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Helm Chart 开发与最佳实践：打包 K8s 应用

好的，各位看官，欢迎来到“Helm Chart 开发与最佳实践：打包 K8s 应用”专场！我是你们今天的导游，老码农一枚，江湖人称“代码界段子手”。今天咱们不聊高深的理论，就聊聊如何用 Helm 这把瑞士军刀，把你的 Kubernetes 应用打包得漂漂亮亮，让部署像喝水一样简单。

开场白：K8s 应用的“打包”难题

各位，咱们先来唠唠嗑。你是不是经常遇到这种情况：辛辛苦苦写好的 K8s 应用，YAML 文件一大堆，改个配置改到手抽筋，部署的时候更是像搬家一样，各种依赖关系理不清，一不小心就炸了 💣。

别慌，这都是常态。在 K8s 的世界里，应用部署就像搭积木，需要把各种组件（Deployment、Service、ConfigMap 等等）拼在一起。但如果积木太多，又没有说明书，那可就麻烦大了。

所以，我们需要一种方法，把这些积木打包成一个整体，方便管理、部署和升级。而 Helm，就是来解决这个问题的。

第一部分：Helm 简介：K8s 的“软件包管理器”

啥是 Helm？简单来说，你可以把它理解为 K8s 的“软件包管理器”，就像 Linux 里的 apt、yum，或者 macOS 里的 brew。它能帮你：

  • 打包应用： 把 K8s 应用的所有组件打包成一个 Chart。
  • 简化部署： 一键部署，告别手动 YAML 配置地狱。
  • 版本管理： 轻松回滚到之前的版本，再也不怕改错配置了。
  • 共享应用： 把你的 Chart 分享给其他人，让大家都能用你的应用。

是不是听起来很美好？别急，美好的东西往往伴随着一些挑战。不过别担心，我会手把手教你如何驾驭 Helm 这匹野马。

第二部分：Helm Chart 结构：解剖“软件包”

一个 Helm Chart 其实就是一个目录，里面包含了一些文件和子目录。最核心的文件是 Chart.yaml 和 values.yaml，以及 templates 目录。

咱们来解剖一下这个“软件包”：

  • Chart.yaml： Chart 的“身份证”，包含了 Chart 的名称、版本、描述等信息。就像你的简历，告诉别人你是谁，能做什么。

    apiVersion: v2
name: my-app
description: A simple Kubernetes application
type: application
version: 0.1.0
appVersion: "1.0"

  • values.yaml： Chart 的“配置中心”，定义了 Chart 的默认配置值。就像你的个人设置，可以根据需要进行修改。

    replicaCount: 1
image:
  repository: nginx
  tag: latest
  pullPolicy: IfNotPresent
service:
  type: ClusterIP
  port: 80

  • templates 目录： Chart 的“模板引擎”，包含了 K8s 资源的 YAML 模板文件。就像你的蓝图，根据配置生成最终的 K8s 资源。

    # templates/deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: {{ .Release.Name }}-deployment
spec:
  replicas: {{ .Values.replicaCount }}
  selector:
    matchLabels:
      app: {{ .Release.Name }}
  template:
    metadata:
      labels:
        app: {{ .Release.Name }}
    spec:
      containers:
        - name: {{ .Chart.Name }}
          image: "{{ .Values.image.repository }}:{{ .Values.image.tag }}"
          imagePullPolicy: {{ .Values.image.pullPolicy }}
          ports:
            - containerPort: 80

    这个文件使用了 Go 模板语法，可以根据 values.yaml 中的配置值动态生成 YAML 文件。

  • 其他文件： 还有一些可选的文件，比如 README.md（Chart 的说明文档）、LICENSE（Chart 的许可证）等等。

第三部分：Helm Chart 开发：从零开始

现在，咱们来动手创建一个简单的 Helm Chart。

  1. 创建 Chart： 使用 helm create 命令创建一个 Chart。

    helm create my-app

    这个命令会创建一个名为 my-app 的目录，里面包含了 Chart 的基本结构。

  2. 修改 Chart.yaml： 根据你的应用修改 Chart.yaml 文件，填写 Chart 的名称、版本、描述等信息。

  3. 修改 values.yaml： 根据你的应用需求修改 values.yaml 文件，定义 Chart 的默认配置值。比如，你可以修改 replicaCount、image.repository、image.tag 等等。

  4. 修改 templates 目录下的 YAML 模板文件： 这是最重要的一步。你需要根据你的应用需求，修改 templates 目录下的 YAML 模板文件，使用 Go 模板语法从 values.yaml 中读取配置值，动态生成 K8s 资源。

    举个例子，如果你想创建一个 Deployment，可以这样写：

    # templates/deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: {{ .Release.Name }}-deployment
spec:
  replicas: {{ .Values.replicaCount }}
  selector:
    matchLabels:
      app: {{ .Release.Name }}
  template:
    metadata:
      labels:
        app: {{ .Release.Name }}
    spec:
      containers:
        - name: {{ .Chart.Name }}
          image: "{{ .Values.image.repository }}:{{ .Values.image.tag }}"
          imagePullPolicy: {{ .Values.image.pullPolicy }}
          ports:
            - containerPort: 80

    这里使用了 {{ .Release.Name }}、{{ .Values.replicaCount }}、{{ .Values.image.repository }}、{{ .Values.image.tag }} 等 Go 模板语法，从 values.yaml 中读取配置值。

  5. 测试 Chart： 使用 helm template 命令测试 Chart，看看生成的 YAML 文件是否符合预期。

    helm template my-app .

