--dry-run --debug调试参数,帮助你验证模板正确性。在执行helm install时候带上这两个参数就可以把对应的values值和渲染的资源清单打印出来,而不会真正的去部署一个release。

    比如我们来调试上面创建的 chart 包:

    # helm install web --dry-run nginx/
    内置对象

    刚刚我们使用 {{.Release.Name}}将 release 的名称插入到模板中。这里的 Release 就是 Helm 的内置对象,下面是一些常用的内置对象:

    Release.Namerelease 名称
    Release.Name release 名字
    Release.Namespace release 命名空间
    Release.Service release 服务的名称
    Release.Revision release 修订版本号,从1开始累加
    Values

    Values对象是为Chart模板提供值,这个对象的值有4个来源:

    • chart 包中的 values.yaml 文件

    • 父 chart 包的 values.yaml 文件

    • 通过 helm install 或者 helm upgrade 的 -f或者 --values参数传入的自定义的 yaml 文件

    • 通过 --set 参数传入的值

    chart 的 values.yaml 提供的值可以被用户提供的 values 文件覆盖,而该文件同样可以被 --set提供的参数所覆盖。

    # helm upgrade web --set replicas=5 nginx/
    Release "web" has been upgraded. Happy Helming!
    NAME: web
    LAST DEPLOYED: Fri May 29 16:34:17 2020
    NAMESPACE: default
    STATUS: deployed
    REVISION: 2
    TEST SUITE: None
    NOTES:
    hello
    
    # helm history web
    REVISION    UPDATED                     STATUS        CHART          APP VERSION    DESCRIPTION     
    1           Fri May 29 16:33:56 2020    superseded    nginx-0.1.0    1.15           Install complete
    2           Fri May 29 16:34:17 2020    deployed      nginx-0.1.0    1.15           Upgrade complete
    
    # kubectl get pod
    NAME                                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
    web-5675686b8-7n7bg                       1/1     Running   0          54s
    web-5675686b8-9vf28                       1/1     Running   0          33s
    web-5675686b8-9wkgz                       1/1     Running   0          54s
    web-5675686b8-jdrhr                       1/1     Running   0          54s
    web-5675686b8-rrrxc                       1/1     Running   0          33s
    升级、回滚和删除

    发布新版本的chart时,或者当您要更改发布的配置时,可以使用该helm upgrade 命令。

    # helm upgrade --set imageTag=1.17 web nginx
    # helm upgrade -f values.yaml web nginx

    如果在发布后没有达到预期的效果,则可以使用helm rollback回滚到之前的版本。

    例如将应用回滚到第一个版本:

    # helm rollback web 1

    卸载发行版,请使用以下helm uninstall命令:

    # helm uninstall web

    查看历史版本配置信息

    # helm get all --revision 1 web
     管道与函数

    前面讲的模块,其实就是将值传给模板引擎进行渲染,模板引擎还支持对拿到数据进行二次处理。

    例如从.Values中读取的值变成字符串,可以使用quote函数实现:

    # vi templates/deployment.yaml
    app: {{ quote .Values.label.app }}
    # helm install --dry-run web ../mychart/ 
            project: ms
            app: "nginx"

    quote .Values.label.app 将后面的值作为参数传递给quote函数。

    模板函数调用语法为:functionName arg1 arg2...

    另外还会经常使用一个default函数,该函数允许在模板中指定默认值,以防止该值被忽略掉。

    例如忘记定义,执行helm install 会因为缺少字段无法创建资源,这时就可以定义一个默认值。

    # cat values.yaml 
    replicas: 2
    # cat templates/deployment.yaml 
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    metadata:
      name: {{ .Release.Name }}-deployment
    - name: {{ .Values.name | default "nginx" }}

    其他函数:

    缩进:{{ .Values.resources | indent 12 }}

    大写:{{ upper .Values.resources }}

    首字母大写:{{ title .Values.resources }}

    流程控制

    流程控制是为模板提供了一种能力,满足更复杂的数据逻辑处理。

    Helm模板语言提供以下流程控制语句:

    • if/else 条件块

    • with 指定范围

    • range 循环块

    if

    if/else块是用于在模板中有条件地包含文本块的方法,条件块的基本结构如下:

    {{ if PIPELINE }}
      # Do something
    {{ else if OTHER PIPELINE }}
      # Do something else
    {{ else }}
      # Default case
    {{ end }}

