Helm Chart应用与管理

课程目标

通过本课程的学习，你将能够：

理解Helm的基本概念和工作原理
使用Helm安装、升级和卸载应用
配置和管理Chart仓库
自定义values配置覆盖默认参数
管理Helm发布生命周期
掌握Helm在生产环境的最佳实践

前置要求：已完成《K8s调度与资源管理》课程，了解K8S资源管理和调度策略

一、Helm概述

1.1 为什么需要Helm

在Kubernetes上部署复杂应用时，我们面临以下挑战：

挑战	说明	Helm解决方案
配置复杂	微服务应用涉及多个YAML文件	一键安装完整应用
版本管理	应用升级和回滚困难	版本控制和原子升级
环境差异	不同环境需要不同配置	values文件管理多环境
重复配置	相同配置在多个文件中重复	模板化配置复用
依赖管理	应用依赖其他服务	Chart依赖自动处理

1.2 Helm核心概念

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                      Helm核心概念                                │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                                 │
│  ┌──────────────┐    ┌──────────────┐    ┌──────────────┐      │
│  │    Chart     │───▶│   Release    │───▶│  Revision    │      │
│  │   (安装包)    │    │   (安装实例)  │    │   (版本)      │      │
│  └──────────────┘    └──────────────┘    └──────────────┘      │
│                                                                 │
│  Chart：应用的打包格式，包含所有K8S资源定义                         │
│  Release：Chart的安装实例，可安装多次形成多个Release                │
│  Repository：Chart的存储库，用于分享和分发                          │
│  Values：配置值文件，用于自定义Chart配置                            │
│                                                                 │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

1.3 Helm版本对比

特性	Helm 2	Helm 3
架构	Client-Server（Tiller）	Client-only
安全性	Tiller权限过大	使用K8S RBAC
发布信息	存储在ConfigMap	存储在Secret
库图表	需要Tiller	直接操作K8S API
维护状态	已停止维护	推荐使用

二、Helm安装和配置

2.1 安装Helm

bash

# 下载Helm（以Linux为例）
curl -fsSL -o get_helm.sh https://raw.githubusercontent.com/helm/helm/main/scripts/get-helm-3
chmod 700 get_helm.sh
./get_helm.sh

# 验证安装
helm version

# 添加自动补全（可选）
helm completion bash | sudo tee /etc/bash_completion.d/helm > /dev/null
source /etc/bash_completion.d/helm

2.2 配置Chart仓库

bash

# 添加常用仓库
helm repo add stable https://charts.helm.sh/stable
helm repo add bitnami https://charts.bitnami.com/bitnami
helm repo add ingress-nginx https://kubernetes.github.io/ingress-nginx
helm repo add prometheus-community https://prometheus-community.github.io/helm-charts

# 查看已添加的仓库
helm repo list

# 更新仓库索引
helm repo update

# 搜索Chart
helm search repo nginx
helm search repo mysql --versions

# 删除仓库
helm repo remove stable

2.3 Helm常用命令速查

bash

# ========== 仓库管理 ==========
helm repo add <name> <url>      # 添加仓库
helm repo list                   # 列出仓库
helm repo update                 # 更新仓库
helm repo remove <name>          # 删除仓库

# ========== Chart搜索和查看 ==========
helm search repo <keyword>       # 搜索Chart
helm search hub <keyword>        # 在Artifact Hub搜索
helm show chart <repo>/<chart>   # 查看Chart信息
helm show values <repo>/<chart>  # 查看可配置参数
helm show readme <repo>/<chart>  # 查看README

# ========== 安装和卸载 ==========
helm install <release> <chart>   # 安装Chart
helm upgrade <release> <chart>   # 升级Release
helm rollback <release> <rev>    # 回滚到指定版本
helm uninstall <release>         # 卸载Release

# ========== 发布管理 ==========
helm list                        # 列出所有Release
helm status <release>            # 查看Release状态
helm history <release>           # 查看Release历史
helm get values <release>        # 查看当前配置值
helm get manifest <release>      # 查看生成的K8S资源

# ========== 模板和调试 ==========
helm template <chart>            # 本地渲染模板
helm lint <chart>                # 检查Chart语法
helm install --dry-run --debug   # 模拟安装（调试用）

