基于Helm和Operator的K8S應(yīng)用管理的分析是怎樣的

這期內(nèi)容當(dāng)中小編將會(huì)給大家?guī)?lái)有關(guān)基于Helm和Operator的K8S應(yīng)用管理的分析是怎樣的，文章內(nèi)容豐富且以專業(yè)的角度為大家分析和敘述，閱讀完這篇文章希望大家可以有所收獲。

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今天我們分享的內(nèi)容是基于Helm和Operator的K8S應(yīng)用管理。我們知道，Kubernetes基于服務(wù)粒度提供了多種資源描述類型。描述一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)尤其是微服務(wù)架構(gòu)系統(tǒng)，需要組合使用大量的Kubernetes資源。針對(duì)有狀態(tài)應(yīng)用，常常還需要復(fù)雜的運(yùn)維管理操作以及更多的領(lǐng)域知識(shí)。

今晚將介紹如何用Helm這一Kubernetes應(yīng)用包管理的社區(qū)主導(dǎo)方案來(lái)簡(jiǎn)化應(yīng)用的部署管理，如何制作應(yīng)用模板以及打造Kubernetes版應(yīng)用商店，以及如何利用operator自動(dòng)化應(yīng)用的運(yùn)維。

一、Helm

讓我們從零開(kāi)始吧。比如說(shuō)我們現(xiàn)在已經(jīng)部署了一個(gè)K8S的集群。不管是用GKE或者是EKS，都不是難事，因?yàn)楝F(xiàn)在部署K8S已經(jīng)不是以前那么麻煩的事情了。然后我們做了應(yīng)用的容器化。接下來(lái)，我們要試著去把我們的應(yīng)用部署到K8S上面去。

其實(shí)在K8S里面，資源對(duì)象是很多的：

對(duì)于一些微服務(wù)架構(gòu)來(lái)說(shuō)，會(huì)有不同的服務(wù)在上面運(yùn)行，你可能要管理諸如deployment、service、有狀態(tài)的Statefulset、權(quán)限的控制等等。你會(huì)發(fā)現(xiàn)，部署應(yīng)用后還會(huì)有很多其他關(guān)聯(lián)的東西以及你需要考慮的點(diǎn)：比如說(shuō)你的不同團(tuán)隊(duì)，要去管理這樣一個(gè)應(yīng)用，從開(kāi)發(fā)到測(cè)試再到生產(chǎn)，在不同的環(huán)境中，同樣一套東西可能都需要不同的配置。例如，你在開(kāi)發(fā)的時(shí)候，不需要用到PV，而是用一些暫時(shí)的存儲(chǔ)就行了；但是在生產(chǎn)環(huán)境中，你必須要持久存儲(chǔ)；并且你可能會(huì)在團(tuán)隊(duì)之間做共享，然后去存檔。

另外，你不僅僅要部署這個(gè)應(yīng)用資源，你還要去管理其生命周期，包括升級(jí)、更新?lián)Q代、后續(xù)的刪除等。我們知道，K8S里面的deployment是有版本管理的，但是從整個(gè)應(yīng)用或某個(gè)應(yīng)用模塊來(lái)考慮的話，除了deployment，可能還會(huì)有其他的configmap之類的去跟其關(guān)聯(lián)。這時(shí)我們會(huì)想，是否有這樣一個(gè)工具可以在更上層的維度去管理這些應(yīng)用呢？這個(gè)時(shí)候我們就有了社區(qū)的一個(gè)包管理工具：Helm。

我們知道K8S的意思是舵手，即掌控船舵的那個(gè)人。而Helm其實(shí)就是那個(gè)舵。在Helm里面，它的一個(gè)應(yīng)用包叫Charts，Charts其實(shí)是航海圖的意思。它是什么東西呢？

它其實(shí)就是一個(gè)應(yīng)用的定義描述。里面包括了這個(gè)應(yīng)用的一些元數(shù)據(jù)，以及該應(yīng)用的K8S資源定義的模板及其配置。其次，Charts還可以包括一些文檔的說(shuō)明，這些可以存儲(chǔ)在chart的倉(cāng)庫(kù)里面。

