📚 第一章：Helm 简介与安装

1.1 Helm 概述

1.1.1 什么是 Helm

Helm 是 Kubernetes 的包管理器，被称为 “Kubernetes 的 apt/yum”。它简化了 Kubernetes 应用的部署、管理和版本控制。

graph TB
    A[开发者] --> B[Helm Chart]
    B --> C[Helm CLI]
    C --> D[Kubernetes API]
    D --> E[Kubernetes 集群]
    
    B --> B1[Templates]
    B --> B2[Values]
    B --> B3[Metadata]
    
    E --> E1[Pods]
    E --> E2[Services]
    E --> E3[ConfigMaps]
    E --> E4[Secrets]

1.1.2 核心概念

Chart

• 定义：Helm 包，包含运行应用所需的所有 Kubernetes 资源定义
• 结构：模板文件、配置文件、元数据等的集合
• 作用：可重用的应用部署单元

Release

• 定义：Chart 在 Kubernetes 集群中的一个实例
• 特点：每个 Release 都有唯一的名称和版本
• 管理：可以升级、回滚、删除

Repository

• 定义：存储和分享 Charts 的地方
• 类型：公共仓库、私有仓库
• 功能：版本管理、依赖解析

1.1.3 Helm 的优势

• 简化部署：一条命令部署复杂应用
• 版本管理：支持应用版本控制和回滚
• 配置管理：灵活的配置覆盖机制
• 依赖管理：自动处理应用间依赖关系
• 模板化：减少重复配置，提高复用性

1.2 Helm 架构

1.2.1 Helm 3 架构

graph TB
    subgraph "客户端"
        A[Helm CLI]
    end
    
    subgraph "Kubernetes 集群"
        B[Kubernetes API Server]
        C[Release 存储]
        D[应用资源]
    end
    
    subgraph "Chart 仓库"
        E[Chart Repository]
        F[Chart 包]
    end
    
    A --> B
    A --> E
    B --> C
    B --> D
    E --> F
    
    C --> C1[Secrets]
    C --> C2[ConfigMaps]
    
    D --> D1[Deployments]
    D --> D2[Services]
    D --> D3[Ingress]

1.2.2 组件说明

Helm CLI

• 功能：命令行客户端工具
• 职责：
  • Chart 管理（创建、打包、发布）
  • Release 管理（安装、升级、回滚、删除）
  • 仓库管理（添加、更新、搜索）

Kubernetes API Server

• 功能：Kubernetes 集群的控制平面
• 交互：Helm 通过 API Server 操作集群资源

Release 存储

• 位置：Kubernetes 集群内（Secrets 或 ConfigMaps）
• 内容：Release 元数据、历史版本信息

1.2.3 Helm 2 vs Helm 3

特性	Helm 2	Helm 3
架构	客户端-服务端	纯客户端
Tiller	需要	移除
安全性	权限问题	使用用户权限
Release 存储	Tiller	Kubernetes Secrets
命名空间	全局	命名空间隔离
CRD 支持	有限	完全支持

1.3 安装 Helm

1.3.1 系统要求

• Kubernetes：1.19+ 版本
• kubectl：已配置并能访问集群
• 操作系统：Linux、macOS、Windows

1.3.2 安装方法

方法一：脚本安装（推荐）

# 下载并执行安装脚本
curl https://raw.githubusercontent.com/helm/helm/main/scripts/get-helm-3 | bash

# 验证安装
helm version

方法二：二进制安装

# 下载 Helm 二进制文件
wget https://get.helm.sh/helm-v3.12.0-linux-amd64.tar.gz

# 解压并安装
tar -zxvf helm-v3.12.0-linux-amd64.tar.gz
sudo mv linux-amd64/helm /usr/local/bin/helm

# 验证安装
helm version

方法三：包管理器安装

# Ubuntu/Debian
curl https://baltocdn.com/helm/signing.asc | sudo apt-key add -
sudo apt-get install apt-transport-https --yes
echo "deb https://baltocdn.com/helm/stable/debian/ all main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/helm-stable-debian.list
sudo apt-get update
sudo apt-get install helm