三、使用Helm部署应用

3.1 基础部署

bash

# 简单安装
helm install my-nginx bitnami/nginx

# 指定命名空间
helm install my-nginx bitnami/nginx -n production --create-namespace

# 指定版本
helm install my-nginx bitnami/nginx --version 13.2.0

# 查看安装状态
helm status my-nginx

# 查看安装的K8S资源
helm get manifest my-nginx

3.2 自定义配置安装

bash

# 方式1：命令行设置参数
helm install my-mysql bitnami/mysql \
  --set auth.rootPassword=secretpassword \
  --set auth.database=myapp \
  --set primary.persistence.size=10Gi

# 方式2：使用values文件（推荐）
helm install my-mysql bitnami/mysql -f my-values.yaml

# 方式3：多个values文件（后面的覆盖前面的）
helm install my-mysql bitnami/mysql \
  -f values.yaml \
  -f values-production.yaml

3.3 常用应用的values配置示例

MySQL配置示例：

yaml

# mysql-values.yaml
auth:
  rootPassword: "MySecureRootPass123"
  database: "myapp"
  username: "appuser"
  password: "AppUserPass456"

primary:
  persistence:
    enabled: true
    storageClass: "standard"
    size: 20Gi
    accessModes:
      - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      memory: "512Mi"
      cpu: "250m"
    limits:
      memory: "1Gi"
      cpu: "1000m"

replicaCount: 2

metrics:
  enabled: true
  serviceMonitor:
    enabled: true

Nginx Ingress Controller配置：

yaml

# ingress-nginx-values.yaml
controller:
  replicaCount: 2
  
  resources:
    requests:
      cpu: 100m
      memory: 90Mi
    limits:
      cpu: 1000m
      memory: 512Mi
  
  service:
    type: LoadBalancer
    externalTrafficPolicy: Local
  
  metrics:
    enabled: true
    serviceMonitor:
      enabled: true
  
  podAnnotations:
    prometheus.io/scrape: "true"
    prometheus.io/port: "10254"

defaultBackend:
  enabled: true

Prometheus + Grafana配置：

yaml

# prometheus-values.yaml
prometheus:
  prometheusSpec:
    retention: 30d
    retentionSize: "50GB"
    resources:
      requests:
        memory: "2Gi"
        cpu: "500m"
      limits:
        memory: "4Gi"
        cpu: "2000m"
    storageSpec:
      volumeClaimTemplate:
        spec:
          storageClassName: standard
          resources:
            requests:
              storage: 50Gi

grafana:
  enabled: true
  adminPassword: "admin123"
  persistence:
    enabled: true
    size: 10Gi
  
  ingress:
    enabled: true
    hosts:
      - grafana.example.com
    tls:
      - secretName: grafana-tls
        hosts:
          - grafana.example.com

alertmanager:
  enabled: true
  config:
    global:
      smtp_smarthost: 'smtp.example.com:587'
      smtp_from: 'alert@example.com'

四、Release生命周期管理

4.1 升级Release

bash

# 升级到最新版本
helm upgrade my-mysql bitnami/mysql

# 升级并复用上次安装的值
helm upgrade my-mysql bitnami/mysql --reuse-values

# 升级并设置新参数
helm upgrade my-mysql bitnami/mysql \
  --set primary.persistence.size=30Gi

# 升级并指定values文件
helm upgrade my-mysql bitnami/mysql -f updated-values.yaml

# 强制重启（不修改配置）
helm upgrade my-mysql bitnami/mysql --force

4.2 回滚Release

bash

# 查看Release历史
helm history my-mysql

# 输出示例：
# REVISION	UPDATED                  	STATUS      	CHART        	APP VERSION	DESCRIPTION
# 1       	Mon Jan  1 10:00:00 2024	deployed    	mysql-9.14.0	8.0.35     	Install complete
# 2       	Mon Jan  1 11:00:00 2024	superseded  	mysql-9.14.0	8.0.35     	Upgrade complete
# 3       	Mon Jan  1 12:00:00 2024	deployed    	mysql-9.14.0	8.0.35     	Upgrade complete

