K8s之Helm工具详解

1、helm介绍

• 在Kubernetes中部署容器云的应用也是一项有挑战性的工做，Helm就是为了简化在Kubernetes中安装部署容器云应用的一个客户端工具。经过helm可以帮助开发者定义、安装和升级Kubernetes中的容器云应用，同时，也能够经过helm进行容器云应用的分享。在Kubeapps Hub中提供了包括Redis、MySQL和Jenkins等常见的应用，经过helm可使用一条命令就可以将其部署安装在本身的Kubernetes集群中。

• Helm是一个用于kubernetes的包管理器。每一个包称为一个Chart，一个Chart是一个目录（通常状况下会将目录进行打包压缩，造成name-version.tgz格式的单一文件，方便传输和存储）。咱们能够将Helm看做Kubernetes下的apt-get/yum。

• 对于应用发布者而言，能够经过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后无须了解Kubernetes的yaml文件语法、应用部署文件。直接使用Helm下载便可在Kubernetes上安装须要的应用。

Helm组件及相关术语

1）Helm
Helm是一个命令行下的客户端工具。主要用于Kubernetes应用程序Chart的建立、打包、发布及建立和管理
本地和远程的Chart仓库。

2）Tiller
Tiller是Helm的服务端，部署在Kubernetes集群中，Tiller用于接收Helm的请求，并根据Chart生成Kubernete
s的部署文件，而后提交给Kubernetes建立应用，Tiller还提供和了Release的升级、删除、回滚等一系列功能。

3）Chart
Chart是一个Helm的程序包，包含了运行一个Kubernetes应用程序所需的镜像、依赖关系和资源定义等。

4）Repoistory
Repoistory是Helm的软件仓库，Repository本质上是一个Web服务器，该服务器保存了一系列的Chart软件包
以供用户下载，而且提供了该Repository的Chart包的清单文件便于查询。Helm能够同时管理多个不一样的Repository。

5）Release
Release是应用程序运行Chart以后，获得的一个实例。

elm架构
helm的总体架构以下图所示，Helm架构由Helm客户端、Tiller服务器端和Chart仓库所组成；Tiller部署在Kubernetes中，Helm客户端从Chart仓库中获取Chart安装包，并将其安装部署到Kubernetes集群中。

Chart install过程：
1）Helm从指定的目录或者tgz文件中解析出Chart结构信息；
2）Helm将指定的Chart结构和Values信息经过gRPC传递给Tiller；
3）Tiller根据Chart和Values生成一个Release；
4）Tiller将Release发送给Kubernetes用于生成Release；
---
Chart update过程：
1）Helm从指定的目录或者tgz文件中解析出Chart结构信息；
2）Helm将要更新的Release的名称和Chart结构、Values信息传递给Tiller；
3）Tiller生成Release并更新指定名称的Release的history；
4）Tiller将Release发送给Kubernetes用于更新Release；
---
Chart Rollback过程：
1）Helm将要回滚的Release的名称传递给Tiller；
2）Tiller根据Release的名称查找history；
3）Tiller从history中获取上一个Release；
4）Tiller将上一个Release发送给Kubernetes用于替换当前的Release；

2、部署Helm

1）安装Helm客户端

[root@master ~]# wget https://get.helm.sh/helm-v2.14.3-linux-amd64.tar.gz
//从Github上下载Helm软件包
[root@master ~]# tar zxf helm-v2.14.3-linux-amd64.tar.gz
[root@master ~]# mv linux-amd64/helm /usr/local/bin/
[root@master ~]# chmod +x /usr/local/bin/helm 
//获取这个软件包只是为了获取这个helm文件
[root@master ~]# echo 'source <(helm completion bash)' >> /etc/profile
[root@master ~]# source /etc/profile
//设置helm命令能够自动补全而且写入环境变量文件中

