二十八、Helm

V2AS问路

二十八、Helm

阅读原文时间：2023年07月09日阅读：3

使用Helm3管理复杂应用的部署

认识Helm

为什么有helm？
Helm是什么？

kubernetes的包管理器，“可以将Helm看作Linux系统下的apt-get/yum”。
- 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的版本
- helm2
  
  C/S架构，helm通过Tiller与k8s交互
- helm3
  - 从安全性和易用性方面考虑，移除了Tiller服务端，helm3直接使用kubeconfig文件鉴权访问APIServer服务器
  - 由二路合并升级成为三路合并补丁策略（旧的配置，线上状态，新的配置）
```
helm install very_important_app ./very_important_app
```
    这个应用的副本数量设置为 3 。现在，如果有人不小心执行了 kubectl edit 或：
```
kubectl scale -replicas=0 deployment/very_important_app
```
    然后，团队中的某个人发现 very_important_app 莫名其妙宕机了，尝试执行命令：
```
helm rollback very_important_app
```
    在 Helm 2 中，这个操作将比较旧的配置与新的配置，然后生成一个更新补丁。由于，误操作的人仅修改了应用的线上状态（旧的配置并未更新）。Helm 在回滚时，什么事情也不会做。因为旧的配置与新的配置没有差别（都是 3 个副本）。然后，Helm 不执行回滚，副本数继续保持为 0
  - 移除了helm server本地repo仓库
  - 创建应用时必须指定名字（或者--generate-name随机生成）
Helm的重要概念
- chart，应用的信息集合，包括各种对象的配置模板、参数定义、依赖关系、文档说明等
- Repoistory，chart仓库，存储chart的地方，并且提供了一个该 Repository 的 Chart 包的清单文件以供查询。Helm 可以同时管理多个不同的 Repository。
- release，当 chart 被安装到 kubernetes 集群，就生成了一个 release ，是 chart 的运行实例，代表了一个正在运行的应用

helm 是包管理工具，包就是指 chart，helm 能够：

从零创建chart
与仓库交互，拉取、保存、更新 chart
在kubernetes集群中安装、卸载 release
更新、回滚、测试 release

安装与快速入门实践

下载最新的稳定版本：https://get.helm.sh/helm-v3.2.4-linux-amd64.tar.gz

更多版本可以参考： https://github.com/helm/helm/releases

# k8s-master节点
$ wget https://get.helm.sh/helm-v3.2.4-linux-amd64.tar.gz
$ tar -zxf helm-v3.2.4-linux-amd64.tar.gz

$ cp linux-amd64/helm /usr/local/bin/

# 验证安装
$ helm version
version.BuildInfo{Version:"v3.2.4", GitCommit:"0ad800ef43d3b826f31a5ad8dfbb4fe05d143688", GitTreeState:"clean", GoVersion:"go1.13.12"}
$ helm env

# 添加仓库
$ helm repo add stable https://charts.bitnami.com/bitnami
# 同步最新charts信息到本地
$ helm repo update

快速入门实践：

示例一：使用helm安装wordpress应用

# helm 搜索chart包
$ helm search repo wordpress

$ kubectl create namespace wordpress
# 从仓库安装
$ helm -n wordpress install wordpress stable/wordpress --set mariadb.primary.persistence.enabled=false --set service.type=ClusterIP --set ingress.enabled=true --set persistence.enabled=false --set ingress.hostname=wordpress.luffy.com

$ helm -n wordpress ls
$ kubectl -n wordpress get all 

# 从chart仓库中把chart包下载到本地
$ helm pull stable/wordpress
$ tree mysql

示例二：新建nginx的chart并安装

$ helm create nginx

# 从本地安装
$ helm install nginx ./nginx

# 安装到别的命名空间luffy
$ helm -n luffy install nginx ./nginx --set replicaCount=2 --set image.tag=alpine

# 查看
$ helm ls
$ helm -n luffy ls

#
$ kubectl -n luffy get all

Chart的模板语法及开发

nginx的chart实现分析

格式：

$ tree nginx/
nginx/
├── charts                        # 存放子chart
├── Chart.yaml                    # 该chart的全局定义信息
├── templates                    # chart运行所需的资源清单模板，用于和values做渲染
│   ├── deployment.yaml
│   ├── _helpers.tpl            # 定义全局的命名模板，方便在其他模板中引入使用
│   ├── hpa.yaml
│   ├── ingress.yaml
│   ├── NOTES.txt                # helm安装完成后终端的提示信息
│   ├── serviceaccount.yaml
│   ├── service.yaml
│   └── tests
│       └── test-connection.yaml
└── values.yaml                    # 模板使用的默认值信息