# 回滚到指定版本
helm rollback my-mysql 2

# 回滚并查看详细输出
helm rollback my-mysql 2 --debug

4.3 卸载Release

bash

# 卸载Release（保留历史记录）
helm uninstall my-mysql

# 卸载并清除所有资源（包括PVC）
helm uninstall my-mysql --keep-history=false

# 卸载特定命名空间的Release
helm uninstall my-mysql -n production

注意：默认情况下，Helm不会删除PVC以保护数据。如果需要删除，请手动执行：

bash

kubectl delete pvc <pvc-name>

五、生产环境最佳实践

5.1 配置管理策略

bash

# 目录结构建议
helm-configs/
├── base/                      # 基础配置
│   ├── mysql-base.yaml
│   └── nginx-base.yaml
├── environments/              # 环境特定配置
│   ├── dev/
│   │   ├── mysql-values.yaml
│   │   └── nginx-values.yaml
│   ├── staging/
│   │   ├── mysql-values.yaml
│   │   └── nginx-values.yaml
│   └── production/
│       ├── mysql-values.yaml
│       └── nginx-values.yaml
└── secrets/                   # 加密配置（使用Sealed Secrets等）
    └── production/

环境配置示例：

yaml

# environments/dev/mysql-values.yaml
auth:
  rootPassword: "dev-root-pass"
  database: "myapp_dev"

primary:
  persistence:
    size: 5Gi
  resources:
    requests:
      memory: "256Mi"
      cpu: "100m"

replicaCount: 1

metrics:
  enabled: false

yaml

# environments/production/mysql-values.yaml
auth:
  rootPassword: "prod-root-pass-change-me"
  database: "myapp_prod"

primary:
  persistence:
    size: 100Gi
    storageClass: "fast-ssd"
  resources:
    requests:
      memory: "2Gi"
      cpu: "1000m"
    limits:
      memory: "4Gi"
      cpu: "2000m"

replicaCount: 2

metrics:
  enabled: true
  serviceMonitor:
    enabled: true

backup:
  enabled: true
  schedule: "0 2 * * *"  # 每天凌晨2点备份

5.2 安全最佳实践

bash

# 1. 验证Chart来源
helm install my-app ./my-chart --verify

# 2. 使用特定版本（避免意外升级）
helm install my-app bitnami/mysql --version 9.14.0

# 3. 限制Release权限（使用ServiceAccount）
helm install my-app bitnami/mysql \
  --set serviceAccount.create=true \
  --set serviceAccount.name=mysql-sa

# 4. 敏感信息使用Secret（而非values文件）
kubectl create secret generic mysql-auth \
  --from-literal=root-password='SecurePass123'

# 然后在values中引用
# auth:
#   existingSecret: mysql-auth

5.3 高可用和备份策略

yaml

# 生产环境MySQL高可用配置
architecture: replication

auth:
  rootPassword: "SecureRootPass"
  replicationPassword: "SecureReplPass"

primary:
  persistence:
    enabled: true
    size: 100Gi
    storageClass: "fast-ssd"
  
  resources:
    requests:
      memory: "4Gi"
      cpu: "2000m"

secondary:
  replicaCount: 2
  persistence:
    enabled: true
    size: 100Gi
  
  resources:
    requests:
      memory: "4Gi"
      cpu: "2000m"

# 备份配置
backup:
  enabled: true
  cronjob:
    schedule: "0 2 * * *"
    backupCommands:
      - mysqldump -u root -p"$MYSQL_ROOT_PASSWORD" --all-databases > /backup/all-databases.sql
  
  storage:
    s3:
      region: "us-east-1"
      bucket: "my-backup-bucket"
      path: "/mysql-backups"

5.4 监控和告警

yaml

# 启用Prometheus监控
metrics:
  enabled: true
  serviceMonitor:
    enabled: true
    namespace: monitoring
    interval: 30s
    scrapeTimeout: 10s

# 告警规则
prometheusRule:
  enabled: true
  namespace: monitoring
  rules:
    - alert: MySQLDown
      expr: mysql_up == 0
      for: 1m
      labels:
        severity: critical
      annotations:
        summary: "MySQL instance is down"
    
    - alert: MySQLHighConnections
      expr: |
        (mysql_global_status_threads_connected / mysql_global_variables_max_connections) * 100 > 80
      for: 5m
      labels:
        severity: warning
      annotations:
        summary: "MySQL has high connection usage"

六、实战案例：完整应用部署

6.1 部署LNMP应用栈

bash

#!/bin/bash
# deploy-lnmp.sh - 部署LNMP环境

NAMESPACE="webapp"
ENV="production"