2）安装Tiller server（须要建立受权用户）

[root@master ~]#  vim tiller-rbac.yaml             //编写yaml文件并建立受权用户
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: tiller
  namespace: kube-system
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: tiller
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: cluster-admin
subjects:
  - kind: ServiceAccount
    name: tiller
    namespace: kube-system
[root@master ~]# kubectl apply -f tiller-rbac.yaml  
[root@master ~]# helm init --service-account=tiller
//Tiller server的环境初始化
//helm的服务端就是Tiller
//指定刚才建立的受权用户初始化helm

[root@master ~]# kubectl get pod -n kube-system | grep tiller  //查看tiller的pod名称
tiller-deploy-8557598fbc-mlr6c   0/1     ContainerCreating   0          6s
//编辑pod的yaml文件，将其使用的镜像改成国内阿里云的，默认是Google的镜像，下载不下来
//修改spec字段的image指定的镜像，以下：

[root@master ~]# kubectl  edit  pod -n kube-system  tiller-deploy-8557598fbc-mlr6c
//修改spec字段的image指定的镜像，以下：
    image: gcr.io/kubernetes-helm/tiller:v2.14.3   
//修改后以下：
    image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/tiller:v2.14.3
//修改后，保存退出便可，它会去自动下载新镜像（若是没有自动下载，就想办法吧，好比说在tiller容器所在的节点手动下载下来镜像，而后重启该节点的kubelet，或重启该容器）

[root@master ~]#  kubectl get pod -n kube-system  | grep tiller  //必须保证tiller的Pod正常运行
tiller-deploy-8557598fbc-mlr6c   1/1     Running   0          5m16s

注：避免出错附加一张图片以下：

3）配置Helm仓库

[root@master ~]# helm repo list   //查看仓库的详细信息
NAME    URL                                             
stable  https://kubernetes-charts.storage.googleapis.com   //默认是Google，在国外，速度特别慢
local   http://127.0.0.1:8879/charts   

[root@master ~]#  helm repo add stable https://kubernetes.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/charts
//更改成国内阿里云的地址

[root@master ~]# helm repo list 
//再次查看仓库的详细信息，能够发现地址已经换成了阿里云的仓库地址
NAME    URL                                                   
stable  https://kubernetes.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/charts
local   http://127.0.0.1:8879/charts   

[root@master ~]# helm repo update  //更新一下helm仓库
[root@master ~]# helm version        //查看helm版本信息
Client: &version.Version{SemVer:"v2.14.3", GitCommit:"0e7f3b6637f7af8fcfddb3d2941fcc7cbebb0085", GitTreeState:"clean"}
Server: &version.Version{SemVer:"v2.14.3", GitCommit:"0e7f3b6637f7af8fcfddb3d2941fcc7cbebb0085", GitTreeState:"clean"}
//必须保证能够查看出来client和server，才可正常使用helm

注：就此Helm就已经表示部署成功，能够正常使用！

3、使用helm安装mysql+Storage Class

建立Storage Class
1）部署nfs

[root@master ~]# yum -y install nfs-utils rpcbind
[root@master ~]# mkdir /nfsdata
[root@master ~]# echo "/nfsdata *(rw,no_root_squash,sync)" > /etc/exports
[root@master ~]# systemctl start nfs-server && systemctl start rpcbind
[root@master ~]# showmount -e
Export list for master:
/nfsdata *

2）建立rbac受权

[root@master ~]# vim rbac-rolebind.yaml   //编辑yaml文件
apiVersion: v1                            //建立一个用于认证的服务帐号
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: nfs-provisioner
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1        //建立群集规则
kind: ClusterRole
metadata:
  name: nfs-provisioner-runner
rules:
   -  apiGroups: [""]
      resources: ["persistentvolumes"]
      verbs: ["get", "list", "watch", "create", "delete"]
   -  apiGroups: [""]
      resources: ["persistentvolumeclaims"]
      verbs: ["get", "list", "watch", "update"]
   -  apiGroups: ["storage.k8s.io"]
      resources: ["storageclasses"]
      verbs: ["get", "list", "watch"]
   -  apiGroups: [""]
      resources: ["events"]
      verbs: ["watch", "create", "update", "patch"]
   -  apiGroups: [""]
      resources: ["services", "endpoints"]
      verbs: ["get","create","list", "watch","update"]
   -  apiGroups: ["extensions"]
      resources: ["podsecuritypolicies"]
      resourceNames: ["nfs-provisioner"]
      verbs: ["use"]
---
kind: ClusterRoleBinding                //将服务认证用户与群集规则进行绑定
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: run-nfs-provisioner
subjects:
  - kind: ServiceAccount
    name: nfs-provisioner
    namespace: default
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: nfs-provisioner-runner
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

