053.叢集管理-Helm部署及使用

木二發表於2020-05-12

一 Helm概述

1.1 Helm介紹

Helm 是 Kubernetes 的軟體包管理工具。包管理器類似 Ubuntu 中使用的apt、Centos中使用的yum 或者Python中的 pip 一樣，能快速查詢、下載和安裝軟體包。通常每個包稱為一個Chart，一個Chart是一個目錄（一般情況下會將目錄進行打包壓縮，形成name-version.tgz格式的單一檔案，方便傳輸和儲存）。

Helm 由客戶端元件 helm 和服務端元件 Tiller 組成, 能夠將一組K8S資源打包統一管理, 是查詢、共享和使用為Kubernetes構建的軟體的最佳方式。

1.2 Helm優勢

在 Kubernetes中部署一個可以使用的應用，需要涉及到很多的 Kubernetes 資源的共同協作。如安裝一個 WordPress 部落格，用到了一些 Kubernetes 的一些資源物件。包括 Deployment 用於部署應用、Service 提供服務發現、Secret 配置 WordPress 的使用者名稱和密碼，可能還需要 pv 和 pvc 來提供持久化服務。並且 WordPress 資料是儲存在mariadb裡面的，所以需要 mariadb 啟動就緒後才能啟動 WordPress。這些 k8s 資源過於分散，不方便進行管理。

基於如上場景，在 k8s 中部署一個應用，通常面臨以下幾個問題：

如何統一管理、配置和更新這些分散的 k8s 的應用資原始檔；

如何分發和複用一套應用模板；

如何將應用的一系列資源當做一個軟體包管理。

對於應用釋出者而言，可以通過 Helm 打包應用、管理應用依賴關係、管理應用版本併發布應用到軟體倉庫。

對於使用者而言，使用 Helm 後不用需要編寫複雜的應用部署檔案，可以以簡單的方式在 Kubernetes 上查詢、安裝、升級、回滾、解除安裝應用程式。

1.3 Helm 相關元件及概念

Helm 包含兩個元件，分別是 helm 客戶端 和 Tiller 伺服器：

helm：是一個命令列工具，主要用於 Kubernetes 應用程式 Chart 的建立、打包、釋出以及建立和管理本地和遠端的 Chart 倉庫。

Tiller：是 Helm 的服務端，部署在 Kubernetes 叢集中。Tiller 負責接收 Helm 的請求，並根據 Chart 生成 Kubernetes 的部署檔案（稱為 Release ），然後提交給 Kubernetes 建立應用。（v3版本已移除）

chart：Helm 的打包格式叫做 chart，所謂 chart 就是一系列檔案, 它描述了一組相關的 k8s 叢集資源，即包含了一組定義 Kubernetes 資源相關的 YAML 檔案。

release：使用 helm install 命令在 Kubernetes 叢集中部署的 Chart 稱為 Release。

Repoistory：Helm chart 的倉庫，Repository 本質上是一個 Web 伺服器，該伺服器儲存了一系列的 Chart 軟體包以供使用者下載，並且提供了一個該 Repository 的 Chart 包的清單檔案以供查詢。Helm 可以同時管理多個不同的 Repository。

注意：Helm 中提到的 Release 與通常概念中的版本有所不同，Helm 的 Release 可以理解為 Helm 使用 Chart 包部署的一個應用例項。

二 Helm原理機制

2.1 Helm原理

如下圖所示描述了Helm 的主要元件 Helm（客戶端）、Tiller（伺服器）、Repository（Chart 軟體倉庫）、Chart（軟體包）之間的關係以及它們之間如何通訊。

