详解 K8S Helm CI/CD发布流程

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原文链接：https://piotrminkowski.com/2023/02/28/create-and-release-your-own-helm-chart/

注：译文，可能有些文字含义会有偏差

在本文中，您将学习如何创建 Helm chart 并将其发布到公共存储库中。我们将为基于 Spring Boot REST 的应用程序准备一个 Helm Chart 作为练习。目标是拥有一个完全自动化的过程来构建、测试和发布它。为此，我们将在 CircleCI 中定义一个管道。此 CI/CD 管道将在公共Artifact Hub^[1]中发布 Helm Chart。

源代码

如果您想自己尝试，可以随时查看本次演示中的源代码。为此，您需要克隆 GitHub 存储库^[2]。

创建 Helm Chart

在这部分练习中，我们将使用 helm CLI。在整个过程中，本地安装的 Helm 不是必需的，但可以帮助您了解接下来的步骤会发生什么。因此，最好安装它。请参考 Helm 官方文档^[3]以找到安装方法。

在第一步中，我们将创建一个示例 Chart。它是网络应用程序的典型 Chart。例如，它在容器外部公开 8080 端口，或者允许我们定义检查 HTTP 端点的活动性和就绪性探测。这个 Helm chart 不能太复杂，也不能太简单，因为我们要为它创建自动化测试。

这是我们的Deployment模板。它将一些标准标签添加到部署清单中。它还设置资源请求和限制，正如我之前提到的，Chart 已经添加了 liveness probe 和 readiness probe。并公开端口 8080 。我们也可以直接设置环境变量或从 ConfigMap 和 Secret 中注入环境变量。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: {{ .Values.app.name }}
  labels: # (1)
    app: {{ .Values.app.name }}
    env: {{ .Values.app.environment }}
    owner: {{ .Values.app.owner }}
spec:
  replicas: {{ .Values.replicaCount }}
  selector:
    matchLabels:
      app: {{ .Values.app.name }}
  template:
    metadata:
      labels:
        app: {{ .Values.app.name }}
        env: {{ .Values.app.environment }}
    spec:
      containers:
        - name: {{ .Values.app.name }}
          image: {{ .Values.image.repository }}:{{ .Values.image.tag }}
          resources: # (2)
            {{- toYaml .Values.resources | nindent 12 }}
          livenessProbe: # (3)
            initialDelaySeconds: {{ .Values.liveness.initialDelaySeconds }}
            httpGet:
              port: {{ .Values.liveness.port }}
              path: {{ .Values.liveness.path }}
            failureThreshold: {{ .Values.liveness.failureThreshold }}
            successThreshold: {{ .Values.liveness.successThreshold }}
            timeoutSeconds: {{ .Values.liveness.timeoutSeconds }}
            periodSeconds: {{ .Values.liveness.periodSeconds }}
          readinessProbe: # (4)
            initialDelaySeconds: {{ .Values.readiness.initialDelaySeconds }}
            httpGet:
              port: {{ .Values.readiness.port }}
              path: {{ .Values.readiness.path }}
            failureThreshold: {{ .Values.readiness.failureThreshold }}
            successThreshold: {{ .Values.readiness.successThreshold }}
            timeoutSeconds: {{ .Values.readiness.timeoutSeconds }}
            periodSeconds: {{ .Values.readiness.periodSeconds }}
          ports: # (5)
          {{- range .Values.ports }}
          - containerPort: {{ .value }}
            name: {{ .name }}
          {{- end }}
          {{- if .Values.envs }}
          env: # (6)
          {{- range .Values.envs }}
          - name: {{ .name }}
            value: {{ .value }}
          {{- end }}
          {{- end }}
          {{- if or .Values.extraEnvVarsConfigMap .Values.extraEnvVarsSecret }}
          envFrom:
          {{- if or .Values.extraEnvVarsConfigMap }}
          - configMapRef:
              name: {{ .Values.extraEnvVarsConfigMap }}
          {{- end }}
          {{- if or .Values.extraEnvVarsSecret }}
          - secretRef:
              name: {{ .Values.extraEnvVarsSecret }}
          {{- end }}
          {{- end }}
          securityContext:
            runAsNonRoot: true

还有一个Service对象模板。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: {{ .Values.app.name }}
  labels:
    app: {{ .Values.app.name }}
    env: {{ .Values.app.environment }}
    owner: {{ .Values.app.owner }}
spec:
  type: {{ .Values.service.type }}
  selector:
    app: {{ .Values.app.name }}
  ports:
  {{- range .Values.ports }}
  - port: {{ .value }}
    name: {{ .name }}
  {{- end }}

