简化Kubernetes应用部署工具-Helm

【编者的话】微服务和容器化给复杂应用部署与管理带来了极大的挑战。Helm是目前Kubernetes服务编排领域的唯一开源子项目，做为Kubernetes应用的一个包管理工具，可理解为Kubernetes的apt-get / yum，由Deis 公司发起，该公司已经被微软收购。Helm通过软件打包的形式，支持发布的版本管理和控制，很大程度上简化了Kubernetes应用部署和管理的复杂性。

随着业务容器化与向微服务架构转变，通过分解巨大的单体应用为多个服务的方式，分解了单体应用的复杂性，使每个微服务都可以独立部署和扩展，实现了敏捷开发和快速迭代和部署。但任何事情都有两面性，虽然微服务给我们带来了很多便利，但由于应用被拆分成多个组件，导致服务数量大幅增加，对于Kubernetest编排来说，每个组件有自己的资源文件，并且可以独立的部署与伸缩，这给采用Kubernetes做应用编排带来了诸多挑战：

管理、编辑与更新大量的K8s配置文件
部署一个含有大量配置文件的复杂K8s应用
分享和复用K8s配置和应用
参数化配置模板支持多个环境
管理应用的发布：回滚、diff和查看发布历史
控制一个部署周期中的某一些环节
发布后的验证

Helm把Kubernetes资源(比如deployments、services或 ingress等) 打包到一个chart中，而chart被保存到chart仓库。通过chart仓库可用来存储和分享chart。Helm使发布可配置，支持发布应用配置的版本管理，简化了Kubernetes部署应用的版本控制、打包、发布、删除、更新等操作。

本文简单介绍了Helm的用途、架构与实现。

Helm产生原因

利用Kubernetes部署一个应用，需要Kubernetes原生资源文件如deployment、replicationcontroller、service或pod 等。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，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，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，而Helm可以帮我们解决这些问题。

Helm架构

Helm基本架构如下：

Helm用途：

做为Kubernetes的一个包管理工具，Helm具有如下功能：

创建新的chart
chart打包成tgz格式
上传chart到chart仓库或从仓库中下载chart
在Kubernetes集群中安装或卸载chart
管理用Helm安装的chart的发布周期

Helm有三个重要概念：

chart：包含了创建Kubernetes的一个应用实例的必要信息
config：包含了应用发布配置信息
release：是一个chart及其配置的一个运行实例

Helm组件

Helm有以下两个组成部分：

Helm Client是用户命令行工具，其主要负责如下：

本地chart开发
仓库管理
与Tiller sever交互
发送预安装的chart
查询release信息
要求升级或卸载已存在的release

Tiller Server是一个部署在Kubernetes集群内部的server，其与Helm client、Kubernetes API server进行交互。Tiller server主要负责如下：

监听来自Helm client的请求
通过chart及其配置构建一次发布
安装chart到Kubernetes集群，并跟踪随后的发布
通过与Kubernetes交互升级或卸载chart

简单的说，client管理charts，而server管理发布release。

Helm实现

Helm client

Helm client采用go语言编写，采用gRPC协议与Tiller server交互。

Helm server

Tiller server也同样采用go语言编写，提供了gRPC server与client进行交互，利用Kubernetes client 库与Kubernetes进行通信，当前库使用了REST+JSON格式。
Tiller server 没有自己的数据库，目前使用Kubernetes的ConfigMaps存储相关信息

说明：配置文件尽可能使用YAM格式

部署Kubernetes应用

获取chart

获取版本为0.2.8的mysql并解压缩包：

$ helm fetch stable/mysql --version 0.2.8 --untar

$ ls mysql/

 Chart.yaml README.md templates values.yaml

利用helm lint命令检查下载的chart是否存在问题：

$ helm lint mysql

 ==> Linting mysql

 Lint OK

1 chart(s) linted, no failures

创建chart

利用helm create mychart命令创建一个mychart目录：

$ helm create mychart

 Creating mychart

生成的mychart的文件结构如下：

mychart/

|-- charts

|-- Chart.yaml

|-- templates

| |-- deployment.yaml

| |-- _helpers.tpl

| |-- ingress.yaml

| |-- NOTES.txt

| `-- service.yaml

`-- values.yaml

2 directories, 7 files

生成chart目录里有Chart.yaml, values.yaml 和 NOTES.txt等文件，下面分别对chart中几个重要文件解释：

Chart.yaml 包含了chart的metadata，描述了Chart名称、描述信息与版本。
values.yaml：存储了模板文件变量。
templates/：记录了全部模板文件。
charts/：依赖chart存储路径。
NOTES.txt：给出了部署后的信息，例如如何使用chart、列出默认的设置等等。

chart安装有以下几种方式：

指定chart: helm install stable/mariadb
指定打包的chart: helm install ./nginx-1.2.3.tgz
指定打包目录: helm install ./nginx
指定chart包URL: helm install https://example.com/charts/nginx-1.2.3.tgz

覆盖chart中的默认值，通过指定配置文件方式：

helm install -f myvalues.yaml ./redis

或者通过–set key=value形式：

$ helm install --set name=prod ./redis

安装release名称为mysql例子如下，请注意NOTES中对Mysql的使用说明：

$ helm install -n mysql -f mysql/values.yaml --set resources.requests.memory=512Mi mysql

NAME: mysql

LAST DEPLOYED: Thu Sep 14 05:48:31 2017

NAMESPACE: default

STATUS: DEPLOYED

RESOURCES:

==> v1beta1/Deployment

NAME DESIRED CURRENT UP-TO-DATE AVAILABLE AGE

mysql-mysql 1 1 1 0 0s

==> v1/Secret

NAME TYPE DATA AGE

mysql-mysql Opaque 2 0s

==> v1/ConfigMap

NAME DATA AGE

mysql-configmap 1 0s

==> v1/PersistentVolumeClaim

NAME STATUS VOLUME CAPACITY ACCESSMODES STORAGECLASS AGE

mysql-mysql Pending 0s

==> v1/Service

NAME CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE

mysql-mysql 10.98.221.43 <none> 3306/TCP 0s

NOTES:

MySQL can be accessed via port 3306 on the following DNS name from within your cluster:

mysql-mysql.default.svc.cluster.local

To get your root password run:

kubectl get secret --namespace default mysql-mysql -o jsonpath="{.data.mysql-root-password}" | base64 --decode; echo

To connect to your database:

1. Run an Ubuntu pod that you can use as a client:

kubectl run -i --tty ubuntu --image=ubuntu:16.04 --restart=Never -- bash -il

2. Install the mysql client:

$ apt-get update && apt-get install mysql-client -y

3. Connect using the mysql cli, then provide your password:

 $ mysql -h mysql-mysql -p

通过helm status查看release状态：

$ helm status mysql

 LAST DEPLOYED: Tue Sep 12 07:31:49 2017

 NAMESPACE: default

 STATUS: DEPLOYED

或通过helm list -a查看全部的release，tag “-a”是查看全部的release，包括已部署、部署失败、正在删除、已删除release等。

$ helm list -a

$ helm list -a | grep mysqlmysql           1       Tue Sep 12 07:31:49 2017 DEPLOYED mysql-0.2.8         default

更新release

Helm使用helm upgrade更新已安装的release：

$ helm upgrade mysql -f mysql/values.yaml --set resources.requests.memory=1024Mi mysql

查看指定release的历史部署版本信息：

$ helm hist  mysql

REVISION    UPDATED                        STATUS           CHART          DESCRIPTION

1           Tue Sep 12 07:31:49 2017       SUPERSEDED       mysql-0.2.8    Install complete

2           Tue Sep 12 07:44:00 2017       DEPLOYED         mysql-0.2.8    Upgrade complete

查看指定release的历史版本部署时部分配置信息，以resources.requests.memory为例，符合查看部署符合预期：即第一次部署resources.requests.memory设置为512Mi，第二次的升级resources.requests.memory设置为1024Mi：

$ helm get --revision 1 mysql

 resources:

 requests:

 cpu: 100m

 memory: 512Mi

$ helm get --revision 2 mysql

resources:

 requests:

 cpu: 100m

 memory: 1024Mi

版本回滚

回滚到第一次的版本：

helm rollback --debug mysql 1

[debug] Created tunnel using local port: '60303'

[debug] SERVER: "localhost:60303"

Rollback was a success! Happy Helming!

查看mysql release的版本信息，当前已经回滚到REVISION为1的版本：

$ helm hist mysql

REVISION           UPDATED                    STATUS        CHART          DESCRIPTION

1                  Tue Sep 12 07:31:49 2017   SUPERSEDED    mysql-0.2.8    Install complete

2                  Tue Sep 12 07:44:00 2017   SUPERSEDED    mysql-0.2.8    Upgrade complete

3                  Tue Sep 12 08:50:48 2017   DEPLOYED      mysql-0.2.8    Rollback to 1

删除chart

$ helm delete mysql

 release "mysql" deleted

确认chart是否删除：

$ helm ls -a mysql

NAME     REVISION      UPDATED                     STATUS      CHART           NAMESPACE

mysql    3             Tue Sep 12 08:50:48 2017    DELETED     mysql-0.2.8     default

即使删除的chart，其发布的历史信息还是继续被保存。

$ helm hist mysql

REVISION      UPDATED                     STATUS         CHART          DESCRIPTION

1             Tue Sep 12 07:31:49 2017    SUPERSEDED     mysql-0.2.8    Install complete

2             Tue Sep 12 07:44:00 2017    SUPERSEDED     mysql-0.2.8    Upgrade complete

3             Tue Sep 12 08:50:48 2017    DELETED        mysql-0.2.8    Deletion complete

可以恢复一个已经删除的release：

$ helm rollback --debug mysql 2

[debug] Created tunnel using local port: '37413'

[debug] SERVER: "localhost:37413"

Rollback was a success! Happy Helming!

如果希望彻底删除一个release，可以用如下命令：

$ helm delete --purge mysql

 release "mysql" deleted

再次查看刚被删除的mysql release，提示已经无法找到，符合预期：

$ helm hist mysql

 Error: release: "mysql" not found

Helm对release的版本管理

在上面例子中，已经展示了Helm对release的非常强大的版本管理功能，比如通过”helm list -a”查看有哪些release，通过” helm hist“查看某一个具体的release发布过的历史版本，以及通过” helm get –revision”，查看某个release的一次历史版本对应的具体应用配置信息等。即使已经被删除的release仍然有记录，并且通过Helm能够快速回滚到已删除release的某个发布过的历史版本。Helm的这些版本管理功能，Kubernetes原生并不支持。

欢迎转载，请注明作者出处：张夏，FreeWheel Lead Engineer，Kubernetes中文社区