Helm架構：

2.2 Helm主要過程

建立release過程：

helm 客戶端從指定的目錄或本地tar檔案或遠端repo倉庫解析出chart的結構資訊；

helm 客戶端指定的 chart 結構和 values 資訊通過 gRPC 傳遞給 Tiller；

Tiller 服務端根據 chart 和 values 生成一個 release；

Tiller 將install release請求直接傳遞給 kube-apiserver。

刪除release：

helm 客戶端從指定的目錄或本地tar檔案或遠端repo倉庫解析出chart的結構資訊；

helm 客戶端指定的 chart 結構和 values 資訊通過 gRPC 傳遞給 Tiller；

Tiller 服務端根據 chart 和 values 生成一個 release；

Tiller 將delete release請求直接傳遞給 kube-apiserver。

更新release

helm 客戶端將需要更新的 chart 的 release 名稱、chart 結構和 value 資訊傳給 Tiller；

Tiller 將收到的資訊生成新的 release，並同時更新這個 release 的 history；

Tiller 將新的 release 傳遞給 kube-apiserver 進行更新。

2.3 chart基本結構

Helm的打包格式叫做chart，所謂chart就是一系列檔案, 它描述了一組相關的 k8s 叢集資源。Chart中的檔案安裝特定的目錄結構組織, 最簡單的chart 目錄如下所示：

目錄釋義：

charts：該目錄存放依賴的chart；

Chart.yaml：包含Chart的基本資訊，包括chart版本，名稱等；

templates：該目錄下存放應用，即一系列 k8s 資源的 yaml 模板；

_helpers.tpl：此檔案中定義一些可重用的模板片斷，此檔案中的定義在任何資源定義模板中可用；

NOTES.txt：介紹chart 部署後的幫助資訊，如何使用chart等；

values.yaml：包含了必要的值定義（預設值）, 用於儲存 templates 目錄中模板檔案中用到變數的值。

參考連結：https://www.jianshu.com/p/4bd853a8068b。

附：helm v3說明：

Helm 2 是 C/S 架構，主要分為客戶端 helm 和服務端 Tiller; 與v2版本不同，v3移除了Tiller，只有 helm。

Tiller 主要用於在 Kubernetes 叢集中管理各種應用釋出的版本，在 Helm 3 中移除了 Tiller, 版本相關的資料直接儲存在了 Kubernetes 中。

1：移除Tiller，針對v3版本移除Tiller的說明，可參考：https://blog.csdn.net/zzh_gaoxingjiuhao/article/details/104182596。

2：移除Tiller的優勢可參考：https://www.sohu.com/a/364182362_609513。

Helm v3新特性參考：https://www.jianshu.com/p/dfb8e2a42db0、https://github.com/helm/helm/releases/tag/v3.0.0-alpha.1。

三 Helm部署安裝

3.1 前置準備

Helm 將使用 kubectl 在已配置的叢集上部署 Kubernetes 資源，因此需要如下前置準備：

正在執行的 Kubernetes 叢集；

本地 Docker 客戶端；

預配置的 kubectl 客戶端和 Kubernetes 叢集正確互動。

3.2 安裝Helm

二進位制安裝

  1 [root@master01 ~]# wget https://get.helm.sh/helm-v3.1.2-linux-amd64.tar.gz
  2 [root@master01 ~]# tar -zxvf helm-v3.1.2-linux-amd64.tar.gz 
  3 [root@master01 ~]# cp linux-amd64/helm /usr/local/bin/

指令碼安裝

  1 [root@master01 ~]# curl -fsSL -o get_helm.sh https://raw.githubusercontent.com/helm/helm/master/scripts/get-helm-3
  2 [root@master01 ~]# chmod 700 get_helm.sh
  3 [root@master01 ~]# ./get_helm.sh

提示：更多安裝方式參考官方手冊：https://helm.sh/docs/intro/install/。

  1 [root@master01 ~]# helm version		#檢視安裝版本
  2 [root@master01 ~]# echo 'source <(helm completion bash)' >> .bashrc	#helm自動補全

四 Helm操作

4.1 查詢chart

helm search：可以用於搜尋兩種不同型別的源。

helm search hub：搜尋 Helm Hub，該源包含來自許多不同倉庫的Helm chart。

helm search repo：搜尋已新增到本地頭helm客戶端（帶有helm repo add）的倉庫，該搜尋是通過本地資料完成的，不需要連線公網。

  1 [root@master01 helm]# helm search hub			#可搜尋全部可用chart
  2 [root@master01 helm]# helm search hub wordpress

