使用Helm

本指南介绍了使用 Helm 来管理 Kubernetes 集群上的软件包的基础知识。在这之前，假定您已经安装了 Helm 客户端。

如果您仅对运行一些快速命令感兴趣，则不妨从快速入门指南开始。本章包含了 Helm 命令的详细说明，并解释如何使用 Helm。

三大概念

Chart 代表着 Helm 包。它包含在 Kubernetes 集群内部运行应用程序，工具或服务所需的所有资源定义。你可以把它看作是 Homebrew formula，Apt dpkg，或 Yum RPM 在Kubernetes 中的等价物。

Repository（仓库） 是用来存放和共享 charts 的地方。它就像 Perl 的 CPAN 档案库网络或是 Fedora 的软件包仓库，只不过它是供 Kubernetes 包所使用的。

Release 是运行在 Kubernetes 集群中的 chart 的实例。一个 chart 通常可以在同一个集群中安装多次。每一次安装都会创建一个新的 release。以 MySQL chart为例，如果你想在你的集群中运行两个数据库，你可以安装该chart两次。每一个数据库都会拥有它自己的 release 和 release name。

在了解了上述这些概念以后，我们就可以这样来解释 Helm：

Helm 安装 charts 到 Kubernetes 集群中，每次安装都会创建一个新的 release。你可以在 Helm 的 chart repositories 中寻找新的 chart。

'helm search'：查找 Charts

Helm 自带一个强大的搜索命令，可以用来从两种来源中进行搜索：

helm search hub 从 Artifact Hub 中查找并列出 helm charts。 Artifact Hub中存放了大量不同的仓库。
helm search repo 从你添加（使用 helm repo add）到本地 helm 客户端中的仓库中进行查找。该命令基于本地数据进行搜索，无需连接互联网。

你可以通过运行 helm search hub 命令找到公开可用的charts：

$ helm search hub wordpress
URL                                                 CHART VERSION APP VERSION DESCRIPTION
https://hub.helm.sh/charts/bitnami/wordpress        7.6.7         5.2.4       Web publishing platform for building blogs and ...
https://hub.helm.sh/charts/presslabs/wordpress-...  v0.6.3        v0.6.3      Presslabs WordPress Operator Helm Chart
https://hub.helm.sh/charts/presslabs/wordpress-...  v0.7.1        v0.7.1      A Helm chart for deploying a WordPress site on ...

上述命令从 Artifact Hub 中搜索所有的 wordpress charts。

如果不进行过滤，helm search hub 命令会展示所有可用的 charts。

使用 helm search repo 命令，你可以从你所添加的仓库中查找chart的名字。

$ 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

Helm 搜索使用模糊字符串匹配算法，所以你可以只输入名字的一部分：

$ helm search repo kash
NAME            CHART VERSION APP VERSION DESCRIPTION
brigade/kashti  0.4.0         v0.4.0      A Helm chart for Kubernetes

搜索是用来发现可用包的一个好办法。一旦你找到你想安装的 helm 包，你便可以通过使用 helm install 命令来安装它。

'helm install'：安装一个 helm 包

使用 helm install 命令来安装一个新的 helm 包。最简单的使用方法只需要传入两个参数：你命名的release名字和你想安装的chart的名称。

$ helm install happy-panda bitnami/wordpress
NAME: happy-panda
LAST DEPLOYED: Tue Jan 26 10:27:17 2021
NAMESPACE: default
STATUS: deployed
REVISION: 1
NOTES:
** Please be patient while the chart is being deployed **

Your WordPress site can be accessed through the following DNS name from within your cluster:

    happy-panda-wordpress.default.svc.cluster.local (port 80)

To access your WordPress site from outside the cluster follow the steps below:

1. Get the WordPress URL by running these commands:

  NOTE: It may take a few minutes for the LoadBalancer IP to be available.
        Watch the status with: 'kubectl get svc --namespace default -w happy-panda-wordpress'

   export SERVICE_IP=$(kubectl get svc --namespace default happy-panda-wordpress --template "{{ range (index .status.loadBalancer.ingress 0) }}{{.}}{{ end }}")
   echo "WordPress URL: http://$SERVICE_IP/"
   echo "WordPress Admin URL: http://$SERVICE_IP/admin"

