Helm 从 0 开始制作一个 Helm Charts

​​1. 引言​​

在云原生应用部署中，Kubernetes 的 YAML 文件管理逐渐暴露出复杂性高、重复性强的痛点。Helm 作为 Kubernetes 的包管理工具，通过 ​​Charts​​ 的抽象机制，实现了应用配置的模板化与版本化。本文将从零开始，手把手教你构建一个完整的 Helm Chart，涵盖从设计到部署的全流程，帮助开发者高效管理 Kubernetes 应用。

​​2. 技术背景​​

​​2.1 Helm 的核心价值​​

• ​​模板化配置​​：通过 Go 模板语言动态生成 Kubernetes YAML，实现参数化部署。
• ​​版本控制​​：支持 Charts 的版本管理与依赖管理（依赖其他 Charts）。
• ​​生态整合​​：与 Helm Hub、Artifact Hub 等平台集成，提供预置应用仓库。

​​2.2 Helm 核心组件​​

​​2.3 技术挑战​​

• ​​模板语法复杂性​​：Go 模板的逻辑控制（如 if、range）需要熟悉。
• ​​依赖管理​​：多 Charts 间的版本兼容性需谨慎处理。
• ​​调试困难​​：模板渲染错误可能导致 Kubernetes 资源创建失败。

​​3. 应用使用场景​​

​​3.1 场景1：微服务应用部署​​

• ​​目标​​：将包含多个微服务的应用（如前端+后端+数据库）打包为一个 Chart。

​​3.2 场景2：中间件部署​​

• ​​目标​​：快速部署 Redis、MySQL 等有状态服务，支持自定义存储和副本数。

​​3.3 场景3：多环境配置​​

• ​​目标​​：通过同一份 Chart 实现开发、测试、生产环境的差异化配置（如资源配额）。

​​4. 不同场景下详细代码实现​​

​​4.1 环境准备​​

​​4.1.1 工具链安装​​

# 安装 Helm (v3+)
curl https://raw.githubusercontent.com/helm/helm/main/scripts/get-helm-3 | bash

# 验证安装
helm version --short
# 输出示例: v3.12.0+ge9b0a4e

​​4.1.2 创建初始 Chart​​

# 在目标目录生成 Chart 骨架
helm create my-app-chart
cd my-app-chart
tree  # 查看生成的目录结构

生成的目录结构：

my-app-chart/
├── Chart.yaml          # Chart 元数据（版本、描述等）
├── values.yaml         # 默认配置参数
├── charts/             # 依赖的子 Charts
├── templates/          # Kubernetes 资源模板
│   ├── deployment.yaml
│   ├── service.yaml
│   └── _helpers.tpl    # 模板辅助函数
└── README.md           # Chart 使用说明

​​4.2 场景1：微服务应用部署​​

​​4.2.1 修改 values.yaml 定义多服务配置​​

# 文件: values.yaml
frontend:
  replicaCount: 2
  image:
    repository: nginx
    tag: "1.25"
    pullPolicy: IfNotPresent

backend:
  replicaCount: 3
  image:
    repository: my-registry/backend
    tag: "v1.0"
    pullPolicy: Always

service:
  type: ClusterIP
  port: 80

​​4.2.2 动态生成多 Deployment 模板​​

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

---
# 文件: templates/backend-deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: {{ .Release.Name }}-backend
spec:
  replicas: {{ .Values.backend.replicaCount }}
  selector:
    matchLabels:
      app: {{ .Release.Name }}-backend
  template:
    metadata:
      labels:
        app: {{ .Release.Name }}-backend
    spec:
      containers:
      - name: backend
        image: "{{ .Values.backend.image.repository }}:{{ .Values.backend.image.tag }}"
        ports:
        - containerPort: 8080

​​4.2.3 统一 Service 暴露多服务​​

# 文件: templates/service.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: {{ .Release.Name }}-service
spec:
  type: {{ .Values.service.type }}
  ports:
  - port: {{ .Values.service.port }}
    targetPort: 80  # 默认前端端口，实际需根据服务调整
  selector:
    app: {{ .Release.Name }}-frontend  # 需扩展为多服务选择器

​​优化点​​：需通过 endpoints 或 Ingress 实现多服务暴露（此处简化示例）。

​​4.3 场景2：中间件部署（以 Redis 为例）​​

​​4.3.1 添加 Redis 依赖​​

# 在 Chart 目录下添加依赖
helm dependency add my-app-chart bitnami/redis

生成的 charts/ 目录会包含 Redis 的子 Chart。

​​4.3.2 覆盖 Redis 默认配置​​

# 文件: values.yaml
redis:
  architecture: standalone  # 单节点模式
  auth:
    enabled: true
    password: "mysecretpassword"
  master:
    persistence:
      enabled: true
      size: 8Gi