怎么用Helm這個(gè)工具呢？Helm其實(shí)就是一個(gè)二進(jìn)制工具。你只要把它下載下來(lái)，已經(jīng)配置好了kubeconfig的一些相關(guān)配置信息，就可以在K8S中做應(yīng)用的部署和管理了。 用Helm可以做什么事情呢？其實(shí)Helm分為服務(wù)端跟客戶端兩部分，你在helm init之后，它會(huì)把一個(gè)叫做Tiller的服務(wù)端，部署在K8S里面。這個(gè)服務(wù)端可以幫你管理Helm Chart應(yīng)用包的一個(gè)完整生命周期。

Release == Chart 的安裝實(shí)例：

接著說(shuō)說(shuō)Helm Chart。它本質(zhì)上是一個(gè)應(yīng)用包，你可以把它理解成dpkg或者像rpm這樣的包。只不過(guò)，它是基于K8S領(lǐng)域的一個(gè)應(yīng)用包的概念。你可以對(duì)同一個(gè)chart包進(jìn)行多次部署，每次安裝它都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)Release。這個(gè)Release相當(dāng)于一個(gè)chart中的安裝實(shí)例。

現(xiàn)在我們已經(jīng)把Tiller部署進(jìn)去了，那么就可以去做我們應(yīng)用的管理了：

$ helm install <chart>
# (stable/mariadb, ./nginx-1.2.3.tgz, ./nginx, https://example.com/charts/nginx-1.2.3.tgz)
$ helm upgrade <release>
$ helm delete <release>

關(guān)于一些常用的命令例如安裝一個(gè)應(yīng)用包，可以用install，它其實(shí)是可以支持不同格式的：比如說(shuō)本地的一些chart包，或者說(shuō)你的遠(yuǎn)程倉(cāng)庫(kù)路徑。 對(duì)于應(yīng)用的更新，用Helm upgrade。 如果要?jiǎng)h除的話，就用Helm Delete。

Helm的一個(gè)Release會(huì)生成對(duì)應(yīng)的Configmap，由它去存儲(chǔ)這個(gè)Release的信息，并存在K8S里面。它相當(dāng)于把應(yīng)用的一個(gè)生命周期的迭代，直接跟K8S去做關(guān)聯(lián)，哪怕Tiller掛了，但只要你的配置信息還在，這個(gè)應(yīng)用的發(fā)布和迭代歷程不會(huì)丟失：例如想回滾到以前的版本，或者是查看它的升級(jí)路徑等。

接下來(lái)我們看一個(gè)chart的結(jié)構(gòu)。

$ helm create demoapp

用Helm create的話，它會(huì)提供一個(gè)大概的框架，你可以去創(chuàng)建自己的一個(gè)應(yīng)用。比如說(shuō)這個(gè)應(yīng)用就叫做Demoapp，里面會(huì)有如下內(nèi)容：

其中最核心的是templates，即模板化的K8S manifests文件，這里面會(huì)包括資源的定義，例如deployment、service等?，F(xiàn)在我們create出來(lái)的是一個(gè)默認(rèn)的、用一個(gè)nginx deployment去部署的應(yīng)用。

它本質(zhì)上就是一個(gè)Go的template模板。Helm在Go template模板的基礎(chǔ)上，還會(huì)增加很多東西。如一些自定義的元數(shù)據(jù)信息、擴(kuò)展的庫(kù)以及一些類似于編程形式的工作流，例如條件語(yǔ)句、管道等等。這些東西都會(huì)使得我們的模板變得非常豐富。

有了模板，我們?cè)趺窗盐覀兊呐渲萌谌脒M(jìn)去呢？用的就是這個(gè)values文件。這兩部分內(nèi)容其實(shí)就是chart的核心功能。

這個(gè)deployment，就是一個(gè)Go template的模板。里面可以定義一些預(yù)設(shè)的配置變量。這些變量就是從values文件中讀取出來(lái)的。這樣一來(lái)，我們就有了一個(gè)應(yīng)用包的模板，可以用不同的配置將這個(gè)應(yīng)用包部署在不同的環(huán)境中去。除此之外，在Helm install/upgrade時(shí)候，可以使用不同的value。

配置選項(xiàng)：

$ helm install --set image.tag=latest ./demoapp
$ helm install -f stagingvalues.yaml ./demoapp

比如說(shuō)你可以set某個(gè)單獨(dú)的變量，你可以用整個(gè)File去做一個(gè)部署，它會(huì)用你現(xiàn)在的配置覆蓋掉它的默認(rèn)配置。因此我們可以在不同的團(tuán)隊(duì)之間，直接用不同的配置文件，并用同樣的應(yīng)用包去做應(yīng)用管理。Chart.yaml即chart的元數(shù)據(jù)，描述的就是這個(gè)chart包的信息。