[root@master ~]# kubectl apply -f rbac-rolebind.yaml  //执行yaml文件

3）建立nfs-deployment.资源

[root@master ~]# vim nfs-deployment.yaml
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: nfs-client-provisioner
spec:
  replicas: 1                              //指定副本数量为1
  strategy:
    type: Recreate                      //指定策略类型为重置
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nfs-client-provisioner
    spec:
      serviceAccount: nfs-provisioner            //指定rbac yaml文件中建立的认证用户帐号
      containers:
        - name: nfs-client-provisioner
          image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/open-ali/nfs-client-provisioner  //使用的镜像 
          volumeMounts:
            - name: nfs-client-root
              mountPath:  /persistentvolumes             //指定容器内挂载的目录
          env:
            - name: PROVISIONER_NAME           //容器内的变量用于指定提供存储的名称
              value: bjq-test
            - name: NFS_SERVER                      //容器内的变量用于指定nfs服务的IP地址
              value: 192.168.45.129
            - name: NFS_PATH                       //容器内的变量指定nfs服务器对应的目录
              value: /nfsdata
      volumes:                                                //指定挂载到容器内的nfs的路径及IP
        - name: nfs-client-root
          nfs:
            server: 192.168.45.129
            path: /nfsdata
        //编辑完成保存退出便可

[root@master ~]# kubectl  apply  -f nfs-deployment.yaml   //执行yaml文件
[root@master ~]# kubectl  get  pod | grep nfs  //确认pod是否正常运行
nfs-client-provisioner-8844fb875-prjhq   1/1     Running   0          14s

4）建立Storage Class

[root@master ~]# vim storage-class.yaml   //编辑yaml文件
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: stateful-nfs
provisioner: bjq-test    //这个要和nfs-client-provisioner的env环境变量中的PROVISIONER_NAME的value值对应。
reclaimPolicy: Retain  //指定回收策略为Retain（手动释放）

[root@master ~]# kubectl apply -f storage-class.yaml   //执行yaml文件
[root@master ~]# kubectl get sc            //确认Storage Class建立成功  
NAME           PROVISIONER   AGE
stateful-nfs   bjq-test      8s

5）helm部署mysql

[root@master ~]# helm fetch stable/mysql       //将mysql的软件包下载到本地
[root@master ~]# tar zxf mysql-0.3.5.tgz 

[root@master ~]# vim mysql/values.yaml     +55
  storageClass: "stateful-nfs"                  //去除注释，并指定刚才建立的Storage Class名称

[root@master ~]# vim mysql/values.yaml +79
  type: NodePort                                     //默认是ClusterIP，可更改成NodePort

[root@master ~]# helm install stable/mysql -f mysql/values.yaml --set mysqlRootPassword=123.com -n test-mysql
//若是修改了values.yaml文件的数据，建立时应该指定values.yaml文件  
//安装mysql，并设置mysql的root密码为123.com，-n表示指定名称

root@master ~]# helm list               //查看已安装的软件包
NAME        REVISION    UPDATED                     STATUS      CHART       APP VERSION NAMESPACE
test-mysql  1           Tue Sep  1 13:26:01 2020    DEPLOYED    mysql-0.3.5             default

避免出错附加一张图片：

[root@master ~]# kubectl get svc | grep test-mysql //确认service类型
test-mysql-mysql   NodePort    10.98.129.4   <none>        3306:30083/TCP   4m56s