现在，可以用默认值填充模板。示例存储库中提供了以下values.yaml 文件。

replicaCount: 1

app:
  name: sample-spring-boot-api
  environment: dev
  owner: default

image:
  repository: piomin/sample-spring-kotlin-microservice
  tag: "1.1"

nameOverride: ""
fullnameOverride: ""

service:
  type: ClusterIP

ports:
  - name: http
    value: 8080

resources:
  limits:
    cpu: 1000m
    memory: 512Mi
  requests:
    cpu: 100m
    memory: 256Mi

liveness:
  initialDelaySeconds: 10
  port: http
  path: /actuator/health/liveness
  failureThreshold: 3
  successThreshold: 1
  timeoutSeconds: 3
  periodSeconds: 5

readiness:
  initialDelaySeconds: 10
  port: http
  path: /actuator/health/readiness
  failureThreshold: 3
  successThreshold: 1
  timeoutSeconds: 3
  periodSeconds: 5

envs:
  - name: INFO
    value: Spring Boot REST API

您可以使用helm CLI 轻松测试新创建的模板。为此，只需在存储库根目录中执行以下命令。将看到从示例模板创建的 YAML 清单。

$ helm template charts/spring-boot-api-app

这样的测试方法是可以的，但是只是在 Chart 开发过程中在本地运行它。假设我们需要创建一个交付管道，我们需要一个更高级的工具。

Helm Chart 的单元测试

在我看来，CI/CD 流水线中最重要的是自动化测试。没有它，我们将发布未经验证的软件，这可能会导致许多并发症。单个 Helm Chart 可以被多个应用程序使用，因此我们应该尽一切努力对其进行详细测试。幸运的是，有一些专门用于 Helm Chart 测试的工具。

我的选择了helm-unittest^[4]。它允许我们用纯 YAML 编写单元测试文件。我们可以将其安装为 Helm 插件或在 Docker 容器中运行。在将其推送到 Git 存储库之前，在本地进行验证工作：

$ helm plugin install https://github.com/helm-unittest/helm-unittest

我们应该将单元测试放在 Chart 中的test目录中。这是 Chart 存储库的结构：

第一步，我们创建单元测试文件。如前所述，我们可以使用 YAML 符号创建测试，这非常直观。我们需要传递值文件的位置和经过测试的 Helm 模板的位置。在测试部分，我们必须定义一个断言列表。重要的是我可以轻松测试每个 YAML 清单的路径。它可以是精确比较或正则表达式。它还支持用于 mappings 和 arrays 的 JsonPath。这是测试用到的deployment_test.yaml：

suite: test deployment
values:
  - ./values/test.yaml # (1)
templates:
  - templates/deployment.yaml # (2)
chart:
  version: 0.3.4+test
  appVersion: 1.0.0
tests:
  - it: should pass all kinds of assertion
    template: templates/deployment.yaml
    documentIndex: 0
    asserts: # (3)
      - equal:
          path: spec.template.spec.containers[?(@.name == "sample-spring-boot-api")].image
          value: piomin/sample-spring-kotlin-microservice:1.1
      - equal:
          path: metadata.labels.app
          value: sample-spring-boot-api
      - equal:
          path: metadata.labels.env
          value: dev
      - equal:
          path: metadata.labels.owner
          value: default
      - matchRegex:
          path: metadata.name
          pattern: ^.*-api$
      - contains:
          path: spec.template.spec.containers[?(@.name == "sample-spring-boot-api")].ports
          content:
            containerPort: 8080
            name: http
      - notContains:
          path: spec.template.spec.containers[?(@.name == "sample-spring-boot-api")].ports
          content:
            containerPort: 80
      - isNotEmpty:
          path: spec.template.spec.containers[?(@.name == "sample-spring-boot-api")].livenessProbe
      - isNotEmpty:
          path: spec.template.spec.containers[?(@.name == "sample-spring-boot-api")].readinessProbe
      - isKind:
          of: Deployment
      - isAPIVersion:
          of: apps/v1

现在，可以通过在项目根目录下执行以下命令来在本地验证测试：

$ helm unittest charts/*

目前，charts目录中只有一个 Chart。假设我们有很多，它会运行所有 Chart 的测试。这是得到的结果：

如果在测试中改变了一些东西来破坏它。现在，结果将如下所示：

CircleCI 中的 Helm Chart 发布管道

一旦我们创建了 Chart 和测试，我们就可以继续进行交付管道。在 CircleCI 管道中，不仅要执行与之前相同的步骤，还需要包括一个发布部分。

首先，将使用 GitHub Releases 和 GitHub Pages 来发布和托管 Chart。为了简化流程，我们可能会使用一个专门用于发布 Helm Chart 的工具：Chart Releaser^[5]。

我们还需要创建一个个人令牌以传递给 Helm Chart Release 工作流程。访问 Settings > Developer Settings > Personal Access Token。使用repo范围的权限生成个人令牌。然后，应该将这个标记放入 CircleCI 上下文中。您可以为上下文选择任何名称，但环境变量的名称必须是CR_TOKEN，Chart Releaser 需要该名称。我的上下文的名称是GitHub.