另外還有一些文檔的說(shuō)明，例如NOTES.txt，一般放在templates里面，它是在你安裝或者說(shuō)你察看這個(gè)部署詳情之時(shí)(helm status)，自動(dòng)列出來(lái)的。通常會(huì)放一些部署了的應(yīng)用和如何訪問(wèn)等一些描述性的信息。

除了模板以外，Helm chart的另一個(gè)作用就是管理依賴。

比如說(shuō)你部署一個(gè)Wordpress，它可以依賴一些數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)。你可以把數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)作為一個(gè)chart形式，放在一個(gè)依賴的目錄下面。這樣的話應(yīng)用之間的依賴管理就可以做的很方便了。 假如現(xiàn)在已經(jīng)創(chuàng)建了我們自己的應(yīng)用包，想要有一個(gè)倉(cāng)庫(kù)去管理這個(gè)包，在團(tuán)隊(duì)之間共享應(yīng)該怎么做？

chart的倉(cāng)庫(kù)其實(shí)就是一個(gè)HTTP服務(wù)器。只要你把你的chart以及它的索引文件放到上面，在Helm install的時(shí)候，就可以通過(guò)上面的路徑去拿。

Helm工具本身也提供一個(gè)簡(jiǎn)單的指令，叫Helm serve，幫你去做一個(gè)開(kāi)發(fā)調(diào)試用的倉(cāng)庫(kù)。

例如 https://example.com/charts 的倉(cāng)庫(kù)目錄結(jié)構(gòu)：

關(guān)于 Helm，社區(qū)版其實(shí)已經(jīng)有了很多的應(yīng)用包，一般放在K8S下面的一些項(xiàng)目中，比如安裝Helm時(shí)候，它默認(rèn)就有一個(gè)Stable的項(xiàng)目。里面會(huì)有各種各樣的應(yīng)用包。Stable和incubator chart 倉(cāng)庫(kù)：https://github.com/kubernetes/charts

另外，社區(qū)版還會(huì)提供類似于Rancher Catalog應(yīng)用商店的這樣一個(gè)概念的UI，你可以在這上面做管理。它叫Monocular，即單筒望遠(yuǎn)鏡的意思，這些項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)都非常的活躍，一直在隨著K8S的迭代做著更新。

Monocular: chart的UI管理項(xiàng)目：https://github.com/kubernetes-helm/monocular

那么怎么去部署K8S版的應(yīng)用商店呢？其實(shí)也非常簡(jiǎn)單。因?yàn)橛辛薍elm之后，你只要使用Helm install這個(gè)Monocular，先把它的倉(cāng)庫(kù)加進(jìn)來(lái)，再install一下，就可以把這個(gè)應(yīng)用部署到你的K8S集群之中了。它其實(shí)也是利用了Helm Tiller去做部署。我們可以在上面去搜索一些chart，管理你的倉(cāng)庫(kù)，例如官方的stable，或者是incubator里面的一些項(xiàng)目。

你也可以管理一些已經(jīng)部署的應(yīng)用。比如說(shuō)你要搜索一個(gè)應(yīng)用，點(diǎn)一下部署，就可以把它部署上去了。不過(guò)這其中還有很多亟待完善的東西，比如這里的部署不能配置各種不同的參數(shù)，它只能輸入namespace。其次，里面的一些管理依然存在局限性，比如不能很方便地在UI上做更新。

圍繞Helm chart我們也會(huì)跟一些公有云廠商有相關(guān)的合作。因?yàn)镠elm chart的好處就是：一個(gè)應(yīng)用包可以在多個(gè)地方部署。比如公有云的服務(wù)，可以基于它去實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的編排和管理，把一個(gè)服務(wù)便利地提供給不同的用戶。Rancher也會(huì)在2.0的應(yīng)用商店中加入對(duì)helm chart的支持，希望幫助用戶在方便利用已有模板的同時(shí)提供良好的體驗(yàn)。

在stable的倉(cāng)庫(kù)里面已經(jīng)有很多chart，其實(shí)并不是特別完善，還有很多應(yīng)用是可以補(bǔ)充和增強(qiáng)的。就我們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，什么都可以chart化，不管是分布式的數(shù)據(jù)庫(kù)集群，還是并行計(jì)算框架，都可以以這樣的形式在K8S上部署和管理起來(lái)。