# CentOS/RHEL
sudo yum install helm

# macOS
brew install helm

# Windows (Chocolatey)
choco install kubernetes-helm

1.3.3 配置验证

# 检查 Helm 版本
helm version

# 检查 Kubernetes 连接
kubectl cluster-info

# 检查当前上下文
kubectl config current-context

# 列出可用的命名空间
kubectl get namespaces

1.4 基本命令

1.4.1 仓库管理

# 添加官方稳定仓库
helm repo add stable https://charts.helm.sh/stable

# 添加 Bitnami 仓库
helm repo add bitnami https://charts.bitnami.com/bitnami

# 更新仓库索引
helm repo update

# 列出已添加的仓库
helm repo list

# 搜索 Chart
helm search repo nginx

# 搜索 Helm Hub
helm search hub wordpress

1.4.2 Chart 操作

# 创建新的 Chart
helm create my-app

# 检查 Chart 语法
helm lint my-app/

# 渲染模板（不安装）
helm template my-app my-app/

# 打包 Chart
helm package my-app/

# 查看 Chart 信息
helm show chart bitnami/nginx

# 查看 Chart 的 Values
helm show values bitnami/nginx

1.4.3 Release 管理

# 安装 Chart
helm install my-release bitnami/nginx

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

# 使用自定义 Values 安装
helm install my-release bitnami/nginx -f custom-values.yaml

# 设置单个值
helm install my-release bitnami/nginx --set service.type=LoadBalancer

# 列出所有 Release
helm list

# 查看 Release 状态
helm status my-release

# 查看 Release 历史
helm history my-release

1.4.4 升级和回滚

# 升级 Release
helm upgrade my-release bitnami/nginx

# 升级并修改配置
helm upgrade my-release bitnami/nginx --set replicaCount=3

# 回滚到上一个版本
helm rollback my-release

# 回滚到指定版本
helm rollback my-release 1

# 卸载 Release
helm uninstall my-release

# 卸载但保留历史
helm uninstall my-release --keep-history

1.5 实践练习

1.5.1 练习1：安装 Nginx

# 1. 添加 Bitnami 仓库
helm repo add bitnami https://charts.bitnami.com/bitnami
helm repo update

# 2. 搜索 Nginx Chart
helm search repo nginx

# 3. 查看 Chart 信息
helm show chart bitnami/nginx
helm show values bitnami/nginx

# 4. 安装 Nginx
helm install my-nginx bitnami/nginx

# 5. 检查部署状态
helm status my-nginx
kubectl get pods
kubectl get services

# 6. 访问服务
kubectl port-forward svc/my-nginx 8080:80
# 在浏览器中访问 http://localhost:8080

1.5.2 练习2：自定义配置

# 1. 创建自定义 Values 文件
cat > custom-values.yaml << EOF
replicaCount: 2
service:
  type: LoadBalancer
resources:
  requests:
    memory: "64Mi"
    cpu: "250m"
  limits:
    memory: "128Mi"
    cpu: "500m"
EOF

# 2. 使用自定义配置安装
helm install my-custom-nginx bitnami/nginx -f custom-values.yaml

# 3. 验证配置
kubectl get pods
kubectl describe deployment my-custom-nginx

1.5.3 练习3：升级和回滚

# 1. 升级 Release
helm upgrade my-nginx bitnami/nginx --set replicaCount=3

# 2. 查看历史版本
helm history my-nginx

# 3. 验证升级
kubectl get pods

# 4. 回滚到上一版本
helm rollback my-nginx

# 5. 验证回滚
helm history my-nginx
kubectl get pods

1.6 故障排除

1.6.1 常见问题

问题1：kubectl 未配置

# 错误信息
Error: Kubernetes cluster unreachable

# 解决方案
# 配置 kubectl
kubectl config view
kubectl config use-context <context-name>

问题2：权限不足

# 错误信息
Error: configmaps is forbidden

# 解决方案
# 检查 RBAC 权限
kubectl auth can-i create configmaps
kubectl auth can-i create secrets

问题3：Chart 不存在

# 错误信息
Error: chart "nginx" not found

# 解决方案
# 更新仓库索引
helm repo update
# 搜索正确的 Chart 名称
helm search repo nginx

1.6.2 调试技巧

# 1. 使用 --dry-run 预览
helm install my-release bitnami/nginx --dry-run

# 2. 使用 --debug 查看详细信息
helm install my-release bitnami/nginx --debug

# 3. 渲染模板查看生成的 YAML
helm template my-release bitnami/nginx

# 4. 检查 Release 状态
helm status my-release

# 5. 查看 Kubernetes 事件
kubectl get events --sort-by=.metadata.creationTimestamp

1.7 本章小结

1.7.1 核心概念回顾

• Helm：Kubernetes 包管理器
• Chart：应用包，包含所有必需的资源定义
• Release：Chart 在集群中的运行实例
• Repository：Chart 的存储和分发中心

1.7.2 技术要点总结

1. 架构理解：Helm 3 采用纯客户端架构，移除了 Tiller
2. 安装配置：多种安装方式，推荐使用官方脚本
3. 基本操作：仓库管理、Chart 操作、Release 管理
4. 版本控制：支持升级、回滚、历史查看
5. 故障排除：掌握常见问题的诊断和解决方法

1.7.3 最佳实践

• 定期更新 Helm 和仓库索引
• 使用命名空间隔离不同环境
• 在生产环境前先进行 dry-run 测试
• 保持 Chart 版本和应用版本的一致性
• 建立 Release 的命名规范

1.7.4 下一章预告

下一章我们将深入学习 Chart 的结构和模板语法，包括： - Chart 目录结构详解 - Go 模板语法基础 - 内置对象和函数使用 - 条件判断和循环控制

通过下一章的学习，你将能够创建和定制自己的 Helm Charts。