使用 Helm 与 Kubernetes | Baeldung中文网

1. 概述

Helm 是 Kubernetes 应用的包管理工具。在本教程中，我们将了解 Helm 的基础知识，以及它如何成为操作 Kubernetes 资源的强大工具。

近年来，Kubernetes 的使用迅速增长，其生态系统也随之扩展。Helm 也得到了 CNCF（Cloud Native Computing Foundation）的认可并进入毕业项目，这表明它在 Kubernetes 用户中的受欢迎程度持续上升。

2. 背景知识

尽管这些术语如今已经相当常见，尤其是对从事云技术开发的人来说，但为了帮助尚未熟悉的朋友理解，我们还是快速回顾一下：

**容器 (Container)**：指的是操作系统级别的虚拟化。多个容器运行在同一个操作系统中，但彼此隔离。容器内的程序只能访问分配给它的资源。
**Docker**：是一个流行的创建和运行容器的工具。它包含 Docker Daemon（负责管理容器）和 Docker CLI（通过 Docker Engine API 与 Daemon 交互）。这篇文章详细介绍了 Docker 的使用。
**Kubernetes**：是一个流行的容器编排工具。虽然它支持多种容器运行时，但最常用的是 Docker。它提供部署自动化、弹性伸缩和跨主机集群操作等功能。这篇文章详细介绍了 Kubernetes 的使用。

3. Helm 架构演进

Helm 3 对其架构进行了重大改进，相较于 Helm 2 有很多期待已久的改动。除了新增功能外，内部机制也发生了变化，我们来看看这些变化。

Helm 2 架构

Helm 2 采用的是客户端-服务器架构：

Helm 2 Architecture

Tiller Server：Helm 通过在 Kubernetes 集群中安装 Tiller Server 来管理应用。Tiller 与 Kubernetes API Server 交互，用于安装、升级、查询和删除资源。
Helm Client：Helm 提供命令行接口供用户操作，负责与 Tiller Server 通信执行安装、升级、回滚等操作。

Helm 3 架构

Helm 3 采用纯客户端架构，移除了 Tiller Server：

Helm 3 Architecture

客户端直接与 Kubernetes API Server 通信。这一改动简化了架构，也更安全地利用了 Kubernetes 的权限机制。

4. Helm Chart、Release 与 Repository

Helm 通过 Chart 来管理 Kubernetes 资源包。Chart 是 Helm 的打包格式。

Chart

Chart 是一组按特定目录结构组织的文件
Chart 的配置信息保存在 values.yaml 中
一个 Chart 的运行实例称为 Release

Library Chart

Helm 3 引入了 Library Chart 的概念，用于定义通用模板片段，可以在多个 Chart 中复用。

Release 存储方式

在 Helm 2 中，Release 信息以 ConfigMap 或 Secret 的形式保存在 Tiller 所在的命名空间中。Helm 3 则默认将 Release 信息以 Secret 的形式保存在对应命名空间中。

Repository

Chart 可以以压缩包形式共享，存储在 Chart 仓库中。最知名的社区仓库是 Artifact Hub，你也可以搭建私有仓库。

5. 前置条件

在开发第一个 Helm Chart 之前，你需要准备以下环境：

Kubernetes 集群：本教程使用 Minikube 搭建本地单节点集群
kubectl：Kubernetes 命令行工具，用于与集群交互
Docker 应用：我们使用一个简单的 Spring Boot 应用作为示例，已打包为 Docker 镜像

6. 安装 Helm

Helm 提供了多种安装方式，详见其官方安装页面。

Windows 上安装 Helm

推荐使用 Chocolaty：

choco install kubernetes-helm

确保 Kubernetes 集群已启动：

kubectl cluster-info

⚠️ Helm 3 不再需要初始化（helm init），该命令已被移除。

7. 开发第一个 Chart

7.1 创建 Chart

使用 Helm CLI 创建一个名为 hello-world 的 Chart：

helm create hello-world

生成的目录结构如下：

hello-world/
  Chart.yaml
  values.yaml
  templates/
  charts/
  .helmignore

Chart.yaml：Chart 的元信息
values.yaml：模板默认值
templates/：Kubernetes 资源模板
charts/：子 Chart（可选）
.helmignore：打包时忽略的文件规则