2. Open a browser and access WordPress using the obtained URL.

3. Login with the following credentials below to see your blog:

  echo Username: user
  echo Password: $(kubectl get secret --namespace default happy-panda-wordpress -o jsonpath="{.data.wordpress-password}" | base64 --decode)

现在wordpress chart 已经安装。注意安装chart时创建了一个新的 release 对象。上述发布被命名为 happy-panda。（如果想让Helm生成一个名称，删除发布名称并使用--generate-name。）

在安装过程中，helm 客户端会打印一些有用的信息，其中包括：哪些资源已经被创建，release当前的状态，以及你是否还需要执行额外的配置步骤。

Helm按照以下顺序安装资源：

Namespace
NetworkPolicy
ResourceQuota
LimitRange
PodSecurityPolicy
PodDisruptionBudget
ServiceAccount
Secret
SecretList
ConfigMap
StorageClass
PersistentVolume
PersistentVolumeClaim
CustomResourceDefinition
ClusterRole
ClusterRoleList
ClusterRoleBinding
ClusterRoleBindingList
Role
RoleList
RoleBinding
RoleBindingList
Service
DaemonSet
Pod
ReplicationController
ReplicaSet
Deployment
HorizontalPodAutoscaler
StatefulSet
Job
CronJob
Ingress
APIService

Helm 客户端不会等到所有资源都运行才退出。许多 charts 需要大小超过 600M 的 Docker 镜像，可能需要很长时间才能安装到集群中。

你可以使用 helm status 来追踪 release 的状态，或是重新读取配置信息：

$ helm status happy-panda
NAME: happy-panda
LAST DEPLOYED: Tue Jan 26 10:27:17 2021
NAMESPACE: default
STATUS: deployed
REVISION: 1
NOTES:
** Please be patient while the chart is being deployed **

Your WordPress site can be accessed through the following DNS name from within your cluster:

    happy-panda-wordpress.default.svc.cluster.local (port 80)

To access your WordPress site from outside the cluster follow the steps below:

1. Get the WordPress URL by running these commands:

  NOTE: It may take a few minutes for the LoadBalancer IP to be available.
        Watch the status with: 'kubectl get svc --namespace default -w happy-panda-wordpress'

   export SERVICE_IP=$(kubectl get svc --namespace default happy-panda-wordpress --template "{{ range (index .status.loadBalancer.ingress 0) }}{{.}}{{ end }}")
   echo "WordPress URL: http://$SERVICE_IP/"
   echo "WordPress Admin URL: http://$SERVICE_IP/admin"

2. Open a browser and access WordPress using the obtained URL.

3. Login with the following credentials below to see your blog:

  echo Username: user
  echo Password: $(kubectl get secret --namespace default happy-panda-wordpress -o jsonpath="{.data.wordpress-password}" | base64 --decode)

上述信息展示了 release 的当前状态。

安装前自定义 chart

上述安装方式只会使用 chart 的默认配置选项。很多时候，我们需要自定义 chart 来指定我们想要的配置。

使用 helm show values 可以查看 chart 中的可配置选项：

$ helm show values bitnami/wordpress
## Global Docker image parameters
## Please, note that this will override the image parameters, including dependencies, configured to use the global value
## Current available global Docker image parameters: imageRegistry and imagePullSecrets
##
# global:
#   imageRegistry: myRegistryName
#   imagePullSecrets:
#     - myRegistryKeySecretName
#   storageClass: myStorageClass

## Bitnami WordPress image version
## ref: https://hub.docker.com/r/bitnami/wordpress/tags/
##
image:
  registry: docker.io
  repository: bitnami/wordpress
  tag: 5.6.0-debian-10-r35
  [..]