​​4.3.3 部署时注入配置​​

helm install my-redis-release ./my-app-chart \
  --set redis.auth.password="newpassword"  # 覆盖密码

​​5. 原理解释与原理流程图​​

​​5.1 Helm Charts 工作流程图​​

[用户修改 values.yaml]
  → [Helm 解析模板]
    → [渲染 Kubernetes YAML]
      → [kubectl apply 到集群]
        → [生成 Release 记录]

​​5.2 核心特性​​

• ​​模板化渲染​​：通过 {{ .Values.xxx }} 动态注入配置。
• ​​依赖管理​​：requirements.yaml 或 helm dependency 管理子 Charts。
• ​​版本回滚​​：helm rollback <release> <version> 快速恢复历史版本。

​​6. 环境准备与部署​​

​​6.1 生产环境最佳实践​​

• ​​使用 Helmfile​​：通过 helmfile.yaml 批量管理多 Charts 部署。
• ​​集成 CI/CD​​：在 GitLab CI 或 ArgoCD 中实现 Helm 自动化部署。
• ​​安全加固​​：通过 helm-secrets 插件加密敏感配置。

​​7. 运行结果​​

​​7.1 测试用例1：微服务部署​​

# 安装 Chart
helm install my-app ./my-app-chart

# 验证资源创建
kubectl get pods -l app=my-app-frontend  # 应看到 2 个副本
kubectl get pods -l app=my-app-backend   # 应看到 3 个副本

​​7.2 测试用例2：Redis 中间件​​

# 安装带 Redis 的 Chart
helm install my-redis ./my-app-chart

# 验证 Redis 状态
kubectl exec -it $(kubectl get pods -l app.kubernetes.io/name=redis -o jsonpath='{.items[0].metadata.name}') -- redis-cli
# 输入 PING 应返回 PONG

​​8. 测试步骤与详细代码​​

​​8.1 单元测试模板渲染​​

# 使用 Helm 模板命令预览渲染结果
helm template my-app ./my-app-chart --values test-values.yaml > rendered.yaml

# 验证 YAML 语法
kubectl apply --dry-run=client -f rendered.yaml

​​9. 部署场景​​

​​9.1 多环境部署策略​​

# 文件: values-dev.yaml
replicaCount: 1
image:
  tag: "dev-latest"

# 文件: values-prod.yaml
replicaCount: 5
image:
  tag: "v1.0-stable"

​​部署命令​​：

helm install my-app-dev ./my-app-chart -f values-dev.yaml  # 开发环境
helm install my-app-prod ./my-app-chart -f values-prod.yaml # 生产环境

​​10. 疑难解答​​

​​常见问题1：模板渲染错误​​

• ​​现象​​：Error: template: my-app-chart/templates/deployment.yaml:xx:xx: executing "xxx" at <.Values.xxx>: nil pointer evaluating interface {}.xxx
• ​​解决​​：检查 values.yaml 中是否遗漏必填字段，或使用 default 函数设置默认值：

  # 文件: templates/deployment.yaml
  replicas: {{ .Values.replicaCount | default 1 }}

​​常见问题2：依赖 Chart 版本冲突​​

• ​​现象​​：Error: found in Chart.yaml, but missing in charts/ directory
• ​​解决​​：运行 helm dependency update 更新子 Charts 到兼容版本。

​​11. 未来展望与技术趋势​​

​​11.1 技术趋势​​

• ​​Helm 3.12+ 新特性​​：支持 JSON Schema 校验 values.yaml。
• ​​Kustomize 集成​​：与 Helm 结合实现更灵活的配置管理（如 helmify 工具）。

​​11.2 挑战​​

• ​​复杂状态管理​​：有状态服务（如数据库）的跨版本升级策略。
• ​​多集群部署​​：跨云厂商的 Helm Charts 统一管理。

​​12. 总结​​

本文从 Helm 的核心概念出发，通过微服务和中间件两个典型场景，演示了如何从零构建、测试和部署 Helm Charts。掌握 Helm 的模板化思想和依赖管理机制，可显著提升 Kubernetes 应用的交付效率。未来，随着云原生生态的演进，Helm 将在自动化、标准化和安全领域持续发力。