    示例

    # cat values.yaml 
    devops: k8
    
    # cat templates/deployment.yaml 
    ...
      template:
        metadata:
          labels:
            app: nginx
            {{ if eq .Values.devops "k8s" }}
            devops: 123
            {{ else }}
            devops: 456
            {{ end }}

    在上面条件语句使用了eq运算符判断是否相等,除此之外,还支持neltgtandor等运算符。

    注意数据类型。

    通过模板引擎来渲染一下,会得到如下结果:

    # helm install --dry-run web ../mychart/ 
    ...
          labels:
            app: nginx
            
            devops: 456

    可以看到渲染出来会有多余的空行,这是因为当模板引擎运行时,会将控制指令删除,所有之前占的位置也就空白了,需要使用{{- if ...}} 的方式消除此空行:

    # cat templates/deploymemt.yaml
    ...
            env:
            {{- if eq .Values.env.hello "world" }}
              - name: hello
                value: 123
            {{- end }}

    现在是不是没有多余的空格了,如果使用-}}需谨慎,比如上面模板文件中:

    # cat templates/deploymemt.yaml
    ...
           env:
            {{- if eq .Values.env.hello "world" -}}
               - hello: true
            {{- end }}

    这会渲染成:

            env:- hello: true

    因为-}}它删除了双方的换行符。

    条件判断就是判断条件是否为真,如果值为以下几种情况则为false:

    • 一个布尔类型的 false

    • 一个数字

    • 一个 的字符串

    • 一个空的集合( mapslicetupledictarray

    除了上面的这些情况外,其他所有条件都为

    例如,判断一个空的数组

    # cat values.yaml 
    resources: {}
      # limits:
      #   cpu: 100m
      #   memory: 128Mi
      # requests:
      #   cpu: 100m
      #   memory: 128Mi
    
    # cat templates/deploymemt.yaml
    ...
        spec:
          containers:
          - image: nginx:1.16
            name: nginx
            {{- if .Values.resources }}
            resources:
    {{ toYaml .Values.resources | indent 10 }}
            {{- end }}

    例如,判断一个布尔值

    # cat values.yaml 
    service:
      type: ClusterIP
      port: 80
    
    ingress:
      enabled: true 
      host: example.ctnrs.com
    
    # cat templates/ingress.yaml 
    {{- if .Values.ingress.enabled -}}
    apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1
    kind: Ingress
    metadata:
      name: {{ .Release.Name }}-ingress
    spec:
      rules:
      - host: {{ .Values.ingress.host }}
        http:
          paths:
          - path: /
            backend:
              serviceName: {{ .Release.Name }}
              servicePort: {{ .Values.service.port }}
    {{ end }}
    range

    在 Helm 模板语言中,使用 range关键字来进行循环操作。

    我们在 values.yaml文件中添加上一个变量列表:

    # cat values.yaml 
    test:
      - 1
      - 2
      - 3

    循环打印该列表:

    apiVersion: v1
    kind: ConfigMap
    metadata:
      name: {{ .Release.Name }}
    data:
      test: |
      {{- range .Values.test }}
        {{ . }}
      {{- end }}

    循环内部我们使用的是一个 .,这是因为当前的作用域就在当前循环内,这个 .引用的当前读取的元素。

    with

    with :控制变量作用域。

    还记得之前我们的 {{.Release.xxx}}或者 {{.Values.xxx}}吗?其中的 .就是表示对当前范围的引用, .Values就是告诉模板在当前范围中查找 Values对象的值。而 with语句就可以来控制变量的作用域范围,其语法和一个简单的 if语句比较类似:

    {{ with PIPELINE }}
      #  restricted scope
    {{ end }}

    with语句可以允许将当前范围 .设置为特定的对象,比如我们前面一直使用的 .Values.label,我们可以使用 with来将 .范围指向 .Values.label

    # cat values.yaml 
    ...
    nodeSelector:
      team: a
      gpu: yes
    
    # cat templates/deployment.yaml 
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    metadata:
      name: {{ .Release.Name }}-deployment
    spec:
      replicas: 1
      selector:
        matchLabels:
          app: nginx
      template:
        metadata:
          labels:
            app: nginx
        spec:
          {{- with .Values.nodeSelector }}
          nodeSelector:
            team: {{ .team }}
            gpu: {{ .gpu }}
          {{- end }}
          containers:
          - image: nginx:1.16
            name: nginx