很明显，资源清单都在templates中，数据来源于values.yaml，安装的过程就是将模板与数据融合成k8s可识别的资源清单，然后部署到k8s环境中。

$ helm install debug-nginx ./ --dry-run --set replicaCount=2 --debug

分析模板文件的实现：

引用命名模板并传递作用域
```
{{ include "nginx.fullname" . }}
```
include从_helpers.tpl中引用命名模板，并传递顶级作用域.
内置对象
```
.Values
.Release.Name
.Chart
```
- Release：该对象描述了 release 本身的相关信息，它内部有几个对象：
  - Release.Name：release 名称
  - Release.Namespace：release 安装到的命名空间
  - Release.IsUpgrade：如果当前操作是升级或回滚，则该值为 true
  - Release.IsInstall：如果当前操作是安装，则将其设置为 true
  - Release.Revision：release 的 revision 版本号，在安装的时候，值为1，每次升级或回滚都会增加
  - Release.Service：渲染当前模板的服务，在 Helm 上，实际上该值始终为 Helm
- Values：从 values.yaml 文件和用户提供的 values 文件传递到模板的 Values 值
- Chart：获取 Chart.yaml 文件的内容，该文件中的任何数据都可以访问，例如 {{ .Chart.Name }}-{{ .Chart.Version}} 可以渲染成 mychart-0.1.0

模板定义

{{- define "nginx.fullname" -}}
{{- if .Values.fullnameOverride }}
{{- .Values.fullnameOverride | trunc 63 | trimSuffix "-" }}
{{- else }}
{{- $name := default .Chart.Name .Values.nameOverride }}
{{- if contains $name .Release.Name }}
{{- .Release.Name | trunc 63 | trimSuffix "-" }}
{{- else }}
{{- printf "%s-%s" .Release.Name $name | trunc 63 | trimSuffix "-" }}
{{- end }}
{{- end }}
{{- end }}

{{- 去掉左边的空格及换行，-}} 去掉右侧的空格及换行

示例

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: {{ .Release.Name }}-configmap
data:
  myvalue: "Hello World"
  drink: {{ .Values.favorite.drink | default "tea" | quote }}
  food: {{ .Values.favorite.food | upper | quote }}
  {{ if eq .Values.favorite.drink "coffee" }}
  mug: true
  {{ end }}

渲染完后是：

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: mychart-1575971172-configmap
data:
  myvalue: "Hello World"
  drink: "coffee"
  food: "PIZZA"

  mug: true

管道及方法
- trunc表示字符串截取，63作为参数传递给trunc方法，trimSuffix表示去掉-后缀
```
{{- .Values.fullnameOverride | trunc 63 | trimSuffix "-" }}
```
- nindent表示前面的空格数
```
  selector:
    matchLabels:
      {{- include "nginx.selectorLabels" . | nindent 6 }}
```
- lower表示将内容小写，quote表示用双引号引起来
```
value: {{ include "mytpl" . | lower | quote }}
```

条件判断语句每个if对应一个end

{{- if .Values.fullnameOverride }}
...
{{- else }}
...
{{- end }}

通常用来根据values.yaml中定义的开关来控制模板中的显示：

{{- if not .Values.autoscaling.enabled }}
  replicas: {{ .Values.replicaCount }}
{{- end }}

定义变量，模板中可以通过变量名字去引用
```
{{- $name := default .Chart.Name .Values.nameOverride }}
```
遍历values的数据
```
      {{- with .Values.nodeSelector }}
      nodeSelector:
        {{- toYaml . | nindent 8 }}
      {{- end }}
```
toYaml处理值中的转义及特殊字符， "kubernetes.io/role"=master ， name="value1,value2" 类似的情况

default设置默认值

image: "{{ .Values.image.repository }}:{{ .Values.image.tag | default .Chart.AppVersion }}"

Helm template

hpa.yaml

{{- if .Values.autoscaling.enabled }}
apiVersion: autoscaling/v2beta1
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: {{ include "nginx.fullname" . }}
  labels:
    {{- include "nginx.labels" . | nindent 4 }}
spec:
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: {{ include "nginx.fullname" . }}
  minReplicas: {{ .Values.autoscaling.minReplicas }}
  maxReplicas: {{ .Values.autoscaling.maxReplicas }}
  metrics:
  {{- if .Values.autoscaling.targetCPUUtilizationPercentage }}
    - type: Resource
      resource:
        name: cpu
        targetAverageUtilization: {{ .Values.autoscaling.targetCPUUtilizationPercentage }}
  {{- end }}
  {{- if .Values.autoscaling.targetMemoryUtilizationPercentage }}
    - type: Resource
      resource:
        name: memory
        targetAverageUtilization: {{ .Values.autoscaling.targetMemoryUtilizationPercentage }}
  {{- end }}
{{- end }}

创建Release的时候赋值

set的方式

改变副本数和resource值

$ helm install nginx-2 ./nginx --set replicaCount=2 --set resources.limits.cpu=200m --set resources.limits.memory=256Mi

value文件的方式

$ cat nginx-values.yaml
resources:
  limits:
    cpu: 100m
    memory: 128Mi
  requests:
    cpu: 100m
    memory: 128Mi
autoscaling:
  enabled: true
  minReplicas: 1
  maxReplicas: 3
  targetCPUUtilizationPercentage: 80
ingress:
  enabled: true
  hosts:
    - host: chart-example.luffy.com
      paths:
      - /