4.2 新增repo

  1 [root@master01 helm]# helm repo list			#檢視repo
  2 [root@master01 helm]# helm repo add brigade https://brigadecore.github.io/charts
  3 [root@master01 helm]# helm repo add stable https://kubernetes-charts.storage.googleapis.com/				#新增官方repo
  4 [root@master01 helm]# helm repo add bitnami https://charts.bitnami.com/bitnami
  5 
  6 [root@master01 helm]# helm search repo brigade
  7 [root@master01 helm]# helm search repo stable		#搜尋repo中的chart
  8 [root@master01 helm]# helm repo update			#更新repo的chart
  9 [root@master01 helm]# helm repo remove stable		#移除repo

4.3 安裝軟體包

  1 [root@master01 helm]# helm search repo mariadb		#查詢確認存在
  2 [root@master01 helm]# helm show chart bitnami/mariadb	#可提前檢視相關資訊
  3 [root@master01 helm]# helm install xhy_mariadb bitnami/mariadb	#以repo中chart安裝
  4 [root@master01 helm]# helm install xhy_mariadb2 bitnami.mariadb.tgz	#以壓縮包中chart安裝
  5 [root@master01 helm]# helm install xhy_mariadb3 mariadb/		#以解壓後的目錄安裝
  6 [root@master01 helm]# helm install xhy_mariadb4 https://hub.helm.sh/charts/bitnami/mariadb.tgz				#以遠端路徑安裝
  7 [root@master01 helm]# helm ls				#檢視已安裝的release

提示：在 Helm 3 中，必須主動指定release名稱，或者增加 --generate-name 的引數使Helm自動生成。

在安裝期間，helm客戶端將顯示有關建立了哪些資源，釋出狀態是什麼以及是否可以或應該執行其他配置步驟的有用資訊。

注意：由於許多chart需要較大的映象，需要一定時間才能正確部署至叢集，Helm不會等到所有資源都在執行後才退出。

4.4 狀態檢視

  1 [root@master01 ~]# helm status xhy-mariadb

4.5 升級回滾

當釋出新版本的chart時，或者需要更改釋出的配置時，可以使用該helm upgrade命令。

  1 [root@master01 helm]# vi mariadb.yml			#以新配置重發布
  2 rootUser:
  3   password: abcd1234
  4 [root@master01 helm]# helm upgrade -f mariadb.yml xhy-mariadb bitnami/mariadb	#升級
  5 [root@master01 helm]# helm get values xhy-mariadb		#檢視新配置

  1 [root@master01 helm]# helm history xhy-mariadb		#檢視安裝歷史
  2 [root@master01 helm]# helm rollback xhy-mariadb 1		#回滾

提示：升級將採用現有發行版，並根據所提供的資訊對其進行升級。由於Kubernetes chart可能很大且很複雜，因此Helm嘗試執行侵入性最小的升級。它將僅更新自上一發行版以來已更改的內容。

4.6 解除安裝release

  1 [root@master01 helm]# helm uninstall xhy-mariadb		#解除安裝release
  2 [root@master01 helm]# helm list

提示：在Helm 3中，刪除release也會刪除釋出記錄。如果希望保留刪除釋出記錄，可使用helm uninstall --keep-history。使用helm list --uninstalled將僅顯示帶有--keep-history標誌解除安裝的發行版。

提示：helm list --all標誌可查詢Helm保留的所有釋出記錄，包括失敗或已刪除專案的記錄（如果--keep-history已指定）。

4.7 其他常見選項

--timeout：等待Kubernetes命令完成的秒數，預設5m0s。

--wait：等待，直到所有Pod都處於就緒狀態、PVC處於繫結、deployment的Pods最少可用數處於ready狀態，並且Services具有IP地址（如果安裝的為Ingress LoadBalancer），然後才將釋出標記為成功。它將一直等待至--timeout設定的值。如果達到超時，該release將標記為FAILED。

注意：在作為滾動更新策略一部分的Deployment replicas設定為1，maxUnavailable且未設定為0的情況下，--wait只要滿足最小Pod就緒狀態，它將返回就緒狀態。