    优化后:

          {{- with .Values.nodeSelector }}
          nodeSelector:
            {{- toYaml . | nindent 8 }}
          {{- end }}

    上面增加了一个{{- with .Values.nodeSelector}} xxx {{- end }}的一个块,这样的话就可以在当前的块里面直接引用 .team.gpu了。

    with是一个循环构造。使用.Values.nodeSelector中的值:将其转换为Yaml。

    toYaml之后的点是循环中.Values.nodeSelector的当前值

    变量

    变量,在模板中,使用变量的场合不多,但我们将看到如何使用它来简化代码,并更好地利用with和range。

    问题1:获取数组键值

    # cat ../values.yaml
    env:
      NAME: "gateway"
      JAVA_OPTS: "-Xmx1G"
      
    # cat deployment.yaml 
    ...
            env:
            {{- range $k, $v := .Values.env }}
               - name: {{ $k }}
                 value: {{ $v | quote }}
            {{- end }}

    结果如下

        env:
           - name: JAVA_OPTS
             value: "-Xmx1G"
           - name: NAME
             value: "gateway"

    上面在 range循环中使用 $key$value两个变量来接收后面列表循环的键和值

    问题2:with中不能使用内置对象

    with语句块内不能再 .Release.Name对象,否则报错。

    我们可以将该对象赋值给一个变量可以来解决这个问题:

    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    metadata:
      name: {{ .Release.Name }}-deployment
    spec:
      replicas: {{ .Values.replicas }}
      template:
        metadata:
          labels:
            project: {{ .Values.label.project }}
            app: {{ quote .Values.label.app }}
          {{- with .Values.label }}
            project: {{ .project }}
            app: {{ .app }}
            release: {{ .Release.Name }}
          {{- end }}

    上面会出错

          {{- $releaseName := .Release.Name -}}
          {{- with .Values.label }}
            project: {{ .project }}
            app: {{ .app }}
            release: {{ $releaseName }}
            # 或者可以使用$符号,引入全局命名空间
            release: {{ $.Release.Name }}
          {{- end }}

    可以看到在 with语句上面增加了一句 {{-$releaseName:=.Release.Name-}},其中 $releaseName就是后面的对象的一个引用变量,它的形式就是 $name,赋值操作使用 :=,这样 with语句块内部的 $releaseName变量仍然指向的是 .Release.Name

    命名模板

    需要复用代码的地方用。

    命名模板:使用define定义,template引入,在templates目录中默认下划线开头的文件为公共模板(helpers.tpl)

    # cat _helpers.tpl
    {{- define "demo.fullname" -}}
    {{- .Chart.Name -}}-{{ .Release.Name }}
    {{- end -}}
    
    # cat deployment.yaml 
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    metadata:
      name: {{ template "demo.fullname" . }}
    ...

    template指令是将一个模板包含在另一个模板中的方法。但是,template函数不能用于Go模板管道。为了解决该问题,增加include功能。

    # cat _helpers.tpl
    {{- define "demo.labels" -}}
    app: {{ template "demo.fullname" . }}
    chart: "{{ .Chart.Name }}-{{ .Chart.Version }}"
    release: "{{ .Release.Name }}"
    {{- end -}}
    
    # cat deployment.yaml 
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    metadata:
      name: {{ include "demo.fullname" . }}
      labels:
        {{- include "demo.labels" . | nindent 4 }}
    ...

    上面包含一个名为 demo.labels 的模板,然后将值 . 传递给模板,最后将该模板的输出传递给 nindent 函数。

    开发自己的chart

    1、先创建模板

    2、修改Chart.yaml,Values.yaml,添加常用的变量

    3、在templates目录下创建部署镜像所需要的yaml文件,并变量引用yaml里经常变动的字段

    使用Harbor作为Chart仓库

    启用Harbor的Chart仓库服务

    # ./install.sh --with-chartmuseum

    安装push插件

    helm plugin install https://github.com/chartmuseum/helm-push

    添加repo

    # helm repo add --username admin --password Harbor12345 myrepo http://192.168.0.241/chartrepo/library

    推送到harbor仓库

    # helm push mysql-1.4.0.tgz --username=admin --password=Harbor12345 http://192.168.0.241/chartrepo/library
    # helm install web --version 1.4.0 myrepo/demo
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