$ helm install -f nginx-values.yaml nginx-3 ./nginx

使用helm template查看渲染模板

$ helm -n luffy template nginx ./nginx --set replicaCount=2 --set image.tag=alpine --set autoscaling.enabled=true

更多语法参考：

https://helm.sh/docs/topics/charts/

实战：使用Helm部署Harbor镜像及chart仓库

harbor部署

架构 https://github.com/goharbor/harbor/wiki/Architecture-Overview-of-Harbor

Core，核心组件
- API Server，接收处理用户请求
- Config Manager ：所有系统的配置，比如认证、邮件、证书配置等
- Project Manager：项目管理
- Quota Manager ：配额管理
- Chart Controller：chart管理
- Replication Controller ：镜像副本控制器，可以与不同类型的仓库实现镜像同步
  - Distribution (docker registry)
  - Docker Hub
  - …
- Scan Manager ：扫描管理，引入第三方组件，进行镜像安全扫描
- Registry Driver ：镜像仓库驱动，目前使用docker registry
Job Service，执行异步任务，如同步镜像信息
Log Collector，统一日志收集器，收集各模块日志
GC Controller
Chart Museum，chart仓库服务，第三方
Docker Registry，镜像仓库服务
kv-storage，redis缓存服务，job service使用，存储job metadata
local/remote storage，存储服务，比较镜像存储
SQL Database，postgresl，存储用户、项目等元数据

通常用作企业级镜像仓库服务，实际功能强大很多。

组件众多，因此使用helm部署

# 添加harbor chart仓库
$ helm repo add harbor https://helm.goharbor.io

# 搜索harbor的chart
$ helm search repo harbor

# 不知道如何部署，因此拉到本地
$ helm pull harbor/harbor

创建pvc

$ kubectl create namespace harbor
$ cat harbor-pvc.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: harbor-data
  namespace: harbor
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 20Gi

修改harbor配置：

开启ingress访问
externalURL，web访问入口，和ingress的域名相同
持久化，使用PVC对接的cephfs
harborAdminPassword: "Harbor12345"，管理员默认账户 admin/Harbor12345
开启chartmuseum
clair和trivy漏洞扫描组件，暂不启用

helm创建：

# 使用本地chart安装
$ helm install harbor ./harbor -n harbor

数据权限问题：

数据库目录初始化无权限
redis持久化数据目录权限导致无法登录
registry组件的镜像存储目录权限导致镜像推送失败
chartmuseum存储目录权限，导致chart推送失败

解决：

$ mount -t ceph 172.21.51.55:6789:/ /mnt/cephfs -o name=admin,secret=AQBPTstgc078NBAA78D1/KABglIZHKh7+G2X8w==

$ chown -R 999:999 database
$ chown -R 999:999 redis
$ chown -R 10000:10000 chartmuseum
$ chown -R 10000:10000 registry
$ chown -R 10000:10000 jobservice

推送镜像到Harbor仓库

配置hosts及docker非安全仓库：

$ cat /etc/hosts
...
172.21.51.143 k8s-master harbor.luffy.com
...

$ cat /etc/docker/daemon.json
{
  "insecure-registries": [
    "172.21.51.143:5000",
    "harbor.luffy.com"
  ],
  "registry-mirrors" : [
    "https://8xpk5wnt.mirror.aliyuncs.com"
  ]
}                           

#
$ systemctl restart docker

# 使用账户密码登录admin/Harbor12345
$ docker login harbor.luffy.com

$ docker tag nginx:alpine harbor.luffy.com/library/nginx:alpine
$ docker push harbor.luffy.com/library/nginx:alpine

推送chart到Harbor仓库

helm3默认没有安装helm push插件，需要手动安装。插件地址 https://github.com/chartmuseum/helm-push

安装插件：

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

离线安装：

$ mkdir helm-push
$ wget https://github.com/chartmuseum/helm-push/releases/download/v0.8.1/helm-push_0.8.1_linux_amd64.tar.gz
$ tar zxf helm-push_0.8.1_linux_amd64.tar.gz -C helm-push
$ helm plugin install ./helm-push

添加repo

$ helm repo add myharbor https://harbor.luffy.com/chartrepo/luffy
# x509错误

# 添加证书信任，根证书为配置给ingress使用的证书
$ kubectl get secret harbor-ingress -n harbor -o jsonpath="{.data.ca\.crt}" | base64 -d >harbor.ca.crt

$ cp harbor.ca.crt /etc/pki/ca-trust/source/anchors
$ update-ca-trust enable; update-ca-trust extract

# 再次添加
$ helm repo add luffy https://harbor.luffy.com/chartrepo/luffy --ca-file=harbor.ca.crt  --username admin --password Harbor12345

$ helm repo ls

推送chart到仓库：

$ helm push harbor luffy --ca-file=harbor.ca.crt -u admin -p Harbor12345

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改变副本数和resource值