[root@master ~]# kubectl get pv,pvc  //查看PV、PVC是否绑定成功
NAME                                                        CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM                      STORAGECLASS   REASON   AGE
persistentvolume/pvc-4ebb3a43-b192-4e2d-884a-2b75308f63dd   8Gi        RWO            Delete           Bound    default/test-mysql-mysql   stateful-nfs            5m5s

NAME                                     STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
persistentvolumeclaim/test-mysql-mysql   Bound    pvc-4ebb3a43-b192-4e2d-884a-2b75308f63dd   8Gi        RWO            stateful-nfs   5m5s

[root@master ~]# kubectl  exec  -it test-mysql-mysql-dfb9b6944-q7tcd  -- mysql -u root -p123.com
//登陆到刚才建立的mysql数据库中
mysql>

6）使用helm对mysql进行升级操做

[root@master ~]# kubectl  describe  pod test-mysql-mysql-dfb9b6944-q7tcd 
//查看pod的详细信息如下能够看出，该pod所用镜像为mysql:5.7.14
Events:
  Type     Reason            Age                    From               Message
  ----     ------            ----                   ----               -------
  Warning  FailedScheduling  8m57s (x2 over 8m57s)  default-scheduler  pod has unbound immediate PersistentVolumeClaims (repeated 2 times)
  Normal   Scheduled         8m56s                  default-scheduler  Successfully assigned default/test-mysql-mysql-dfb9b6944-q7tcd to node02
  Normal   Pulling           8m55s                  kubelet, node02    Pulling image "busybox:1.25.0"
  Normal   Pulled            8m46s                  kubelet, node02    Successfully pulled image "busybox:1.25.0"
  Normal   Created           8m46s                  kubelet, node02    Created container remove-lost-found
  Normal   Started           8m46s                  kubelet, node02    Started container remove-lost-found
  Normal   Pulling           8m46s                  kubelet, node02    Pulling image "mysql:5.7.14"
  Normal   Pulled            8m24s                  kubelet, node02    Successfully pulled image "mysql:5.7.14"
  Normal   Created           8m24s                  kubelet, node02    Created container test-mysql-mysql
  Normal   Started           8m24s                  kubelet, node02    Started container test-mysql-mysql

[root@master ~]# kubectl get pod | grep test-mysql  //注意升级以后，pod名称会发生变化
test-mysql-mysql-54c7bfdd77-8jlpj        1/1     Running   0          2m54s

[root@master ~]# kubectl  describe  pod test-mysql-mysql-54c7bfdd77-8jlpj  
//再次查看pod详细信息，能够看出，镜像升级为mysql:5.7.15
Events:
  Type    Reason     Age    From               Message
  ----    ------     ----   ----               -------
  Normal  Scheduled  4m1s   default-scheduler  Successfully assigned default/test-mysql-mysql-54c7bfdd77-8jlpj to node01
  Normal  Pulling    4m1s   kubelet, node01    Pulling image "busybox:1.25.0"
  Normal  Pulled     3m50s  kubelet, node01    Successfully pulled image "busybox:1.25.0"
  Normal  Created    3m50s  kubelet, node01    Created container remove-lost-found
  Normal  Started    3m50s  kubelet, node01    Started container remove-lost-found
  Normal  Pulling    3m50s  kubelet, node01    Pulling image "mysql:5.7.15"
  Normal  Pulled     3m25s  kubelet, node01    Successfully pulled image "mysql:5.7.15"
  Normal  Created    3m25s  kubelet, node01    Created container test-mysql-mysql
  Normal  Started    3m25s  kubelet, node01    Started container test-mysql-mysql

7）使用helm对mysql进行回滚操做

[root@master ~]# helm list
//再次查看实例，能够发现“REVISION”字段为2，而初次建立实例时，该列为1，只要对该实例进行升级回滚一次，数值便会加1
NAME        REVISION    UPDATED                     STATUS      CHART       APP VERSION NAMESPACE
test-mysql  2           Tue Sep  1 13:37:45 2020    DEPLOYED    mysql-0.3.5             default 

