【DevOps】掌握 Helm：Kubernetes 应用程序部署指南

在当今的云原生时代，Kubernetes 已经成为管理和部署分布式应用程序的首选平台。随着应用程序复杂性的增加，管理和部署这些应用程序的工具变得至关重要。这就是 Helm 发挥作用的地方。 Helm 是一个强大的打包和部署工具，可以极大地简化在 Kubernetes 环境中部署和管理应用程序的过程。在本指南中，我们将深入探讨 Helm，包括其功能、优势、最佳实践以及分步安装和配置指南。

二、什么是 Helm？

Helm 是一个开源的打包和部署工具，专为 Kubernetes 应用程序而设计。它提供了一种结构化且可重复的方法来管理、安装、升级和删除 Kubernetes 群集中的应用程序及其相关资源。 Helm 的目标是使应用程序部署变得更加容易、可预测和可管理。

Helm 引入了"Charts"的概念，Charts 是预配置的 Kubernetes 资源捆绑包，可以轻松地部署到群集中。这些图表包含所有必需的资源（例如 Pod、服务、部署等）以及安装和管理应用程序的说明。

三、Helm 的优势

使用 Helm 在 Kubernetes 群集中管理和部署应用程序有几个关键优势：

简化应用程序部署：Helm 通过提供一组预配置的资源和简单的命令行界面简化了应用程序部署。您不再需要手动管理一堆 YAML 文件。
声明式管理：Helm 使用声明性方法管理应用程序。您只需定义应用程序的所需状态，Helm 将处理使其达到该状态的过程。这简化了应用程序生命周期管理。
版本控制和回滚：Helm 支持对图表进行版本控制，允许您轻松回滚或升级应用程序。您可以跟踪应用程序的更改并确保在部署新版本时保持稳定性。
依赖关系管理：Helm 可以处理应用程序的依赖关系。 Charts 可以指定对其他图表的依赖关系，Helm 将确保所有必需的组件都安装到位。
自定义和配置：Helm 允许您通过自定义值文件轻松自定义应用程序的安装。您可以根据自己的要求调整应用程序的配置，而无需直接修改 Kubernetes YAML 文件。
共享和可重用性：Helm Charts 旨在共享和重复使用。您可以发现和使用现成的图表，或者创建自己的图表来捕获应用程序的部署模式。
升级和更新：Helm 简化了应用程序的升级过程。您可以轻松地将应用程序升级到图表的最新版本，同时确保所有依赖关系得到满足。
社区和生态系统：Helm 拥有一个强大的社区和不断发展的生态系统。您可以利用现成的图表、插件和工具，并受益于社区的持续贡献和支持。

四、Helm 组件

Helm 由三个主要组件组成：

Helm 客户端：Helm 客户端是一个命令行界面 (CLI)，用于与 Kubernetes 群集交互并管理 Charts 的安装。它是与群集通信的主要界面。
Tiller 服务器：Tiller（在 Helm 3 中已弃用）是 Helm 的服务器端组件，它在 Kubernetes 群集内运行并管理 Chart 的实际安装。它负责解释 Helm 图表并将其转换为 Kubernetes 对象。
Charts：Charts 是 Helm 的打包格式。它们包含一组相关的 Kubernetes 资源（例如 Pod、服务、部署等）以及安装和管理应用程序的说明。

五、安装和配置 Helm

让我们逐步了解如何安装和配置 Helm：

1、先决条件

确保您的系统具有 Kubernetes CLI (kubectl) 并配置了访问 Kubernetes 群集的权限。
您的 Kubernetes 群集至少应运行版本 1.10 或更高版本。

2、安装 Helm 客户端

您可以从 Helm 的官方 GitHub 存储库下载并安装 Helm 客户端：

下载 Helm 二进制文件：

curl https://raw.githubusercontent.com/helm/helm/master/scripts/get-helm-3 > get_helm.sh
chmod 700 get_helm.sh
./get_helm.sh

验证 Helm 是否已正确安装：
```
helm version
```

3、初始化 Helm

对于 Helm 3：

Helm 3 不需要 Tiller 服务器端组件。初始化 Helm 将创建必要的配置文件：
```
helm init
```

对于 Helm 2：

初始化 Helm 并安装 Tiller 服务器端组件：
```
helm init --service-account <service-account-name>
```
用您的服务帐户名称替换 <service-account-name>。

4、添加 Helm Charts 存储库

Helm Charts 存储库是存储和发现 Charts 的中央位置。 Bitnami Charts 存储库是社区中一个流行且经过验证的存储库：

添加 Bitnami Charts 存储库：

helm repo add bitnami https://charts.bitnami.com/bitnami

更新存储库以获取最新图表：
```
helm repo update
```

5、搜索和安装应用程序

让我们使用 Helm 在 Kubernetes 群集上安装应用程序：

5.1、搜索 Helm Charts

您可以使用 Helm 搜索图表以找到所需的应用程序：

helm search repo <chart_name>

用您要搜索的图表名称替换 <chart_name>。例如，要搜索 Nginx 图表：

helm search repo nginx

5.2、安装应用程序

使用 Helm 安装应用程序：

helm install <release_name> <chart_name> --namespace <namespace>

其中：

<release_name> 是您为应用程序安装选择的名称。
<chart_name> 是要安装的图表的名称。
<namespace> 是要安装应用程序的 Kubernetes 命名空间。

