Quản lý package trong Kubernetes với Helm [Kỳ 1]

1. Helm là gì?

Deploy một ứng dụng lên Kubernetes cluster - đặc biệt là các ứng dụng phức tạp - đòi hỏi việc tạo một loạt các resource của ứng dụng đó, ví dụ như Pod, Service, Deployment, ReplicaSet ... . Mỗi resource lại yêu chúng ta phải viết một file YAML chi tiết cho nó để deploy. Điều đó dẫn đến các thao tác CRUD trên một loạt các resource này trở nên phức tạp, mất thời gian, dễ bị bỏ sót và gặp vấn đề về tái sử dụng hay chia sẻ cho người khác.

Như Ubuntu có apt, Centos có yum, tương tự Helm đóng vai trò là một Package Manager cho Kubernetes. Việc cài đặt các resource Kubernetes sẽ được thông qua và quản lý trên Helm.

Hiện tại Helm là project chính thức của hệ sinh thái Kubernetes và được quản lý bởi Cloud Native Computing Foundation.

Nội dung của blog này đưa ra cái nhìn tổng quan và các lớp trừu tượng của Helm trong việc đơn giản hóa các thao tác deploy trên Kubernetes. Yêu cầu của bài blog này là bạn phải có kiến thức nền Kubernetes, chi tiết trong bài blog sau: https://blog.vietnamlab.vn/2018/09/25/nhap-mon-kubernetes-gioi-thieu-rerial-kubernetes/

2. Các chứng năng của Helm

Hầu hết các ngôn ngữ lập trình và hệ điều hành đều có package manager riêng để đơn giản hóa việc cài đặt và bảo trì các gói phần mềm. Helm trên Kubernetes cluster cũng tương tự như vậy, nó cung cấp một số tính năng cơ bản mà một package manager cần phải có như sau:

• Cài đặt các resource và tự động cài đặt các resource phụ thuộc.
• Update và rollback các resource đã release.
• Cấu hình.
• Kéo các package từ các repository

3. Concept và kiến trúc

Trước hết ta cần phải biết qua 3 concept chính của Helm

• Chart: là một cây thông tin cần cần thiết để mô tả một ứng dụng chạy trên Kubernetes cluster.
• Config: chứa các thông tin cấu hình khi kết hợp với Chart tạo thành một đối tượng có thể release - phát hành hay cài đặt - trên Kubernetes.
• Release: là một "running instance" của Chart kết hợp với Config.

Để cho dễ hiểu chúng ta có thể xem Chart như một Class trong lập trình hướng đối tượng, Config là các biến truyền vào consturctor của Class và Release là một đối tượng của Class.

Các chứng năng của Helm được thực hiện thông qua thành phần như sau:

Helm Client: là một command-line client chịu trách nhiệm cho việc:

• Tạo chart ở local.
• Quản lý các repository.
• Tương tác với Tilter server.
  • Gửi chart để cài đặt
  • Truy vấn thông tin của các release.
  • Gửi yêu cầu upgrade hay uninstall các release đã cài.

Tilter server: là một server nằm trong Kubernetes cluster tương tác với Helm Client và là một interface đến các Kubernetes API. Server này chịu trách nhiệm cho việc:

• Lắng nghe các request từ Helm Client.
• Kết hợp Chart và Config để tạo nên một Release.
• Cài đặt các Chart vào Kubernetes cluster, và theo dõi các Release tiếp theo.
• Upgrade và Uninstall các Chart bằng các tương tác với Kubernetes cluster.

Tóm lại là Helm client chịu trách nhiệm quản lý các Chart, còn Tilter server chịu trách nhiệm quản lý các Release.

Helm Charts: chart repository chính thức của Helm chứa hầu hết các chart được tạo sẵn dành cho các project open-source phổ biến.
https://github.com/helm/charts

Tiếp theo chúng ta sẽ đi vào chi tiết hơn các concept chính của Helm.

4. Chart

Chart là một cây thông tin cho các package, nó bao gồm một vài YAML file dành cho việc định nghĩa chart và một số template file dành cho việc tạo các file manifest trong Kubernetes theo một số config riêng biệt. Sau đây là một Chart cơ bản:

.
+-- package-name/
|   +-- charts/
|   +-- templates/
|   +-- Chart.yaml
|   +-- LICENSE
|   +-- README.md
|   +-- requirements.yaml
|   +-- values.yaml

Vai trò của các file và thư mục như sau:

• charts/: những chart phụ thuộc có thể để vào đây tuy nhiên vẫn nên dùng requirements.yaml để link các chart phụ thuộc linh động hơn.
• templates/: chứa những template file để khi kết hợp với các biến config (từ values.yaml và command-line) tạo thành các manifest file cho Kubernetes. Lưu ý: template file sử dụng format của ngôn ngữ lập trình Go.
• Chart.yaml/: yaml file chứa các thông tin liên quan đến định nghĩa Chart như tên, version, ...
• LICENSE/: license cho việc sử dụng Chart.
• README.md/: miêu tả thông tin và cách sử dụng Chart tương tự README.md trong các project trên Github.
• requirements.yaml/: yaml file chứa danh sách các link của các chart phụ thuộc.
• values.yaml/: yaml file chứa các biến config mặc định cho Chart.

Chúng ta có thể tạo và cài đặt Chart ở local, hoặc sử dụng Chart của người khác bằng cách chia sẻ nguyên folder Chart hoặc kéo từ các repository.

Việc tìm hiểu cấu trúc của một Chart rất hữu ích cho việc tự tạo Chart và customize Chart từ repository.

5. Config

Các config mặc định của một Chart nằm ở values.yaml. Khi sử dụng Chart chúng ta sẽ có nhu cầu thay đổi và ghi đè các config theo ý muốn của chúng ta.

Các config của một Chart có thể được thay đổi thông qua command-line flag hoặc bằng cách tạo ra file config.yaml nằm ngoài thư mục Chart. Khi đó các biến của config.yaml sẽ ghi đè lên values.yaml.

6. Release

Khi cài đặt Chart, Helm kết hợp các template file của Chart với các config (mặc định hoặc user ghi đè lên) để tạo nên các manifest file được deploy thông qua Kubernetes API. Khi đó một Release sẽ được tạo ra, đây là một "running instance" của Chart trên Kubernetes cluster.

Việc chia ra các Release rất hữu ích khi chúng ta muốn deploy hàng loạt các ứng dụng cùng loại trên cùng một cluster. Ví dụ như chúng ta muốn tạo nên nhiều MySQL servers với các config khác nhau. Khi đó các Release sẽ giúp deploy nhanh chóng và giúp ta tránh việc xung đột các metadata của các resource (điển hình nhất là việc đặt tên). Việc upgrade/rollback hay uninstall từng Release cũng dễ dàng khi thông tin từng Release được lưu cụ thể.

7. Tổng kết

Thông qua bài blog này chúng ta đã có được cái nhìn tổng quan về Helm và các concept chính của nó. Việc hiểu sơ qua các kiến trúc và concept của nó rất hữu ích khi chúng ta muốn tự tạo Chart của riêng mình và customize Chart của người khác. Trong quá trình cài đặt và sử dụng Helm có thể gặp một số lỗi thì thông qua hiểu biết sơ về kiến trúc giúp ta debug dễ dàng hơn: ví dụ như khi gặp lỗi liên quan đến tạo release ta có thể đọc log của Tilter server hoặc exec thẳng vào container để xem.

Các Blog của kỳ sau sẽ đi vào chi tiết hơn về việc cài đặt, xử lý một số lỗi thường gặp với Helm, kéo Chart từ repository, tạo Chart và customize Chart.