[root@master ~]# helm history  test-mysql  //查看该实例的历史版本
REVISION    UPDATED                     STATUS      CHART       DESCRIPTION     
1           Tue Sep  1 13:26:01 2020    SUPERSEDED  mysql-0.3.5 Install complete
2           Tue Sep  1 13:37:45 2020    DEPLOYED    mysql-0.3.5 Upgrade complete

[root@master ~]# helm rollback test-mysql 1  //将该实例回滚到版本1
[root@master ~]# helm list   //再次查看，能够看到“REVISION”的值变成了3
NAME        REVISION    UPDATED                     STATUS      CHART       APP VERSION NAMESPACE
test-mysql  3           Tue Sep  1 13:55:57 2020    DEPLOYED    mysql-0.3.5             default  

[root@master ~]# kubectl get pod | grep test-mysql  //确认pod是正常状态
test-mysql-mysql-dfb9b6944-fd6l9         1/1     Running   0          67s

[root@master ~]# kubectl  describe  pod test-mysql-mysql-dfb9b6944-fd6l9 
//查看pod的详细信息，能够看出，该pod使用的镜像已经回滚到mysql:5.7.14版本
Events:
  Type    Reason     Age   From               Message
  ----    ------     ----  ----               -------
  Normal  Scheduled  2m4s  default-scheduler  Successfully assigned default/test-mysql-mysql-dfb9b6944-fd6l9 to node02
  Normal  Pulled     2m3s  kubelet, node02    Container image "busybox:1.25.0" already present on machine
  Normal  Created    2m3s  kubelet, node02    Created container remove-lost-found
  Normal  Started    2m3s  kubelet, node02    Started container remove-lost-found
  Normal  Pulled     2m1s  kubelet, node02    Container image "mysql:5.7.14" already present on machine
  Normal  Created    2m1s  kubelet, node02    Created container test-mysql-mysql
  Normal  Started    2m1s  kubelet, node02    Started container test-mysql-mysql

4、部署helm私有仓库

1）node01节点运行web容器做为私有仓库

[root@node01 ~]# mkdir -p /var/www/charts //建立目录，用于存放charts包
[root@node01 ~]# docker run -d -p 8080:80 -v /var/www:/usr/local/apache2/htdocs httpd

2）master节点上，建立chart包并打包

[root@master ~]# helm create testchart  //建立chart包（生成的是目录），名称为testchart
[root@master ~]# helm package testchart 
//将刚才生成的目录进行打包，会在当前目录下生成名为testchart-0.1.0.tgz的包

3）master节点生成仓库的index文件

[root@master ~]# mkdir myrepo
[root@master ~]# mv testchart-0.1.0.tgz myrepo/
//建立用于存放chart包的目录，并将chart包移动到该目录

[root@master ~]# helm repo index myrepo/ --url http://192.168.45.141:8080/charts
//url路径表示运行web容器的节点IP+端口，也就是指定的是node01节点
[root@master ~]# ls myrepo/
index.yaml  testchart-0.1.0.tgz
//确认已经生成index.yaml文件

[root@master ~]# scp myrepo/* node01:/var/www/charts
//将生成的index.yaml文件及charts包复制到web容器所在节点映射的本地目录

4）将新repo仓库添加到helm

[root@master ~]#  helm repo add newrepo http://192.168.45.141:8080/charts
//url是web容器所在的节点的IP+端口+存放chart包的目录，并指定仓库的名称为newrepo

[root@master ~]# helm repo list 
NAME    URL                                                   
stable  https://kubernetes.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/charts
local   http://127.0.0.1:8879/charts                          
newrepo http://192.168.45.141:8080/charts  
//stable是刚建立helm添加的阿里云的仓库
//local是本地的缓存
//newrepo是刚刚添加的仓库名称（确认该仓库已经存在）

注：配置至此，已经能够正常供内网环境使用这个charts包的私有仓库了，下面是一些验证。
5）搜索可用的chart包并部署

[root@master ~]# helm search testchart
NAME                CHART VERSION   APP VERSION DESCRIPTION                
local/testchart     0.1.0           1.0         A Helm chart for Kubernetes
newrepo/testchart   0.1.0           1.0         A Helm chart for Kubernetes
//local是本地的缓存，不用理会，能够查看到newrepo提供的testchart包