然后，你可以使用 YAML 格式的文件覆盖上述任意配置项，并在安装过程中使用该文件。

$ echo '{mariadb.auth.database: user0db, mariadb.auth.username: user0}' > values.yaml
$ helm install -f values.yaml bitnami/wordpress --generate-name

上述命令将为 MariaDB 创建一个名称为 user0 的默认用户，并且授予该用户访问新建的 user0db 数据库的权限。chart 中的其他默认配置保持不变。

安装过程中有两种方式传递配置数据：

--values (或 -f)：使用 YAML 文件覆盖配置。可以指定多次，优先使用最右边的文件。
--set：通过命令行的方式对指定项进行覆盖。

如果同时使用两种方式，则 --set 中的值会被合并到 --values 中，但是 --set 中的值优先级更高。在--set 中覆盖的内容会被被保存在 ConfigMap 中。可以通过 helm get values <release-name> 来查看指定 release 中 --set 设置的值。也可以通过运行 helm upgrade 并指定 --reset-values 字段来清除 --set 中设置的值。

`--set` 的格式和限制

--set 选项使用0或多个 name/value 对。最简单的用法类似于：--set name=value，等价于如下 YAML 格式：

name: value

多个值使用逗号分割，因此 --set a=b,c=d 的 YAML 表示是：

a: b
c: d

支持更复杂的表达式。例如，--set outer.inner=value 被转换成了：

outer:
  inner: value

列表使用花括号（{}）来表示。例如，--set name={a, b, c} 被转换成了：

name:
  - a
  - b
  - c

从 2.5.0 版本开始，可以使用数组下标的语法来访问列表中的元素。例如 --set servers[0].port=80 就变成了：

servers:
  - port: 80

多个值也可以通过这种方式来设置。--set servers[0].port=80,servers[0].host=example 变成了：

servers:
  - port: 80
    host: example

如果需要在 --set 中使用特殊字符，你可以使用反斜线来进行转义；--set name=value1\,value2 就变成了：

name: "value1,value2"

类似的，你也可以转义点序列（英文句号）。这可能会在 chart 使用 toYaml 函数来解析 annotations，labels，和 node selectors 时派上用场。--set nodeSelector."kubernetes\.io/role"=master 语法就变成了：

nodeSelector:
  kubernetes.io/role: master

深层嵌套的数据结构可能会很难用 --set 表达。我们希望 Chart 的设计者们在设计 values.yaml 文件的格式时，考虑到 --set 的使用。（更多内容请查看 Values 文件）

'helm upgrade' 和 'helm rollback'：升级 release 和失败时恢复

当你想升级到 chart 的新版本，或是修改 release 的配置，你可以使用 helm upgrade 命令。

一次升级操作会使用已有的 release 并根据你提供的信息对其进行升级。由于 Kubernetes 的 chart 可能会很大而且很复杂，Helm 会尝试执行最小侵入式升级。即它只会更新自上次发布以来发生了更改的内容。

$ helm upgrade -f panda.yaml happy-panda bitnami/wordpress

在上面的例子中，happy-panda 这个 release 使用相同的 chart 进行升级，但是使用了一个新的 YAML 文件：

mariadb.auth.username: user1

我们可以使用 helm get values 命令来看看配置值是否真的生效了：

$ helm get values happy-panda
mariadb:
  auth:
    username: user1

helm get 是一个查看集群中 release 的有用工具。正如我们上面所看到的，panda.yaml 中的新值已经被部署到集群中了。

现在，假如在一次发布过程中，发生了不符合预期的事情，也很容易通过 helm rollback [RELEASE] [REVISION] 命令回滚到之前的发布版本。

$ helm rollback happy-panda 1

上面这条命令将我们的 happy-panda 回滚到了它最初的版本。release 版本其实是一个增量修订（revision）。每当发生了一次安装、升级或回滚操作，revision 的值就会加1。第一次 revision 的值永远是1。我们可以使用 helm history [RELEASE] 命令来查看一个特定 release 的修订版本号。

安装、升级、回滚时的有用选项

你还可以指定一些其他有用的选项来自定义 Helm 在安装、升级、回滚期间的行为。请注意这并不是 cli 参数的完整列表。要查看所有参数的说明，请执行 helm <command> --help 命令。