另外一點(diǎn)就是Helm是插件化的，helm的插件有Helm-templates, helm-github，等等。

比如你在Helm install的時(shí)候，它可以調(diào)用插件去做擴(kuò)展。它沒(méi)有官方的倉(cāng)庫(kù)，但是已經(jīng)有一些功能可用。其實(shí)是把Restless/release的信息以及你的chart信息以及Tiller的連接信息交給插件去處理。Helm本身不管插件是用什么形式去實(shí)現(xiàn)的，只要它是應(yīng)用包，則對(duì)傳入的這些參數(shù)做它自己的處理就行。

Helm的好處，大概就有這些： ? 利用已有的Chart快速部署進(jìn)行實(shí)驗(yàn) ? 創(chuàng)建自定義Chart，方便地在團(tuán)隊(duì)間共享 ? 便于管理應(yīng)用的生命周期 ? 便于應(yīng)用的依賴管理和重用 ? 將K8S集群作為應(yīng)用發(fā)布協(xié)作中心

二、Operator

我們接下來(lái)說(shuō)說(shuō)Operator。為什么講Operator呢？Operator其實(shí)并不是一個(gè)工具，而是為了解決一個(gè)問(wèn)題而存在的一個(gè)思路。什么問(wèn)題？就是我們?cè)诠芾響?yīng)用時(shí)，會(huì)遇到無(wú)狀態(tài)和有狀態(tài)的應(yīng)用。管理無(wú)狀態(tài)的應(yīng)用是相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單的，但是有狀態(tài)的應(yīng)用則比較復(fù)雜。在Helm chart的stable倉(cāng)庫(kù)里面，很多數(shù)據(jù)庫(kù)的chart其實(shí)是單節(jié)點(diǎn)的，因?yàn)榉植际降臄?shù)據(jù)庫(kù)做起來(lái)會(huì)較為麻煩。

Operator的理念是希望注入領(lǐng)域知識(shí)，用軟件管理復(fù)雜的應(yīng)用。例如對(duì)于有狀態(tài)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，每一個(gè)東西都不一樣，都可能需要你有專業(yè)的知識(shí)去處理。對(duì)于不同的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，擴(kuò)容縮容以及備份等方式各有區(qū)別。能不能利用K8S便捷的特性去把這些復(fù)雜的東西簡(jiǎn)單化呢？這就是Operator想做的事情。

以無(wú)狀態(tài)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，把它做成一個(gè)Scale UP的話是比較簡(jiǎn)單的：擴(kuò)充一下它的數(shù)量就行了。

接著在deployment或者是說(shuō)ReplicaSet的controller中，會(huì)去判斷它當(dāng)前的狀態(tài)，并向目標(biāo)狀態(tài)進(jìn)行遷移。對(duì)有狀態(tài)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，我們常常需要考慮很多復(fù)雜的事情，包括升級(jí)、配置更新、備份、災(zāi)難恢復(fù)、Scale調(diào)整數(shù)量等等，有時(shí)相當(dāng)于將整個(gè)配置刷一遍，甚至可能要重啟一些服務(wù)。

比如像Zookeeper315以前不能實(shí)時(shí)更新集群狀態(tài)，想要擴(kuò)容非常麻煩，可能需要把整個(gè)節(jié)點(diǎn)重啟一輪。有些數(shù)據(jù)庫(kù)可能方便一點(diǎn)，到master那里注冊(cè)一下就好。因此每個(gè)服務(wù)都會(huì)有它自己的特點(diǎn)。

拿etcd來(lái)說(shuō)，它是K8S里面主要的存儲(chǔ)。如果對(duì)它做一個(gè)Scale up的話，需要往集群中添加一些新節(jié)點(diǎn)的連接信息，從而獲取到集群的不同Member的配置連接。然后用它的集群信息去啟動(dòng)一個(gè)新的etcd節(jié)點(diǎn)。

如果有了etcd Operator，會(huì)怎么樣？Operator其實(shí)是CoreOS布道的東西。CoreOS給社區(qū)出了幾個(gè)開(kāi)源的Operator，包括etcd，那么如何在這種情況下去擴(kuò)容一個(gè)etcd集群？