[root@master ~]# helm install newrepo/testchart -n test-nginx
//既然能够搜索到就表示可使用chart包建立实例
[root@master ~]# kubectl  get  pod | grep test-nginx  //确认pod运行成功
test-nginx-testchart-64d8585997-jxtv7    1/1     Running   0          33s
[root@master ~]# kubectl describe  pod test-nginx-testchart-64d8585997-jxtv7 
//查看这个pod的详细信息，并确认pod所使用的镜像
Events:
  Type    Reason     Age    From               Message
  ----    ------     ----   ----               -------
  Normal  Scheduled  2m28s  default-scheduler  Successfully assigned default/test-nginx-testchart-64d8585997-jxtv7 to node01
  Normal  Pulling    2m28s  kubelet, node01    Pulling image "nginx:stable"
  Normal  Pulled     2m10s  kubelet, node01    Successfully pulled image "nginx:stable"
  Normal  Created    2m10s  kubelet, node01    Created container testchart
  Normal  Started    2m9s   kubelet, node01    Started container testchart

6）更新chart包中所运行服务的镜像
其实就是一个服务版本升级的操做，大概思路以下：修改解压后的charts包目录下的values.yaml文件为所需的值（values.yaml文件包含的是这个服务的值，能够在里面指定镜像及标签、数据持久化的类型等等），修改完成后，再使用下面的命令进行升级操做。

[root@master ~]# helm upgrade -f testchart/values.yaml test-nginx newrepo/testchart
//my-nginx是以前实例的名称，能够经过“helm list”查看实例名称
//newrepo/testchart ：为自定义仓库中的chart包

[root@master ~]# kubectl describe pod test-nginx-testchart-6d6984ddd9-gn9sw
//确认pod所使用的镜像已经更新

注：若是使用命令的方式直接进行升级，命令执行完成不会报错，可是镜像并不会更新，推荐使用更改values.yaml的方式进行升级！

7）再次向newrepo仓库上传chart包

[root@master ~]# helm create mychart
[root@master ~]# helm package mychart/
[root@master ~]# mv mychart-0.1.0.tgz myrepo/
[root@master ~]# helm repo index myrepo/ --url http://192.168.45.141:8080/charts
//当有新的chart包时，需更新index.yaml文件
[root@master ~]# scp myrepo/* node01:/var/www/charts
[root@master ~]# helm repo update
//若是须要使用则需更新一下本地的仓库

[root@master ~]# helm search mychart
NAME            CHART VERSION   APP VERSION DESCRIPTION                
local/mychart   0.1.0           1.0         A Helm chart for Kubernetes
newrepo/mychart 0.1.0           1.0         A Helm chart for Kubernetes
//确保新添加的chart包能够被搜索到

5、Helm经常使用命令

[root@master ~]# helm version        //查看helm版本信息
[root@master ~]# helm list               /查看当前安装的Chart包
[root@master ~]# helm search mysql         //查看与mysql相关的chart包
[root@master ~]# helm fetch stable/mysql            //将mysql软件包下载到本地
[root@master ~]# helm inspect stable/mysql       //查看该软件包的详细信息
[root@master ~]# helm install stable/mysql -n mysql        //安装指定的mysql软件包，并命名为mysql
[root@master ~]# helm status mysql                 //查看mysql的状态信息
[root@master ~]# helm delete --purge mysql       //删除mysql，并将本地的缓存也进行删除
[root@master ~]# helm repo add stable https://kubernetes.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/charts
//添加阿里云的repo源
[root@master ~]# helm repo update              //更新repo仓库资源
[root@master ~]# helm create helm_charts       //建立一个chart，名称为helm_charts
[root@master ~]# cd helm_charts/ && helm lint       //测试charts语法
[root@master ~]# helm package helm_charts           //打包charts
[root@master helm_charts]# helm template helm_charts-0.1.0.tgz       //查看该软件包生成的yaml文件