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Helm、HPA 与 Rancher：Kubernetes（十）生态核心工具详解

news 2025/10/21 7:47:02

一、Helm：Kubernetes 包管理利器

1.1 Helm 概述

Helm 是 Kubernetes 的官方包管理工具，类似于传统 Linux 系统中的 YUM 或 APT。它通过打包的方式简化了 Kubernetes 应用的部署和管理，支持版本控制和动态配置。

核心价值：

简化微服务化项目的容器部署和管理
支持应用发布的版本控制
提供模板化配置，动态生成 K8s 资源清单

1.2 Helm 核心概念

概念	说明	类比
Chart	Helm 软件包（TAR 格式），包含一组 K8s 资源 YAML 文件	类似于 RPM/DEB 包
Repository	Chart 仓库，Web 服务器存储 Chart 包	类似 YUM 源
Release	使用 Chart 在集群中部署的应用实例	应用程序的版本实例

1.3 Helm 版本演进

Helm2（C/S 架构）：

客户端：helm
服务端：Tiller（部署在 kube-system 命名空间）
安全隐患：Tiller 通常拥有集群所有权限

Helm3（重大改进）：

移除 Tiller 组件
类似 kubectl，直接使用 kubeconfig 文件权限
提升安全性和简化架构

1.4 Helm 实战部署

安装配置

# 下载并安装 Helm
wget https://github.com/helm/helm/tags
tar -zxvf helm-v3.6.0-linux-amd64.tar.gz
mv linux-amd64/helm /usr/local/bin/helm# 启用命令补全
source <(helm completion bash)

仓库管理

# 添加常用仓库
helm repo add bitnami https://charts.bitnami.com/bitnami
helm repo add stable http://mirror.azure.cn/kubernetes/charts# 更新和查看
helm repo update
helm repo list# 搜索 Chart
helm search repo stable

应用部署示例

# 安装 Redis
helm install my-redis bitnami/redis -n default# 查看发布状态
helm list
helm status my-redis# 卸载发布
helm uninstall my-redis

1.5 自定义 Chart 开发

Chart 目录结构

nginx/
├── Chart.yaml          # Chart 元数据
├── values.yaml         # 配置值文件
└── templates/          # 模板目录├── deployment.yaml├── service.yaml├── ingress.yaml└── _helpers.tpl    # 模板助手

自定义部署流程

# 创建 Chart
helm create nginx# 修改配置
vim nginx/values.yaml
# 调整镜像、副本数、服务类型等参数# 打包和验证
helm lint nginx
helm package nginx# 部署测试
helm install nginx ./nginx --dry-run --debug
helm install nginx ./nginx -n default

升级与回滚

# 应用升级
helm upgrade nginx nginx# 查看历史
helm history nginx# 版本回滚
helm rollback nginx 1

1.6 Harbor 作为 Helm 仓库

# 安装 push 插件
helm plugin install https://github.com/chartmuseum/helm-push# 添加 Harbor 仓库
helm repo add harbor http://192.168.10.19/chartrepo/chart_repo# 推送 Chart
helm push nginx harbor

二、HPA：自动弹性伸缩

2.1 HPA 工作原理

HPA（Horizontal Pod Autoscaling）基于资源利用率自动调整 Pod 副本数量，实现应用的水平扩展。

监控机制：

周期性检测 Pod CPU 使用率（默认30秒）
通过 metrics-server 获取资源度量数据
动态调整 Replication Controller/Deployment 的 Pod 数量

2.2 部署 metrics-server

# 加载镜像
docker load -i metrics-server.tar# Helm 部署
helm repo add stable https://charts.helm.sh/stable
helm install metrics-server stable/metrics-server -n kube-system -f metrics-server.yaml

2.3 HPA 实战演示

# hpa-pod.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: php-apache
spec:replicas: 1template:spec:containers:- name: php-apacheimage: gcr.io/google_containers/hpa-exampleresources:requests:cpu: 200m

# 创建 HPA 控制器
kubectl autoscale deployment php-apache --cpu-percent=50 --min=1 --max=10# 压力测试
kubectl run -it load-generator --image=busybox /bin/sh
# 在容器内执行：while true; do wget -q -O- http://php-apache; done# 监控扩展过程
kubectl get hpa -w

2.4 资源限制策略

Pod 级别限制

resources:limits:cpu: "2"memory: 1Girequests:cpu: 250mmemory: 250Mi

命名空间级别配额

apiVersion: v1
kind: ResourceQuota
metadata:name: compute-resources
spec:hard:pods: "20"requests.cpu: "2"requests.memory: 1Gilimits.cpu: "4"limits.memory: 2Gi

三、Rancher：多集群管理平台

3.1 Rancher 简介

Rancher 是企业级多集群 Kubernetes 管理平台，支持混合云环境的集中管理。

核心特性：

简化 K8s 集群部署和管理
提供直观的 Web UI 界面
支持多集群统一管理
内置监控和告警功能

3.2 Rancher 部署

# 运行 Rancher 容器
docker run -d --restart=unless-stopped \-p 80:80 -p 443:443 \--privileged \--name rancher \rancher/rancher:v2.5.7

3.3 集群管理流程

访问 Web 界面：http://192.168.10.23
导入现有集群：通过令牌方式接入已存在的 K8s 集群
执行导入命令：

curl --insecure -sfL https://192.168.10.23/v3/import/xxx.yaml | kubectl apply -f -

3.4 Rancher 应用管理示例

创建命名空间

名称：dev
描述：开发环境

部署应用

# 通过 UI 创建 Deployment
Namespace: dev
Name: nginx-dev
Replicas: 3
Container Image: nginx:1.14
Labels: app=nginx

创建服务

# NodePort 服务配置
Service Type: NodePort
Namespace: dev  
Name: nginx-dev
Port: 80 → 80
Node Port: 30180
Selector: app=nginx

四、总结对比

4.1 工具定位对比

工具	主要功能	适用场景
Helm	K8s 应用包管理	应用打包、版本管理、模板化部署
HPA	自动弹性伸缩	应对流量波动、资源优化
Rancher	多集群管理平台	企业级管理、简化运维、可视化