    这个命令会把 Chart 渲染成 YAML 文件，并输出到控制台。你可以检查这些 YAML 文件是否正确。

  6. 安装 Chart： 使用 helm install 命令安装 Chart。

    helm install my-release my-app

    这个命令会把 Chart 部署到 K8s 集群中，并创建一个名为 my-release 的 Release。

  7. 升级 Chart： 使用 helm upgrade 命令升级 Chart。

    helm upgrade my-release my-app

    这个命令会把 Chart 升级到新的版本，并更新 Release 的配置。

  8. 回滚 Chart： 使用 helm rollback 命令回滚 Chart 到之前的版本。

    helm rollback my-release 1

    这个命令会把 Release 回滚到第一个版本。

第四部分：Helm Chart 最佳实践：让你的 Chart 飞起来

光会用 Helm 还不够，咱们还要学会如何写出高质量的 Helm Chart。下面是一些最佳实践，希望能帮助你写出让别人眼前一亮的 Chart。

  1. 保持 Chart 简洁： Chart 越简单越好。尽量把复杂的逻辑放到应用代码里，而不是 Chart 里。

  2. 使用 values.yaml 定义配置： 把所有可配置的参数都放到 values.yaml 里，方便用户修改。

  3. 使用 Go 模板语法： 熟练掌握 Go 模板语法，可以让你更灵活地生成 YAML 文件。

  4. 使用 _helpers.tpl 定义模板函数： 如果你的 Chart 里有很多重复的代码，可以把这些代码放到 _helpers.tpl 文件里，定义成模板函数，然后在其他模板文件中调用。这样可以提高代码的复用性，减少代码冗余。

    例如，你可以在 _helpers.tpl 中定义一个生成应用名称的模板函数：

    {{- define "my-app.name" -}}
{{- default .Release.Name .Values.nameOverride | trunc 63 | trimSuffix "-" -}}
{{- end -}}

    然后在其他模板文件中调用这个函数：

    metadata:
  name: {{ include "my-app.name" . }}

  5. 使用条件判断和循环： 在 YAML 模板文件中，可以使用 if 和 range 等 Go 模板语法进行条件判断和循环，根据不同的配置生成不同的 YAML 代码。

    例如，你可以根据 values.yaml 中的 ingress.enabled 参数来决定是否创建 Ingress 资源：

    {{- if .Values.ingress.enabled -}}
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: {{ .Release.Name }}-ingress
spec:
  rules:
    - host: {{ .Values.ingress.host }}
      http:
        paths:
          - path: /
            pathType: Prefix
            backend:
              service:
                name: {{ .Release.Name }}-service
                port:
                  number: 80
{{- end -}}

  6. 使用 Chart Hooks： Chart Hooks 可以在 Chart 安装、升级、删除等生命周期事件中执行一些操作。比如，你可以在 Chart 安装之前创建一个数据库，或者在 Chart 删除之后清理一些资源。

    Helm 支持以下几种 Hooks：

    • pre-install：在 Chart 安装之前执行。
    • post-install：在 Chart 安装之后执行。
    • pre-upgrade：在 Chart 升级之前执行。
    • post-upgrade：在 Chart 升级之后执行。
    • pre-rollback：在 Chart 回滚之前执行。
    • post-rollback：在 Chart 回滚之后执行。
    • pre-delete：在 Chart 删除之前执行。
    • post-delete：在 Chart 删除之后执行。

    你可以通过在 YAML 文件中添加 helm.sh/hook 注解来定义 Chart Hooks。

    例如，你可以在 Chart 安装之后创建一个 Secret：

    # templates/secret.yaml
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: {{ .Release.Name }}-secret
  annotations:
    "helm.sh/hook": post-install
    "helm.sh/hook-weight": "1"
    "helm.sh/hook-delete-policy": hook-succeeded
type: Opaque
data:
  username: {{ .Values.username | b64enc }}
  password: {{ .Values.password | b64enc }}

    这里使用了 helm.sh/hook 注解来指定这是一个 post-install Hook，helm.sh/hook-weight 注解指定 Hook 的执行顺序，helm.sh/hook-delete-policy 注解指定 Hook 执行成功后是否删除资源。