首先可以以deployment的形式把etcd Operator部署到K8S中。部署完這個(gè)Operator之后，想要部署一個(gè)etcd的集群，其實(shí)很方便。因?yàn)椴恍枰偃ス芾磉@個(gè)集群的配置信息了，你只要告訴我，你需要多少的節(jié)點(diǎn)，你需要什么版本的etcd，然后創(chuàng)建這樣一個(gè)自定義的資源，Operator會(huì)監(jiān)聽(tīng)你的需求，幫你創(chuàng)建出配置信息來(lái)。

$ kubectl create –f etcd-cluster.yaml

要擴(kuò)容的話也很簡(jiǎn)單，只要更新數(shù)量（比如從3改到5），再apply一下，它同樣會(huì)監(jiān)聽(tīng)這個(gè)自定義資源的變動(dòng)，去做對(duì)應(yīng)的更新。

$ kubectl apply -f upgrade-example.yaml

這樣就相當(dāng)于把以前需要運(yùn)維人員去處理集群的一些工作全部都交付給Operator去完成了。如何做到的呢？即應(yīng)用了K8S的一個(gè)擴(kuò)展性的API——CRD（在以前稱為第三方資源）。

在部署了一個(gè)etcd Operator之后，通過(guò)kubernetes API去管理和維護(hù)目標(biāo)的應(yīng)用狀態(tài)。本質(zhì)上走的就是K8S里面的Controller的模式。K8S Controller會(huì)對(duì)它的resource做這樣的一個(gè)管理：去監(jiān)聽(tīng)或者是說(shuō)檢查它預(yù)期的狀態(tài)，然后跟當(dāng)前的狀態(tài)作對(duì)比。如果其中它會(huì)有一些差異的話，它會(huì)去做對(duì)應(yīng)的更新。

Kubernetes Controller 模式：

etcd的做法是在拉起一個(gè)etcd Operator的時(shí)候，創(chuàng)建一個(gè)叫etcd cluster的自定義資源，監(jiān)聽(tīng)?wèi)?yīng)用的變化。比如你的聲明你的更新，它都會(huì)去產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的一個(gè)事件，去做對(duì)應(yīng)的更新，將你的etcd集群維護(hù)在這樣的狀態(tài)。

除了etcd以外，社區(qū)比如還有普羅米修斯Operator都可以以這種方便的形式，去幫你管理一些有狀態(tài)的應(yīng)用。

值得一提的是，Rancher2.0廣泛采用了Kubernetes-native的Controller模式，去管理應(yīng)用負(fù)載乃至K8S集群，調(diào)侃地說(shuō)，是個(gè)Kubernetes operator。

三、Helm和Operator的對(duì)比

這兩個(gè)東西講完了，我們來(lái)對(duì)比一下二者吧。

Operator本質(zhì)上是針對(duì)特定的場(chǎng)景去做有狀態(tài)服務(wù)，或者說(shuō)針對(duì)擁有復(fù)雜應(yīng)用的應(yīng)用場(chǎng)景去簡(jiǎn)化其運(yùn)維管理的工具。Helm的話，它其實(shí)是一個(gè)比較普適的工具，想法也很簡(jiǎn)單，就是把你的K8S資源模板化，方便共享，然后在不同的配置中重用。

其實(shí)Operator做的東西Helm大部分也可以做。用Operator去監(jiān)控更新etcd的集群狀態(tài)，也可以用定制的Chart做同樣的事情。只不過(guò)你可能需要一些更復(fù)雜的處理而已，例如在etcd沒(méi)有建立起來(lái)時(shí)候，你可能需要一些init Container去做配置的更新，去檢查狀態(tài)，然后把這個(gè)節(jié)點(diǎn)用對(duì)應(yīng)的信息給拉起來(lái)。刪除的時(shí)候，則加一些PostHook去做一些處理。所以說(shuō)Helm是一個(gè)更加普適的工具。兩者甚至可以結(jié)合使用，比如stable倉(cāng)庫(kù)里就有etcd-operator chart。

就個(gè)人理解來(lái)說(shuō)，在K8S這個(gè)龐然大物之上，他們兩者都誕生于簡(jiǎn)單但自然的想法，helm是為了配置分離，operator則是針對(duì)復(fù)雜應(yīng)用的自動(dòng)化管理。

上述就是小編為大家分享的基于Helm和Operator的K8S應(yīng)用管理的分析是怎樣的了，如果剛好有類似的疑惑，不妨參照上述分析進(jìn)行理解。如果想知道更多相關(guān)知識(shí)，歡迎關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道。

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