例如，要安装 Nginx 图表并将其命名为"my-nginx"，请运行：

helm install my-nginx bitnami/nginx --namespace default

5.3、自定义应用程序安装

您可以通过提供自定义值文件来配置应用程序的安装：

helm install <release_name> <chart_name> --namespace <namespace> -f values.yaml

在 values.yaml 文件中，您可以指定资源限制、配置参数等。

5.4、管理应用程序

Helm 提供了一组命令来管理应用程序：

列出 Helm 发行版：
```
helm list --namespace <namespace>
```

获取发行版详细信息：

helm status <release_name> --namespace <namespace>

升级应用程序：

helm upgrade <release_name> <chart_name> --namespace <namespace>

回滚应用程序：

helm rollback <release_name> --namespace <namespace>

5.5、删除应用程序

要删除应用程序，请使用以下命令：

helm uninstall <release-name> --namespace

自定义 Helm Charts

Helm 的一个强大功能是能够自定义应用程序的安装。您可以通过多种方式自定义 Helm Charts：

自定义值：您可以通过提供自定义值文件来自定义应用程序的配置。这些值文件允许您覆盖图表的默认值。例如，您可以自定义资源限制、副本计数或应用程序设置。

  helm install <release_name> <chart_name> --namespace <namespace> -f values.yaml

覆盖单个值：您可以覆盖图表的特定值，而无需创建单独的值文件：

helm install <release_name> <chart_name> --namespace <namespace> --set <value_name>=<value>

使用 YAML 文件：如果您有现成的 YAML 文件（例如 Kubernetes 秘密），您可以将其与 Helm Charts 一起使用：
```
helm install <release_name> <chart_name> --namespace <namespace> -f secrets.yaml
```

6、管理 Helm Charts 依赖关系

Helm Charts 可以具有对其他图表的依赖关系。 Helm 可以帮助您管理这些依赖关系：

显示依赖关系：您可以查看图表的依赖关系：
```
helm dependencies <chart_name>
```
自动管理依赖关系：当您安装或升级图表时，Helm 将自动管理其依赖关系。它将确保所有必需的组件都安装到位。

7、创建自己的 Helm Charts

除了使用现成的图表外，您还可以创建自己的 Helm Charts：

初始化图表：您可以使用 Helm 提供的工具来初始化新的图表：
```
helm create <chart_name>
```
图表结构 ：Helm Charts 具有特定的文件和目录结构。您可以在 charts/ 目录中定义应用程序的资源，并在 values.yaml 中指定可配置的值。
模板化：Helm 使用 Go 模板来生成 Kubernetes YAML 文件。您可以使用模板变量和条件来创建动态资源。
测试和验证：编写测试以验证图表是否按预期工作非常重要。您可以使用 Helm 的内置测试工具来帮助您验证图表。
文档：确保为您的图表提供清晰的文档，包括说明、参数和任何自定义选项。

六、Helm 最佳实践

遵循这些最佳实践可以帮助您充分利用 Helm：

版本控制图表：对您的 Helm Charts 进行版本控制，以便您可以轻松回滚或升级。使用 Git 等版本控制系统来管理图表。
组织图表：使用有意义的命名约定组织图表，并考虑使用 Helm 存储库来集中存储和管理图表。
管理敏感数据：避免在 Helm Charts 中包含敏感数据，例如密码或 API 密钥。使用 Kubernetes Secrets 或外部密钥管理系统来管理这些数据。
测试和验证：在安装之前测试和验证您的图表。编写测试以验证应用程序是否正确部署。
文档和注释：记录您的图表，包括说明、参数和任何自定义选项。使用注释来解释图表的不同部分。
持续集成和部署：将 Helm 与 CI/CD 管道集成，以实现应用程序的自动化和可重复的部署。
监控和警报：实施监控和警报系统以监视应用程序的运行状况。使用工具（例如 Prometheus 和 Grafana）来收集和可视化指标。
定期升级：跟上 Helm 和应用程序的最新版本。定期检查更新，以利用新功能和错误修复。
回滚策略：为应用程序定义回滚策略，以便在出现问题时能够轻松回滚。
团队合作：确保您的团队了解 Helm 的使用，并制定标准和准则。鼓励文档共享和持续学习。

七、结论

Helm 是一个强大的工具，可以极大地简化在 Kubernetes 环境中部署和管理应用程序的过程。它提供了一种声明性且可重复的方法来管理应用程序生命周期。通过遵循本指南，您应该对 Helm 有了很好的了解，并能够开始在 Kubernetes 群集中使用 Helm 部署和管理应用程序。

记住，Helm 不断发展，因此确保参考 Helm 的官方文档以获取最新信息和功能。此外，积极参与 Helm 社区可以帮助您了解最佳实践并了解其他用户的经验。