  7. 添加注释： 在 YAML 模板文件中添加注释，解释代码的含义，方便其他人理解你的 Chart。

  8. 编写 README： 编写一份详细的 README 文件，介绍 Chart 的功能、使用方法、配置参数等等。

  9. 使用 Chart Lint 工具： 使用 Chart Lint 工具检查你的 Chart 是否符合规范，避免一些常见的错误。常用的 Chart Lint 工具包括 helm lint 和 kubeval。

  10. 版本控制： 将你的 Chart 放到 Git 仓库中进行版本控制，方便管理和协作。

第五部分：Helm Chart 的高级用法：解锁更多姿势

掌握了 Helm Chart 的基本用法，咱们再来探索一些高级用法，让你的 Chart 更加强大。

  1. Chart Dependencies： Helm Chart 支持依赖关系，你可以把一个 Chart 依赖于其他的 Chart。这样可以把复杂的应用拆分成多个小的 Chart，方便管理和维护。

    在 Chart.yaml 文件中，可以使用 dependencies 字段来定义 Chart 的依赖关系。

    apiVersion: v2
name: my-app
description: A simple Kubernetes application
type: application
version: 0.1.0
appVersion: "1.0"
dependencies:
  - name: common
    version: ">=0.1.0"
    repository: "https://charts.example.com/"

    这里定义了 my-app Chart 依赖于 common Chart，版本必须大于等于 0.1.0，Chart 仓库地址是 https://charts.example.com/。

    使用 helm dependency update 命令可以更新 Chart 的依赖关系。

    helm dependency update my-app

    这个命令会下载 common Chart，并放到 charts 目录下。

  2. Subcharts： Subcharts 是嵌套在 Chart 目录下的 Chart。Subcharts 可以帮助你把复杂的应用拆分成多个小的 Chart，方便管理和维护。

    Subcharts 和 Chart Dependencies 的区别在于，Subcharts 是包含在 Chart 目录下的，而 Chart Dependencies 是从外部仓库下载的。

    在 Chart 目录下的 charts 目录下，可以放置 Subcharts。

  3. 条件依赖： 可以根据条件来决定是否安装某个依赖 Chart。这可以通过在 Chart.yaml 中使用 condition 字段来实现。

    dependencies:
  - name: mysql
    version: "8.x.x"
    repository: "https://charts.bitnami.com/bitnami"
    condition: mysql.enabled

    在这个例子中，只有当 values.yaml 文件中 mysql.enabled 的值为 true 时，才会安装 mysql Chart。

  4. Chart Repository： Chart Repository 是存储 Helm Chart 的地方。你可以把你的 Chart 发布到 Chart Repository，让其他人可以使用你的 Chart。

    常用的 Chart Repository 包括：

    • Helm Hub：Helm 官方的 Chart Repository。
    • Artifact Hub：CNCF 维护的 Chart Repository。
    • JFrog Artifactory：一个通用的制品仓库，可以存储 Helm Chart。
    • 私有 Chart Repository：你可以搭建自己的 Chart Repository，用于存储内部使用的 Chart。

第六部分：实战案例：部署一个 WordPress 博客

光说不练假把式，咱们来一个实战案例，用 Helm Chart 部署一个 WordPress 博客。

  1. 创建 Chart： 使用 helm create 命令创建一个名为 wordpress 的 Chart。

    helm create wordpress

  2. 修改 values.yaml： 修改 values.yaml 文件，定义 WordPress 的配置参数。比如，你可以修改 mariadb.auth.rootPassword、mariadb.auth.password、wordpressUsername、wordpressPassword 等等。

  3. 修改 templates 目录下的 YAML 模板文件： 修改 templates 目录下的 YAML 模板文件，使用 Go 模板语法从 values.yaml 中读取配置值，动态生成 K8s 资源。

  4. 添加 MariaDB 依赖： 在 Chart.yaml 文件中添加 MariaDB 依赖。

    dependencies:
  - name: mariadb
    version: "11.x.x"
    repository: "https://charts.bitnami.com/bitnami"

  5. 安装 Chart： 使用 helm install 命令安装 Chart。

    helm install my-wordpress wordpress

    这个命令会把 WordPress 部署到 K8s 集群中，并创建一个名为 my-wordpress 的 Release。

    等待一段时间，WordPress 就会部署成功。你可以通过浏览器访问 WordPress 博客，开始你的写作之旅。 ✍️

总结：Helm Chart，K8s 应用的“变形金刚”

各位看官，今天咱们一起学习了 Helm Chart 的开发与最佳实践，希望对你有所帮助。Helm Chart 就像 K8s 应用的“变形金刚”，可以把复杂的应用打包成一个整体，方便管理、部署和升级。

掌握了 Helm Chart，你就可以告别手动 YAML 配置地狱，轻松驾驭 K8s 应用，成为 K8s 世界里的“弄潮儿”。 🏄

最后，祝大家代码无 Bug，部署顺利！咱们下期再见！ 👋

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