7.2 编写模板

编辑 templates/deployment.yaml：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: {{ include "hello-world.fullname" . }}
  labels:
    app.kubernetes.io/name: {{ include "hello-world.name" . }}
    helm.sh/chart: {{ include "hello-world.chart" . }}
    app.kubernetes.io/instance: {{ .Release.Name }}
    app.kubernetes.io/managed-by: {{ .Release.Service }}
spec:
  replicas: {{ .Values.replicaCount }}
  selector:
    matchLabels:
      app.kubernetes.io/name: {{ include "hello-world.name" . }}
      app.kubernetes.io/instance: {{ .Release.Name }}
  template:
    metadata:
      labels:
        app.kubernetes.io/name: {{ include "hello-world.name" . }}
        app.kubernetes.io/instance: {{ .Release.Name }}
    spec:
      containers:
        - name: {{ .Chart.Name }}
          image: "{{ .Values.image.repository }}:{{ .Values.image.tag }}"
          imagePullPolicy: {{ .Values.image.pullPolicy }}
          ports:
            - name: http
              containerPort: 8080
              protocol: TCP

编辑 templates/service.yaml：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: {{ include "hello-world.fullname" . }}
  labels:
    app.kubernetes.io/name: {{ include "hello-world.name" . }}
    helm.sh/chart: {{ include "hello-world.chart" . }}
    app.kubernetes.io/instance: {{ .Release.Name }}
    app.kubernetes.io/managed-by: {{ .Release.Service }}
spec:
  type: {{ .Values.service.type }}
  ports:
    - port: {{ .Values.service.port }}
      targetPort: http
      protocol: TCP
      name: http
  selector:
    app.kubernetes.io/name: {{ include "hello-world.name" . }}
    app.kubernetes.io/instance: {{ .Release.Name }}

这些模板使用了 Helm 的模板语言（基于 Go 模板语法），通过 {{}} 插入变量。

7.3 提供值

编辑 values.yaml 文件：

replicaCount: 1
image:
  repository: "hello-world"
  tag: "1.0"
  pullPolicy: IfNotPresent
service:
  type: NodePort
  port: 80

这些值将通过 .Values 对象注入模板。

8. 管理 Chart

8.1 Helm Lint

验证 Chart 是否格式正确：

helm lint ./hello-world
==> Linting ./hello-world
1 chart(s) linted, no failures

8.2 Helm Template

本地渲染模板：

helm template ./hello-world

输出渲染后的 Kubernetes 资源清单，便于调试。

8.3 Helm Install

安装 Chart：

helm install --name hello-world ./hello-world

⚠️ Helm 3 默认不再自动生成 Release 名称，需使用 --generate-name 或手动指定。

8.4 Helm Get

查看已安装的 Release：

helm ls --all

8.5 Helm Upgrade

升级 Release：

helm upgrade hello-world ./hello-world

Helm 3 使用三向合并策略（old manifest + live state + new manifest），更安全地处理集群外的变更。

8.6 Helm Rollback

回滚 Release：

helm rollback hello-world 1

8.7 Helm Uninstall

卸载 Release：

helm uninstall hello-world

9. 分发 Chart

9.1 Helm Package

打包 Chart：

helm package ./hello-world

输出文件为 hello-world-0.1.0.tgz，可用于发布或共享。

9.2 Helm Repo

创建 Chart 仓库：

helm repo index my-repo/ --url https://example.com/my-repo

添加远程仓库：

helm repo add my-repo https://example.com/my-repo

安装远程 Chart：

helm install my-repo/hello-world --name=hello-world

9.3 Helm Search

搜索 Chart：

helm search repo <KEYWORD>

支持在本地仓库或 Artifact Hub 中搜索。

10. 从 Helm 2 迁移到 Helm 3

Helm 3 与 Helm 2 有以下主要区别：

✅ Helm 3 移除了 Tiller，更安全
✅ 默认不再自动创建命名空间
✅ Release 信息以 Secret 形式存储
✅ 使用三向合并策略进行升级

迁移建议：

新项目直接使用 Helm 3
旧项目可使用 helm-2to3 插件进行迁移

11. 总结

在本教程中，我们学习了 Helm 的核心概念、安装方法、Chart 的创建与管理、模板语法、以及如何分发 Chart。我们还对比了 Helm 2 与 Helm 3 的主要区别。

Helm 作为 Kubernetes 的包管理工具，极大地简化了应用的部署与维护，是现代云原生开发中不可或缺的一环。熟练掌握 Helm，可以显著提升你在 Kubernetes 上部署应用的效率与灵活性。

Persistence

REST

Security