# 创建命名空间
kubectl create namespace $NAMESPACE --dry-run=client -o yaml | kubectl apply -f -

# 1. 部署Nginx Ingress Controller
echo "部署Nginx Ingress Controller..."
helm upgrade --install ingress-nginx ingress-nginx/ingress-nginx \
  --namespace ingress-nginx \
  --create-namespace \
  --set controller.replicaCount=2 \
  --set controller.service.type=LoadBalancer \
  --wait

# 2. 部署MySQL
echo "部署MySQL..."
helm upgrade --install mysql bitnami/mysql \
  --namespace $NAMESPACE \
  -f environments/$ENV/mysql-values.yaml \
  --wait

# 3. 部署Redis
echo "部署Redis..."
helm upgrade --install redis bitnami/redis \
  --namespace $NAMESPACE \
  --set architecture=standalone \
  --set auth.enabled=true \
  --set auth.password=redispass123 \
  --set master.persistence.size=10Gi \
  --wait

# 4. 部署PHP应用
echo "部署PHP应用..."
helm upgrade --install myapp ./myapp-chart \
  --namespace $NAMESPACE \
  -f environments/$ENV/myapp-values.yaml \
  --set mysql.host=mysql.$NAMESPACE.svc.cluster.local \
  --set redis.host=redis-master.$NAMESPACE.svc.cluster.local \
  --wait

echo "部署完成！"

6.2 部署监控栈

bash

#!/bin/bash
# deploy-monitoring.sh - 部署监控栈

NAMESPACE="monitoring"

# 添加仓库
helm repo add prometheus-community https://prometheus-community.github.io/helm-charts
helm repo update

# 部署kube-prometheus-stack
echo "部署Prometheus + Grafana..."
helm upgrade --install kube-prometheus-stack prometheus-community/kube-prometheus-stack \
  --namespace $NAMESPACE \
  --create-namespace \
  --set prometheus.prometheusSpec.retention=30d \
  --set prometheus.prometheusSpec.storageSpec.volumeClaimTemplate.spec.resources.requests.storage=50Gi \
  --set grafana.adminPassword=admin123 \
  --set grafana.persistence.enabled=true \
  --set grafana.persistence.size=10Gi \
  --wait

echo "监控栈部署完成！"
echo "Grafana访问地址："
kubectl get svc -n $NAMESPACE kube-prometheus-stack-grafana -o jsonpath='{.status.loadBalancer.ingress[0].ip}'
echo ""
echo "默认账号：admin / admin123"

6.3 备份和恢复脚本

bash

#!/bin/bash
# backup-releases.sh - 备份所有Release配置

BACKUP_DIR="/backup/helm/$(date +%Y%m%d)"
mkdir -p $BACKUP_DIR

# 获取所有Release
releases=$(helm list -q --all-namespaces)

for release in $releases; do
  namespace=$(helm list -f $release -o json | jq -r '.[0].namespace')
  
  echo "备份Release: $release (namespace: $namespace)"
  
  # 备份values
  helm get values $release -n $namespace > $BACKUP_DIR/${release}-values.yaml
  
  # 备份manifest
  helm get manifest $release -n $namespace > $BACKUP_DIR/${release}-manifest.yaml
  
  # 备份历史
  helm history $release -n $namespace > $BACKUP_DIR/${release}-history.txt
done

echo "备份完成，保存到: $BACKUP_DIR"

七、常见问题排查

7.1 安装失败排查

bash

# 查看详细错误信息
helm install my-app bitnami/mysql --debug --dry-run

# 查看Pod状态
kubectl get pods -n <namespace>
kubectl describe pod <pod-name> -n <namespace>
kubectl logs <pod-name> -n <namespace>

# 查看Helm Release状态
helm status my-app -n <namespace>
helm history my-app -n <namespace>

7.2 常见错误及解决

错误	原因	解决方案
`Error: cannot re-use a name`	Release名称已存在	使用新名称或先卸载旧Release
`Error: Kubernetes cluster unreachable`	K8S连接问题	检查kubeconfig和集群状态
`Error: failed to download`	Chart下载失败	检查网络，更新repo索引
`Pod Pending`	资源不足或调度失败	检查节点资源和调度约束
`CrashLoopBackOff`	应用启动失败	查看Pod日志排查应用问题
`PVC Pending`	存储类问题	检查StorageClass和PV可用性

