K8s-helm简介及基本概念详解

Helm简介

一、什么是 Helm(官网：https://helm.sh/)

​在没使用 helm 之前，向 kubernetes 部署应用，我们要依次部署 deployment、svc 等，步骤较繁琐。况且随着很多项目微服务化，复杂的应用在容器中部署以及管理显得较为复杂，helm 通过打包的方式，支持发布的版本管理和控制，很大程度上简化了 Kubernetes 应用的部署和管理，就像 Java 使用 maven；node 使用 npm；python 使用 pip；Linux 使用 yum **

​Helm 本质就是让 K8s 的应用管理（Deployment,Service 等 ) 可配置，能动态生成。通过动态生成 K8s 资源清单文件（deployment.yaml，service.yaml）。然后调用 Kubectl 自动执行 K8s 资源部署**。

helm的主要功能：

#查找要安装和使用的预打包软件
#轻松创建和托管自己的软件包
#将软件包安装到任何 K8S 集群中
#查询集群以查看已安装和正在运行的程序包
#更新、删除、回滚或查看已安装软件包的历史记录

二、Helm中的基本概念Chart

​Helm 使用的包格式称为 chart，它是一个描述 Kubernetes 相关资源对象的文件集合。它的技术特点类似 jinja模版，以渲染模版的方式，生成运行一个服务实例所需的一系列资源对象文件，并以此进行服务的发布。通过这种方式，我们也可以十分简单的制作自定义的 chart。

Chart 有自已特定的目录布局，我们以官方提供的 wordpress为例说明，chart 的文件目录结构如下：

wordpress/
  Chart.yaml                # 包含了chart信息的YAML文件
  LICENSE                   # 可选: 包含chart许可证的纯文本文件
  README.md                 # 可选: 可读的README文件
  values.yaml               # chart 默认的配置值
  values.schema.json        # 可选: 一个使用JSON结构的values.yaml文件
  charts/                   # 包含chart依赖的其他chart
  crds/                     # 自定义资源的定义
  templates/                # 模板目录， 当和values 结合时，可生成有效的Kubernetes manifest文件
  templates/NOTES.txt       # 可选: 包含简要使用说明的纯文本文件

  #Helm Chart 基本元素为 charts/、Chart.yaml、templates/、values.yaml，并保留 crds/ ，要正确的使用 chart 进行发布，该元素是必不可少的。

Repo

​Helm chart 可以被存储在专用的 HTTP 服务器上，称为 chart 仓库（repositories)，和 yum repository类似，chart 仓库提供了一个 index.yaml 来描述一批 chart，并且提供了每个 chart 的下载地址信息。

​Helm 客户端可以指向多个 chart 仓库，默认情况下是没有配置仓库的，需要使用 helm repo add 来进行添加。helm3 中对于一些常用服务的下载安装，用 bitnami 仓库 取代了原来的stable 仓库，但是仍保留了 stable 仓库的使用

Release

​当 chart 被发布后，Helm 库会创建一个 release 来跟踪这个发布的对象，它的实质是在 Kubernetes 中运行的各种资源，service、deployment、configmap、secret 等，在 K8S 集群中的直接的表现就是一个或多个 pod.

​Helm 的 release 是允许启动多个不同服务的，且每个服务之间遵循依赖关系，这点就比较类似 docker compose.

三、从Helm2到Helm3的变化

1.Helm3新增的功能

​Helm3新增了许多新功能，以下几个功能需要特别指出：

• release 的信息以新的形式存储
• 移除了 Tiller 组件
• Helm3 包含了对新版本 Helm charts （Charts v2）的支持
• Helm3 支持 library charts —— 一种作为其他 charts 元素的 charts
• 将 Chart 推送保存到 OCI 注册中心（类似 DockerRegistry ），以进行复用
• 升级Kubernetes资源时将应用向战略合并补丁
• 支持使用 JSON Schema 对 charts 的 values 进行校验
• 为了使Helm更安全，可用和健壮，已进行了许多小的改进。

2.重要变化概述

​1）移除Tiller

​Tiller 在 Helm2 中是一个重要的组成部分。Helm2 使用它和 GRPC 来处理 Helm chart 的安装和管理，呈现 chart 并将其推送到 Kubernetes API Server。Tiller 允许团队共享一个 Kubernetes 集群，多个 operator 可以使用同一组发行版，团队成员通过它就可以在一个共享的 Kubernetes 集群中管理复杂的应用发布。

​但是从 Kubernetes 1.6 开始，考虑到安全性，集群默认会开启角色访问控制（RBAC），这使得管理和配置Tiller会变得非常复杂，因为可能的安全策略数量太多了。为了简化安全模型实现方式，并使管理员/SRE不需要去深入研究 Kubernetes 的安全组件，helm 提供了一个不需要太过关注安全规则的默认配置，但是这又会使得授权变得宽松，这反而会导致安全隐患。

​因此在 Helm3 中干脆移除了 Tiller，而是选择从 Kubernetes API Server 中获取信息来渲染 Charts 客户端，并在 Kubernetes 中存在安装记录，这些过程既没有 Tiller 也可以实现。

​Helm3 可以支持所有的 Kubernetes 认证及鉴权等全部安全特性。Helm和本地的 kubeconfig flie 中的配置使用一致的权限。管理员可以按照自己认为合适的粒度来管理用户权限，下图可详细看出helm2到helm3的改变