--no-hooks：跳過命令列的執行鉤子。

--dry-run：模擬安裝。

-n, --namespace：指定需要部署的名稱空間。

提示：hele完整命令選項可執行helm <command> --help檢視。

五 Helm自定義安裝

5.1 檢視chart預設value

如上4.3所示方法進行安裝將僅使用此chart的預設配置選項。通常，需要自定義圖表以使用首選配置。

  1 [root@master01 ~]# helm show values bitnami/mariadb	#檢視此chart可自定義配置項
  2 ……
  3 rootUser:
  4   ## MariaDB admin password
  5   ## ref: https://github.com/bitnami/bitnami-docker-mariadb#setting-the-root-password-on-first-run
  6   ##
  7   password: ""
  8 ……

5.2 傳遞配置方式

有兩種在安裝過程中傳遞配置資料的方式：

--values（或-f）：指定帶有替代引數及值的YAML檔案。可以多次指定，最後一個檔案優先順序最高。

--set：在命令列上指定替代。

提示：如果同時使用--set和-f，則將-f優先順序更高。

5.3 配置檔案定義配置項

  1 [root@master01 helm]# vi mariadb.yml			#建立自定義配置
  2 rootUser:
  3   password: abcd1234
  4

提示：如上設定資料庫密碼，而不使用預設的隨機密碼。

5.4 命令列定義配置項

  1 [root@master01 helm]# helm install --set rootUser.password=abcd1234 xhy_mariadb bitnami/mariadb

提示：更多命令與yaml對應如下：

命令列	yaml
--set name=value	name: value
--set a=b,c=d	a: b c: d
--set outer.inner=value	outer: inner: value
--set name={a, b, c}	name: - a - b - c
--set servers[0].port=80	servers: - port: 80
--set servers[0].port=80,servers[0].host=example	servers: - port: 80 host: example
--set name=value1\,value2	name: "value1,value2"
--set nodeSelector."kubernetes\.io/role"=master	nodeSelector: kubernetes.io/role: master

六建立chart

6.1 建立chart命令

  1 [root@master01 helm]# helm create test-chart

提示：create會建立一個標準的chart目錄結構，可以編輯相應配置從而建立自己的chart。更多的chart開發指南參考：https://helm.sh/docs/topics/charts/。

有關chart的欄位及編寫可參考：https://www.kubernetes.org.cn/3884.html。

  1 [root@master01 helm]# helm lint test-chart/		#驗證建立後是否正常
  2 [root@master01 helm]# helm package test-chart		#將建立的進行打包
  3 [root@master01 helm]# helm install test-chart/ ./test-chart/-0.1.0.tgz	#安裝
  4

七 Monocular

7.1 Monocular介紹

Monocular是一個開源軟體，基於web UI圖形介面管理kubernetes上以Helm Charts形式建立的服務

7.2 Monocular安裝

  1 [root@master01 ~]# helm repo add monocular https://helm.github.io/monocular	#新增repo
  2 [root@master01 ~]# kubectl create ns helm
  3 [root@master01 ~]# cat > custom-repos.yaml <<EOF
  4 sync:
  5   repos:
  6     - name: stable
  7       url: https://kubernetes-charts.storage.googleapis.com
  8       schedule: "0 * * * *"
  9       successfulJobsHistoryLimit: 1
 10     - name: incubator
 11       url: https://kubernetes-charts-incubator.storage.googleapis.com
 12       schedule: "*/5 * * * *"
 13     - name: monocular
 14       url: https://helm.github.io/monocular
 15 ui:
 16   replicaCount: 2
 17   service:
 18     name: monocular-ui
 19     type: NodePort
 20     externalPort: 80
 21     internalPort: 8080
 22     annotations: {}
 23       # foo.io/bar: "true"
 24 ingress:
 25   hosts:
 26   - monocular.odocker.com
 27 EOF			#新增自定義配置：配置預設新增的repo及ingress host
 28 [root@master01 ~]# helm install mymonocular monocular/monocular -f custom-repos.yaml -n helm
 29