--timeout：一个 Go duration 类型的值，用来表示等待 Kubernetes 命令完成的超时时间，默认值为 5m0s。
--wait：表示必须要等到所有的 Pods 都处于 ready 状态，PVC 都被绑定，Deployments 都至少拥有最小 ready 状态 Pods 个数（Desired减去 maxUnavailable），并且 Services 都具有 IP 地址（如果是LoadBalancer，则为 Ingress），才会标记该 release 为成功。最长等待时间由 --timeout 值指定。如果达到超时时间，release 将被标记为 FAILED。注意：当 Deployment 的 replicas 被设置为1，但其滚动升级策略中的 maxUnavailable 没有被设置为0时，--wait 将返回就绪，因为已经满足了最小 ready Pod 数。
--no-hooks：不运行当前命令的钩子。
--recreate-pods（仅适用于 upgrade 和 rollback）：这个参数会导致重建所有的 Pod（deployment中的Pod 除外）。（在 Helm 3 中已被废弃）

'helm uninstall'：卸载 release

使用 helm uninstall 命令从集群中卸载一个 release：

$ helm uninstall happy-panda

该命令将从集群中移除指定 release。你可以通过 helm list 命令看到当前部署的所有 release：

$ helm list
NAME            VERSION UPDATED                         STATUS          CHART
inky-cat        1       Wed Sep 28 12:59:46 2016        DEPLOYED        alpine-0.1.0

从上面的输出中，我们可以看到，happy-panda 这个 release 已经被卸载。

在上一个 Helm 版本中，当一个 release 被删除，会保留一条删除记录。而在 Helm 3 中，删除也会移除 release 的记录。如果你想保留删除记录，使用 helm uninstall --keep-history。使用 helm list --uninstalled 只会展示使用了 --keep-history 删除的 release。

helm list --all 会展示 Helm 保留的所有 release 记录，包括失败或删除的条目（指定了 --keep-history）：

$  helm list --all
NAME            VERSION UPDATED                         STATUS          CHART
happy-panda     2       Wed Sep 28 12:47:54 2016        UNINSTALLED     wordpress-10.4.5.6.0
inky-cat        1       Wed Sep 28 12:59:46 2016        DEPLOYED        alpine-0.1.0
kindred-angelf  2       Tue Sep 27 16:16:10 2016        UNINSTALLED     alpine-0.1.0

注意，因为现在默认会删除 release，所以你不再能够回滚一个已经被卸载的资源了。

'helm repo'：使用仓库

Helm 3 不再附带一个默认的 chart 仓库。helm repo 提供了一组命令用于添加、列出和移除仓库。

使用 helm repo list 来查看配置的仓库：

$ helm repo list
NAME            URL
stable          https://charts.helm.sh/stable
mumoshu         https://mumoshu.github.io/charts

使用 helm repo add 来添加新的仓库：

$ helm repo add dev https://example.com/dev-charts

因为 chart 仓库经常在变化，在任何时候你都可以通过执行 helm repo update 命令来确保你的 Helm 客户端是最新的。

使用 helm repo remove 命令来移除仓库。

创建你自己的 charts

chart 开发指南介绍了如何开发你自己的chart。但是你也可以通过使用 helm create 命令来快速开始：

$ helm create deis-workflow
Creating deis-workflow

现在，./deis-workflow 目录下已经有一个 chart 了。你可以编辑它并创建你自己的模版。

在编辑 chart 时，可以通过 helm lint 验证格式是否正确。

当准备将 chart 打包分发时，你可以运行 helm package 命令：

$ helm package deis-workflow
deis-workflow-0.1.0.tgz

然后这个 chart 就可以很轻松的通过 helm install 命令安装：

$ helm install deis-workflow ./deis-workflow-0.1.0.tgz
...

打包好的 chart 可以上传到 chart 仓库中。查看 Helm chart 仓库获取更多信息。

总结

这一章介绍了 helm 客户端的基本使用方式，包括搜索，安装，升级，和卸载。也涵盖了一些有用的工具类命令，如helm status， helm get，和 helm repo。

有关这些命令的更多信息，请查看 Helm 的内置帮助命令：helm help。

在下一章中，我们来看一下如何开发 charts。