12HelmChart：如何在生产环境中释放部署生产力？

通过前面的课程，相信你对 Kubernetes 中的对象有了很多了解。Kubernetes 是一个强大的容器调度系统，你可以通过一些声明式的定义，很方便地在 Kubernetes 中部署业务。

现在你一定很想尝试在 Kubernetes 中部署一个稍微复杂的系统，比如下面这个典型的三层架构：前端、后端和数据层。

（https://docs.bitnami.com/tutorials/_next/static/images/three-tier-kubernetes-architecture-28861dab09dbb6c2dd6ddb986f3a42d4.png.webp）

也许你内心里已经开始跃跃欲试，但是转念一想，事情好像没那么简单啊。你感觉到这里面要写一堆的 YAML 文件，每一层架构都至少要写 2 个 YAML 文件，写的时候还需要理解各种对象、注意各种缩进的层级关系、还要设置一堆配置参数等。这对于刚接触 Kubernetes 的人来说是一个很高的门槛，简直无法跨越。同时，对于业务交付的同学，也将是一个大灾难，因为如果缺少任何一个 YAML 文件，都会导致整个系统无法正常工作。

看到这里，你也许会想到能不能通过一种包的方式进行管理呢，类似于 Node.js 通过 npm 来管理包，Debian 系统通过 dpkg 来管理包，而 Python 通过 pip 来管理包。

那么在 Kubernetes 中， 这个答案就是Helm。

Helm 降低了使用 Kubernetes 的门槛，你无须从头开始编写应用部署文件，甚至都不需要了解 Kubernetes 中的各个对象以及相应的 YAML 语义。直接通过 Helm 就可以在自己的 Kubernetes 中一键部署需要的应用。

对于开发者而言，通过 Helm 进行打包，管理应用内部的各种依赖关系，极其方便。并且可以借助于版本化的概念，方便自身的迭代和分发。除此之外，Helm 还有一些其他强大的功能，请跟我一起开始今天 Helm 的学习之旅。

作为 CNCF 社区官方的项目，Helm 在今年四月份已经宣布毕业，这进一步彰显了 Helm 的市场接受度、生产环境采用率以及技术影响力。

我们先来理解下 Helm 中几个重要的概念。

Helm 中的几个概念

在 Helm 中，有三个非常核心的概念—— Chart、Config 和 Release。

Chart 可以理解成应用的安装包，通常包含了一组我们在 Kubernetes 要部署的 YAML 文件。一个 Chart 就是一个目录，我们可以将这个目录进行压缩打包，比如打包成 some-chart-version.tgz 类型的压缩文件，方便传输和存储。

每个这样的 Chart 包内都必须有一个 Chart.yaml 文件，类似这样：

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apiVersion: v1
name: redis
version: 11.0.0
appVersion: 6.0.8
description: Open source, advanced key-value store. It is often referred to as a data structure server since keys can contain strings, hashes, lists, sets and sorted sets.
keywords:
  - redis
  - keyvalue
  - database
home: https://github.com/bitnami/charts/tree/master/bitnami/redis
icon: https://bitnami.com/assets/stacks/redis/img/redis-stack-220x234.png
sources:
  - https://github.com/bitnami/bitnami-docker-redis
  - http://redis.io/
maintainers:
  - name: Bitnami
    email: containers@bitnami.com
  - name: desaintmartin
    email: cedric@desaintmartin.fr
engine: gotpl
annotations:
  category: Database

这个 Chart.yaml 主要用来描述该 Chart 的名字、版本号，以及关键字等信息。

有了这个 Chart，我们就可以在 Kubernetes集群中部署了。每一次的安装部署，我们称为一个 Release。在同一个 Kubernetes 集群中，可以有多个 Release。你可以将 Release 理解成是 Chart 包部署后的一个 Chart（应用）实例。

注： 这个 Release 和我们通常概念中理解的“版本”有些差异。

同时，为了能够让 Chart 实现参数可配置，即 Config，我们在每个 Chart 包内还有一个 values.yaml 文件，用来记录可配置的参数和其默认值。在每个 Release 中，我们也可以指定自己的 values.yaml 文件用来覆盖默认的配置。

此外，我们还需要统一存放这些 Chart，即 Repository（仓库）。这个概念和我们以前的 yum repo 是一样的。本质上来说，Repository 就是一个 Web 服务器，不仅保存了一系列的 Chart 软件包让用户下载安装使用，还有对应的清单文件以供查询。