7.3 確認安裝

  1 [root@master01 ~]# kubectl get pods -n helm -o wide
  2 [root@master01 ~]# kubectl get svc -n helm -o wide
  3 [root@master01 ~]# kubectl get ingresses -n helm -o wide
  4

參考：https://github.com/helm/monocular

八 helm部署WordPress

8.1 檢視chart包

  1 [root@master01 ~]# helm repo add bitnami https://charts.bitnami.com/bitnami
  2 [root@master01 ~]# helm search repo wordpress
  3 NAME                    CHART VERSION   APP VERSION     DESCRIPTION
  4 bitnami/wordpress       9.2.4           5.4.1           Web publishing platform for building blogs and ...
  5

8.2 安裝WordPress

  1 [root@master01 ~]# kubectl create ns wp
  2 [root@master01 ~]# vi custom-wordpress.yaml
  3 wordpressUsername: admin
  4 wordpressPassword: admin12345
  5 wordpressBlogName: Xhy Blog!
  6 persistence:
  7   enabled: true
  8   storageClass: "ghsc"
  9   accessMode: ReadWriteOnce
 10   size: 5Gi
 11 
 12 
 13 mariadb:
 14   db:
 15     name: wpdb
 16     user: wpuser
 17     password: wppass12345
 18     rootUser: wpadmin
 19     password: wpadminpass12345
 20 
 21 
 22   master:
 23     persistence:
 24       enabled: true
 25       storageClass: "ghsc"
 26       accessModes:
 27         - ReadWriteOnce
 28       size: 5Gi
 29 
 30 
 31 service:
 32   type: NodePort
 33   nodePorts:
 34     http: "30005"
 35     https: "30006"
 36

提示：

預設參考配置參考：https://github.com/bitnami/charts/blob/master/bitnami/wordpress/values.yaml

更多引數設定參考：https://github.com/bitnami/charts/tree/master/bitnami/wordpress

  1 [root@master01 ~]# helm install mywp bitnami/wordpress -f custom-wordpress.yaml -n wp

8.3 確認安裝

  1 [root@master02 ~]# kubectl get pods -n wp -o wide
  2 [root@master02 ~]# kubectl get pv -n wp -o wide | grep wp
  3 [root@master02 ~]# kubectl get pvc -n wp -o wide          
  4 [root@master02 ~]# kubectl get svc -n wp -o wide

8.4 訪問測試

  1 [root@master01 ~]# kubectl get --namespace wp -o jsonpath="{.spec.ports[0].nodePort}" services mywp-wordpress		#檢視埠
  2 30005
  3 [root@master01 ~]# kubectl get nodes --namespace wp -o jsonpath="{.items[0].status.addresses[0].address}"	#檢視node ip
  4 172.24.8.71

瀏覽器訪問：http://172.24.8.71:30005或者https://172.24.8.71:30006/

瀏覽器訪問：http://172.24.8.71:30005/admin，進入管理介面。

參考文件：

https://www.hi-linux.com/posts/21466.html

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

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053.叢集管理-Helm部署及使用

一 Helm概述

1.1 Helm介紹

1.2 Helm優勢

1.3 Helm 相關元件及概念

二 Helm原理機制

2.1 Helm原理

2.2 Helm主要過程

2.3 chart基本結構

三 Helm部署安裝

3.1 前置準備

3.2 安裝Helm

四 Helm操作

4.1 查詢chart

4.2 新增repo

4.3 安裝軟體包

4.4 狀態檢視

4.5 升級回滾

4.6 解除安裝release

4.7 其他常見選項

五 Helm自定義安裝

5.1 檢視chart預設value

5.2 傳遞配置方式

5.3 配置檔案定義配置項

5.4 命令列定義配置項

六 建立chart

6.1 建立chart命令

七 Monocular

7.1 Monocular介紹

7.2 Monocular安裝

7.3 確認安裝

八 helm部署WordPress

8.1 檢視chart包

8.2 安裝WordPress

8.3 確認安裝

8.4 訪問測試

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