​2）Chart仓库升级

​在 Helm3 中，helm search 除了支持本地 repository 搜索外，还支持 helm search hub 搜索 Artifact Hub 中所有公开的 charts。

​3）改进升级策略：使用三路策略合并补丁

​在 Helm2 中，使用了双路策略合并补丁，简单来说就是在使用 helm upgrade 更新过程中，会比对本次发布的 chart manifest 和 最近一次发布的 chart manifest 的差异，以此来决定哪些更改被应用到 Kubernetes 的资源中去。并且，Helm 只会将最后一次应用的 chart manifest 作为 release 的当前状态，如果 chart 状态没有更改，资源的活动状态就不会更改，也就是说使用诸如 kubectl edit 、kubectl scale 这种外部方式进行的修改不会被 Helm 识别的，这种情况下如果发生回滚操作，Helm 会由于 chart 并没有发生变化而导致回滚失败。

​而在 Helm3 中，这种策略被升级成了三路策略合并，Helm 在生成一个补丁时，也会考虑之前老的 manifest 的活动状态。也就是说，在使用老的 chart manifest 生成新的补丁时，Helm 还会考虑当前的活动状态，并将其与之前老的 manifest 进行比对，并再比对新的 manifest 是否有改动，并进行自动补全，以此来生成最终的更新补丁。

​示例说明

用Chart渲染生成的manifest如下

containers:
- name: server
    image: my_app:2.0.0

通过非Helm的方式将应用的活动状态修改如下：

containers:
- name: server
    image: my_app:2.0.0
- name: sidecar
  	image: dump_handler:1.0.0

而现在我们想要将应用的镜像升级到2.1.0，通过chart进行升级操作

在 Helm2 中，由于不会考虑 chart 之外的修改，而是检测 chart 生成的 manifest 之间的区别，因此修改后的状态如下：

containers:
- name: server
    image: my_app:2.1.0

而在 Helm3 中，通过三路合并策略，会检查到除了 chart 的修改外，还多了一个 sidecar 容器，因此会进行补全，最终修改状态如下：

containers:
- name: server
    image: my_app:2.1.0
- name: sidecar
  	image: dump_handler:1.0.0

​4）release名称存储位置改变

​在 Helm2 中，release 的相关信息都被保存在 Tiller 的 namespace下，所以 release 的名称必须是唯一的；而随着 Tiller 组件的移除， Helm3 中release 相关的信息都被保存在了应用自己相对应的 namespace 下，因此根据 namespace 的隔离性质，在不同的 ns 下，release 的名称可以重复。

​Helm3 中，在执行 helm list 时需要添加 --all-namespaces 参数才能获取到 Helm2 中同样的结果

​5）requirements.yaml合并入 Chart.yaml

​动态依赖关系的chart 依赖从 requirements.yaml 和 requirements.lock 移至 Chart.yaml 和 Chart.lock。 推荐在 Helm3 的新 chart 中使用 Chart API v2 的新格式，但是 Helm3 中依然可以识别 v1 版本，并且会自动加载已有的 requirements.yaml 文件。

​在 Helm2 中，requirements.yaml 的表达式类似如下形式：

dependencies:
- name: mariadb
  version: 5.x.x
  repository: https://charts.helm.sh/stable
  condition: mariadb.enabled
  tags:
    - database

​而在 Helm3 中，表达式的形式并没有变化，但是现在需要写在 Chart.yaml 中。Chart 依然会下载和放置在 charts/ 目录，所以 charts/ 目录中的子 chart 不需要做任何修改，可以沿用 Helm2 的。

​6）CLI命令重命名

#删除release
	helm delete ---> helm uninstall
#在 Helm2 中，如果要清楚 release 的各种资源，必须要使用 --purge 参数，Helm3 中默认就会启用次功
#如果要保留历史行为数据，需执行 
	helm uninstall ---> keep-history
	helm inspect ---> helm show
    helm feach ---> helm pull
#这些命令还保留了它们较旧的命令作为别名，因此您可以继续以任何一种形式使用它们。

​7）简化模板对象 .Capabilities

​Capabilities 是 Helm 模版可以访问的内置对象之一，其提供了关于 Kubernetes 集群支持的功能的信息，包含以下内容：

四、Helm版本支持策略

​1、版本形式

​Helm 的版本用 x.y.z 的形式描述，x 是主版本，y 是次版本，z 是补丁版本。当一个 Helm 的新版本发布时，都是针对 Kubernetes 的一个特定版本编译的，比如 3.0.0 基于 Kubernetes 的 1.16.2 的客户端API版本构建，则可以兼容 Kubernetes 1.16。

​2、可支持的版本偏差

​相较于 Helm2 对于 Kubernetes 次版本变更支持的严格（n-1），Helm3 可以向下兼容 n-3 的次版本，比如你使用一个针对 Kubernetes 1.18 客户端 API 版本编译的 Helm3 版本，那么它可以支持的 Kubernetes 版本为 1.18、1.17、1.16、1.15 ；

​如果你使用一个针对 Kubernetes 1.15 客户端 API 版本编译的 Helm2 版本，那么它可以支持的 Kubernetes 版本为 1.15、1.14。

​ Helm 没有向上兼容机制，故按照官方推荐安装即可：

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