通过 Helm，我们可以同时使用和管理多个不同的 Repository，就像我们可以给 yum 配置多个源一样

掌握了这些概念，我们现在再拉远视角，整体来看一下。

Helm 的安装及架构组成

首先，Helm 的安装非常简单，你可以通过如下的命令安装最新版本的 Helm 可执行文件：

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$ curl https://raw.githubusercontent.com/helm/helm/master/scripts/get-helm-3 | bash
  % Total    % Received % Xferd  Average Speed   Time    Time     Time  Current
                                 Dload  Upload   Total   Spent    Left  Speed
100 11213  100 11213    0     0  12109      0 --:--:-- --:--:-- --:--:-- 12096
Downloading https://get.helm.sh/helm-v3.3.1-darwin-amd64.tar.gz
Verifying checksum... Done.
Preparing to install helm into /usr/local/bin
Password:
helm installed into /usr/local/bin/helm

当然你也可以去官方的文档里选择合适自己的安装方式。安装完成后，我们来查看下 Helm 的版本：

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$ helm version
version.BuildInfo{Version:"v3.3.1", GitCommit:"249e5215cde0c3fa72e27eb7a30e8d55c9696144", GitTreeState:"clean", GoVersion:"go1.14.7"}

可以看到目前我们安装的版本是 v3.3.1 ，这是 Helm 3 的一个版本。其实在 Helm 3 之前，还有 Helm 2，目前还有不少人在继续使用 Helm 2 的版本。现在我们来简单了解下 Helm 2 和 Helm 3 。

Helm 2

Helm 2 于 2015 年在 KubeCon 上亮相。其架构如下图所示，是个常见的 CS 架构，由 Helm Client 和 Tiller 两部分组成。

（https://medium.com/dwarves-foundation/kubernetes-helm-101-78f70eeb0d1）

Tiller 是 Helm 的服务端， 用于接收来自 Helm Client 的请求，主要负责部署 Helm Chart、管理 Release（比如升级、删除、回滚等操作），以及在 Kubernetes 集群中创建应用。TIller 通常部署在 Kubernetes 中，直接通过 helm init 就可以在 Kuberentes 集群中拉起服务。

Helm Client 主要负责跟用户进行交互，通过命令行就可以完成 Chart 的安装、升级、删除等操作。Helm Client 可以从公有或者私有的 Helm 仓库中拉取 Chart 包，通过用户指定的 Config，就可以直接传给后端的 Tiller 服务，使之在集群内进行部署。

这里，我们可以看到 Tiller 在 Helm 2 和 Kubernetes 集群中间其实起到了一个中转的作用，因此 Tiller 实际上是代替用户在 Kubernetes 集群中执行操作，所以 Tiller 在运行中往往需要一个很高的权限。这里 Tiller 存在着两大安全风险：

要对外暴露自身的端口；

自身运行过程中，跟 Kubernetes 交互需要很高的权限，这样才可以在 Kuberentes 中创建、删除各种各样的资源。

当然了，之所以有这种架构设计是由于在 Helm 2 开发的时候，Kubernetes 的 RBAC 体系还没有建立完成。Kubernetes 社区直到 2017 年 10 月份 v1.8 版本才默认采用了 RBAC 权限体系。随着 Kubernetes 的各项功能日益完善，主要是 RBAC 能力，Tiller 这个组件存在的必要性进一步降低，社区也在一直想着怎么去解决 TIller 的安全问题。

我们再来看看 Helm 3。

Helm 3

Helm 3 是在 Helm 2 之上的一次大更改，于 2019 年 11 月份正式推出。相比较于 Helm 2， Helm 3 简单了很多，移除了 Tiller，只剩下一个 Helm Client。在使用中，你只需要这一个二进制可执行文件即可，使用你当前用的 kubeconfig 文件，即可在 Kubernetes 集群中部署 Chart、管理 Release。

至此，Helm 2 开始要退出历史的舞台了。目前 Helm 社区官方也逐步开始暂停维护 Helm 2，最终的 Bugfix 修复截止到今年的 8 月份，版本号是 v2.16.10，而安全相关的 patch 会继续支持，直到 今年的 11 月份。

如果你还在使用 Helm 2，建议你尽快切换到 Helm 3 上来。Helm 社区也提供了相关的插件，帮助你从 Helm 2 迁移到 Helm 3 中，可以参考这篇 Helm 的官方迁移文档，这里我就不再赘述了。