7.3 调试技巧

bash

# 本地渲染模板（不安装）
helm template my-app bitnami/mysql -f my-values.yaml

# 模拟安装并查看生成的资源
helm install my-app bitnami/mysql -f my-values.yaml --dry-run --debug

# 查看Chart依赖
helm dependency list ./my-chart

# 验证Chart语法
helm lint ./my-chart

八、总结

核心概念回顾

Helm核心流程
├── 仓库管理
│   ├── helm repo add/update/list/remove
│   └── Chart搜索和发现
│
├── 安装部署
│   ├── helm install（首次安装）
│   ├── helm upgrade（升级）
│   └── helm rollback（回滚）
│
├── 配置管理
│   ├── values文件（推荐）
│   ├── --set参数（临时覆盖）
│   └── 多环境配置分离
│
└── 生命周期
    ├── Release版本管理
    ├── 原子升级和回滚
    └── 历史记录保留

生产环境检查清单

bash

# ✅ 部署前检查
helm lint <chart>                    # 验证Chart语法
helm template <chart> | kubectl apply --dry-run=client -f -  # 验证K8S资源
helm install --dry-run --debug       # 模拟安装

# ✅ 部署时配置
--version <specific-version>         # 指定版本
--namespace <namespace>              # 指定命名空间
--wait                               # 等待就绪
--timeout 10m                        # 设置超时

# ✅ 部署后验证
helm status <release>                # 检查状态
kubectl get pods                     # 检查Pod状态
kubectl logs <pod>                   # 检查应用日志

下节预告

在下一节《容器编排与Kubernetes实战》中，我们将通过6个完整的实战案例，综合运用所学知识：

案例1：从Docker到K8s的平滑迁移
案例2：构建完整的微服务应用
案例3：蓝绿发布与金丝雀发布
案例4：构建可观测性体系
案例5：K8s CI/CD流水线
案例6：生产环境故障排查

💡 学习建议：
在测试环境使用Helm部署几个常用应用（MySQL、Redis、Nginx）
练习升级和回滚操作，熟悉Release生命周期管理
为不同环境（dev/staging/prod）准备不同的values文件

Helm Chart应用与管理 ​

课程目标 ​

一、Helm概述 ​

1.1 为什么需要Helm ​

1.2 Helm核心概念 ​

1.3 Helm版本对比 ​

二、Helm安装和配置 ​

2.1 安装Helm ​

2.2 配置Chart仓库 ​

2.3 Helm常用命令速查 ​

三、使用Helm部署应用 ​

3.1 基础部署 ​

3.2 自定义配置安装 ​

3.3 常用应用的values配置示例 ​

四、Release生命周期管理 ​

4.1 升级Release ​

4.2 回滚Release ​

4.3 卸载Release ​

五、生产环境最佳实践 ​

5.1 配置管理策略 ​

5.2 安全最佳实践 ​

5.3 高可用和备份策略 ​

5.4 监控和告警 ​

六、实战案例：完整应用部署 ​

6.1 部署LNMP应用栈 ​

6.2 部署监控栈 ​

6.3 备份和恢复脚本 ​

七、常见问题排查 ​

7.1 安装失败排查 ​

7.2 常见错误及解决 ​

7.3 调试技巧 ​

八、总结 ​

核心概念回顾 ​

生产环境检查清单 ​

下节预告 ​

评论区

Helm Chart应用与管理

课程目标

一、Helm概述

1.1 为什么需要Helm

1.2 Helm核心概念

1.3 Helm版本对比

二、Helm安装和配置

2.1 安装Helm

2.2 配置Chart仓库

2.3 Helm常用命令速查

三、使用Helm部署应用

3.1 基础部署

3.2 自定义配置安装

3.3 常用应用的values配置示例

四、Release生命周期管理

4.1 升级Release

4.2 回滚Release

4.3 卸载Release

五、生产环境最佳实践

5.1 配置管理策略

5.2 安全最佳实践

5.3 高可用和备份策略

5.4 监控和告警

六、实战案例：完整应用部署

6.1 部署LNMP应用栈

6.2 部署监控栈

6.3 备份和恢复脚本

七、常见问题排查

7.1 安装失败排查

7.2 常见错误及解决

7.3 调试技巧

八、总结

核心概念回顾

生产环境检查清单

下节预告