以下是需要在管道中执行的步骤列表：

helm在机器上安装 CLI（我们将使用cimg/base镜像作为测试执行器）
安装 Helm unit-test插件
运行单元测试
只有当我们在master分支中进行更改时，才会进行发布部分。第一步，需要用helm package命令打包 Chart
安装 Chart Releaser
使用 Chart Releaser 的upload命令在 GitHub 中发布 Chart
生成 Chart index.yaml 并将其发布到 GitHub Pages

现在让我们定义的 CircleCI 管道。首先，需要在存储库根目录中创建.circleci目录并将config.yml文件放在那里。我们可以使用helm orb 来简化 helm CLI 安装的过程。一旦我们安装了 helm CLI，我们就可以安装unit-test插件并运行单元测试。然后我们定义一个过滤master分支的规则。如果更改被推送到master分支，我们将 Chart 打包为 TAR 存档并将其放在.deploy目录中。然后我们安装 Chart Releaser 并创建一个 GitHub release。在最后一步中，我们使用 Chart Releaser 生成 index.yaml 文件并将其提交到gh-pages分支。

version: 2.1

orbs:
  helm: circleci/helm@2.0.1 # (1)

jobs:
  build:
    docker:
      - image: cimg/base:2023.02
    steps:
      - checkout
      - helm/install-helm-client # (2)
      - run:
          name: Install Helm unit-test
          command: helm plugin install https://github.com/helm-unittest/helm-unittest
      - run: # (3)
          name: Run unit tests
          command: helm unittest charts/*
      - when:
          condition: # (4)
            equal: [ master, << pipeline.git.branch >> ]
          steps:
            - run:
                name: Package chart # (5)
                command: helm package charts/* -d .deploy
            - run:
                name: Install chart releaser
                command: |
                  curl -L -o /tmp/cr.tgz https://github.com/helm/chart-releaser/releases/download/v1.5.0/chart-releaser_1.5.0_linux_amd64.tar.gz
                  tar -xv -C /tmp -f /tmp/cr.tgz
                  mv /tmp/cr ~/bin/cr
            - run:
                name: Release chart # (6)
                command: cr upload -o piomin -r helm-charts -p .deploy
            - run:
                name: Create index on GitHub pages # (7)
                command: |
                  git config user.email "job@circleci.com"
                  git config user.name "CircleCI"
                  git checkout --orphan gh-pages
                  cr index -i ./index.yaml -p .deploy -o piomin -r helm-charts
                  git add index.yaml
                  git commit -m "New release"
                  git push --set-upstream --force origin gh-pages

workflows:
  helm_test:
    jobs:
      - build:
          context: GitHub

执行 Helm Chart 发布管道

一旦我们将更改推送到helm-charts存储库，管道就会启动。如您所见，管道成功完成。我们正在发布0.3.5 Chart 版本。

让我们看看 GitHub 发布的列表。如您所见，该0.3.5版本已经发布。

如何访问 Helm 存储库。为了检查它，请转到存储库Settings > Pages。该存储库的 GitHub 页面地址是 Helm 存储库的地址。在那里发布index.yaml，内容包含了存储库中 Chart 定义的文件。如您所见，Helm 存储库的地址是piomin.github.io/helm-charts：

我们可以通过调用https://piomin.github.io/helm-charts/index.yaml URL 来查看index.yaml文件的结构。这是当前发布版本的index.yaml片段。

apiVersion: v1
entries:
  spring-boot-api-app:
  - apiVersion: v2
    appVersion: 1.0.0
    created: "2023-02-28T13:06:28.835693321Z"
    description: A Helm chart for Kubernetes
    digest: b308cbdf9f93f79baf5b39de8a7c509834d7b858f33d79d0c76b528e0cd7ca11
    name: spring-boot-api-app
    type: application
    urls:
    - https://github.com/piomin/helm-charts/releases/download/spring-boot-api-app-0.3.5/spring-boot-api-app-0.3.5.tgz
    version: 0.3.5

假设我们想要使用 Helm Chart，可以轻松访问它。首先，使用 CLI 添加 Helm 存储库：

$ helm repo add piomin https://piomin.github.io/helm-charts/

然后，可以验证存储库中存在的 Helm Chart 列表：

$ helm search repo piomin
NAME                            CHART VERSION   APP VERSION     DESCRIPTION
piomin/spring-boot-api-app      0.3.5           1.0.0           A Helm chart for Kubernetes

将 Helm Chart 发布到 Artifact Hub

为了在 Artifact Hub 上发布您的 Helm 存储库和 Chart，您需要转到该artifacthub 站点^[6]并创建一个帐户。完成后，只需单击按钮即可添加新存储库。然后你只需要选择你的 repo 的名称并输入正确的地址。

现在，我们可以在包列表中找到我们的spring-boot-api-app Chart。

可以看到它的细节。值得在README.md文件中发布一些说明文字。完成后，您可以在 Artifact Hub 的 Chart 详细信息中查看它。

最后，我们可以轻松地使用 Chart 部署 Spring Boot 应用程序，例如使用 Argo CD。

- END -

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