通过这个版本迭代的过程，你应该也清楚了 Helm 的原理，对它更加熟悉了，接下来我们一起动手实践看看。

如何创建和部署 Helm Chart

创建一个 Chart 很简单，通过 helm create 的命令就可以创建一个 Chart 模板出来：

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$ helm create hello-world
Creating hello-world

我们现在来看看这个 Chart 的目录里面有什么：

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$ tree ./hello-world
./hello-world
├── Chart.yaml
├── charts
├── templates
│   ├── NOTES.txt
│   ├── _helpers.tpl
│   ├── deployment.yaml
│   ├── hpa.yaml
│   ├── ingress.yaml
│   ├── service.yaml
│   ├── serviceaccount.yaml
│   └── tests
│       └── test-connection.yaml
└── values.yaml

3 directories, 10 files

这里面包含了我们上面讲的 Chart.yaml 和 values.yaml。

先看看这里 Chart.yaml 的内容：

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apiVersion: v2
name: hello-world
description: A Helm chart for Kubernetes

# A chart can be either an 'application' or a 'library' chart.
#
# Application charts are a collection of templates that can be packaged into versioned archives
# to be deployed.
#
# Library charts provide useful utilities or functions for the chart developer. They're included as
# a dependency of application charts to inject those utilities and functions into the rendering
# pipeline. Library charts do not define any templates and therefore cannot be deployed.
type: application

# This is the chart version. This version number should be incremented each time you make changes
# to the chart and its templates, including the app version.
# Versions are expected to follow Semantic Versioning (https://semver.org/)
version: 0.1.0

# This is the version number of the application being deployed. This version number should be
# incremented each time you make changes to the application. Versions are not expected to
# follow Semantic Versioning. They should reflect the version the application is using.
appVersion: 1.16.0

可以看到，这里 Chart 的名字就是我们 Chart 所在目录的名字。你在使用的时候，就可以在这个文件里面添加 keyword，以及 annotation，方便后续查找和分类。values.yaml 里面包含了一些可配置的参数，你可以根据自己的需要进行添加，或者修改默认值等。

这个目录下面有个 charts 文件夹，主要用来放置一些子 Chart 包，也可以是 tar 包、 Chart 目录。你可以根据自己的场景，决定需不需要放置子 Chart 包。

这个目录里面还有个 templates 文件夹，这个文件夹里面的文件是一些模板文件，Helm 会根据 values.yaml 的参数进行渲染，然后在 Kubernetes 集群中创建出来。

你可以根据自己的需要，在这个 templates 目录下，添加和更改 yaml 文件。

你这样创建好了一个 Chart 包后，如果想要更改其中一些参数，可以将它们放到其他的文件里面，比如 myvalues.yaml 文件。

然后通过 helm install 命令，你就可以在 Kubernetes 集群里面部署 hello-world 这个 Chart 包：

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helm install -f myvalues.yaml hello-world ./hello-world

或者，你可以通过添加 Repository 直接使用别人的 Chart，使用 helm search 来查找自己想要的 Chart：

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$ helm repo add brigade https://brigadecore.github.io/charts
"brigade" has been added to your repositories
$ helm search repo brigade
NAME                          CHART VERSION APP VERSION DESCRIPTION
brigade/brigade               1.3.2         v1.2.1      Brigade provides event-driven scripting of Kube...
brigade/brigade-github-app    0.4.1         v0.2.1      The Brigade GitHub App, an advanced gateway for...
brigade/brigade-github-oauth  0.2.0         v0.20.0     The legacy OAuth GitHub Gateway for Brigade
brigade/brigade-k8s-gateway   0.1.0                     A Helm chart for Kubernetes
brigade/brigade-project       1.0.0         v1.0.0      Create a Brigade project
brigade/kashti                0.4.0         v0.4.0      A Helm chart for Kubernetes

更多 Helm 的使用命令，可以参考官方的使用文档，使用起来非常简单就不占用篇幅了。

写在最后

目前 Helm 是 CNCF 基金会旗下已经“毕业”的独立的项目。它简化了 Kubernetes 应用的部署和管理，大大提高了效率，越来越多的人在生产环境中使用 Helm 来部署和管理应用，所以我在这里用一个课时来专门讲解它的原理和使用，想让你在使用 Kubernetes 时如虎添翼。

如果你对本节课有什么想法或者疑问，欢迎你在留言区留言，我们一起讨论。

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