Kubernetes—Helm3

1.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

2.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有两个重要概念：
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。

3.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：
（1）架构变化
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
①为了更好地协调其他包管理者的措辞 Helm CLI个别更名
helm delete更名为helm uninstall
helm inspect更名为helm show
helm fetch更名为helm pull
但以上旧的命令当前仍能使用。
②移除了用于本地临时搭建 Chart Repository的 helm serve 命令。
③自动创建名称空间
在不存在的命名空间中创建发行版时，Helm 2创建了命名空间。Helm 3遵循其他Kubernetes对象的行为，如果命名空间不存在则返回错误。
④不再需要requirements.yaml, 依赖关系是直接在chart.yaml中定义。

4.Helm客户端

（1）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-v3.0.0-linux-amd64.tar.gz
tar zxvf helm-v3.0.0-linux-amd64.tar.gz
mv linux-amd64/helm /usr/bin/
（2）Helm常用命令

（3）配置国内Chart仓库
微软仓库（http://mirror.azure.cn/kubernetes/charts/）这个仓库强烈推荐，基本上官网有的chart这里都有。
阿里云仓库（https://kubernetes.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/charts ）
官方仓库（https://hub.kubeapps.com/charts/incubator）官方chart仓库，国内有点不好使。

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
一直在stable存储库中安装charts，你可以配置其他存储库。
删除存储库：
helm repo remove aliyun

5.Helm基本使用

主要介绍三个命令：
chart install
chart update
chart rollback
（1）使用chart部署一个应用
查找chart：
# helm search repo
# helm search repo mysql
为什么mariadb也在列表中？因为他和mysql有关。
查看chart信息：
# helm show chart stable/mysql
安装包：
# helm install db stable/mysql**
查看发布状态：
# helm status db
（2）安装前自定义chart配置选项
上面部署的mysql并没有成功，这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

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：
chart存储库
本地chart存档（helm install foo-0.1.1.tgz）
chart目录（helm install path/to/foo）
完整的URL（helm install https://example.com/charts/foo-1.2.3.tgz）
（3）构建一个Helm Chart

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 demo/
也可以打包推送的charts仓库共享别人使用。
# helm package demo/
demo-0.1.0.tgz
（4）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 demo
helm upgrade -f values.yaml web demo
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 2
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 --revision 1 web

6.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。
（1）模板
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。
# rm -rf mychart/templates/*
# vi templates/deployment.yaml

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apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: {{ .Release.Name }}-deployment
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - image: nginx:1.16
        name: nginx

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。
再执行helm install chart 可以看到现在生成的名称变成了web-deployment，证明已经生效了。也可以使用命令helm get manifest查看最终生成的文件内容。
（2）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 web2 --dry-run /root/demo
（3）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：

（4）Values
Values对象是为Chart模板提供值，这个对象的值有4个来源：
1.chart 包中的 values.yaml 文件
2.父 chart 包的 values.yaml 文件
3.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
4.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。
这里我们来重新编辑 mychart/values.yaml 文件，将默认的值全部清空，然后添加一个副本数：
# cat values.yaml

replicas: 3
image: "nginx"
imageTag: "1.17"

# cat templates/deployment.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: {{ .Release.Name }}-deployment
spec:
  replicas: {{ .Values.replicas }}
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - image: {{ .Values.image }}:{{ .Values.imageTag }}
        name: nginx

查看渲染结果：
# helm install --dry-run web …/demo/
values 文件也可以包含结构化内容，例如：
# cat values.yaml

...
label:
  project: ms
  app: nginx

# cat templates/deployment.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: {{ .Release.Name }}-deployment 
spec:
  replicas: {{ .Values.replicas }} 
  selector:
    matchLabels:
      project: {{ .Values.label.project }}
      app: {{ .Values.label.app }}
  template:
    metadata:
      labels:
        project: {{ .Values.label.project }}
        app: {{ .Values.label.app }}
    spec:
      containers:
      - image: {{ .Values.image }}:{{ .Values.imageTag }} 
        name: nginx

查看渲染结果：
# helm install --dry-run web …/demo/
（5）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 }}

7.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
（1）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 }}

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 假
一个数字 零
一个 空的字符串
一个 nil（空或 null）
一个空的集合（ map、 slice、 tuple、 dict、 array）
除了上面的这些情况外，其他所有条件都为 真。
例如，如果.Values.env.hello值为world，则值为hello: true
# cat values.yaml

replicas: 2
label:
  project: ms
  app: product
env:
  hello: "world"

# cat templates/deploymemt.yaml

env:
{{ if eq .Values.env.hello "world" }}
  - name: hello
    value: 123
{{ end }}

其中运算符 eq是判断是否相等的操作，除此之外，还有 ne、 lt、 gt、 and、 or等运算符。
通过模板引擎来渲染一下，会得到如下结果：
# helm install --dry-run web …/mychart/

...
        env:
        
          - name: hello
            value: 123

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。
（2）With
with ：控制变量作用域。
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：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: {{ .Values.name | default "web" }}
spec:
  replicas: {{ .Values.replicas }}
  selector:
    matchLabels:
      project: {{ .Values.label.project }}
      app: {{ .Values.label.app }}
  template:
    metadata:
      labels:
        project: {{ .Values.label.project }}
        app: {{ .Values.label.app }}
      {{- with .Values.label }}
        project: {{ .project }}
        app: {{ .app }}
      {{- end }}  

上面增加了一个{{- with .Values.label }} xxx {{- end }}的一个块，这样的话就可以在当前的块里面直接引用 .project和 .app了。
需要注意的在 with声明的范围内，将无法从父范围访问到其他对象了，比如：

{{- with .Values.label }}
project: {{ .project }}
app: {{ .app }}
{{ .Release.Name }}
{{- end }}

（3）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

replicas: 2
label:
  project: ms
  app: product
env:
  hello: "world"
  test: "yes"

循环打印该列表：

env:
{{- range .Values.env }}
   {{ . }}
{{- 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。
但结果并不是我们所期望的：

  env:
       - name: world
         value: world