摘要：本篇文章將從KubeEdge架構設計理念、KubeEdge代碼目錄概覽、KubeEdge集羣部署三方面帶你們認識KubeEdge。
KubeEdge即Kube+Edge，顧名思義就是依託K8s的容器編排能力和調度能力，實現雲邊協同、計算下沉、海量設備的平滑接入。本篇文章將從KubeEdge架構設計理念、KubeEdge代碼目錄概覽、KubeEdge集羣部署三方面帶你們認識KubeEdge。數據庫
KubeEdge架構設計理念
一、Kubernetes的架構
這裏是一個經典的K8s架構，K8s相信你們已經瞭解比較多了，它主要是分爲控制面和數據面，而如今K8s的生態已經很是火爆了，關於應用管理和容器管理已經造成了一套標準，這裏列舉了它的一些優點：網絡
- 只有API server能夠訪問etcd
- 組件經過 API Server 訪問集羣狀態
- API採用聲明式設計
- API對象彼此互補、可組合
- 優先使用事件監聽而不是輪詢
- …
二、基於Kubernetes構建邊緣計算的優點與痛點
核心優點主要有4方面：架構
容器化應用封裝如今已經成爲應用交付的一個趨勢，我能夠把個人應用打包到容器裏，我只打包一次，能夠跑在各類地方，這種若是應用到咱們IOT領域，咱們傳統有不少IOT嵌入式設備，它其實不少硬件和軟件強相關的，若是換一個硬件，可能軟件就要更改，若是說我這個容器化封裝之後，設備可支持容器runtime,我能夠將容器跑在任何IOT設備上。app
通用應用抽象定義：K8s的API，包括development、pod如今其實在業內已經造成一套標準，你們都比較瞭解和承認，其實咱們基於這些應用作這個平臺，你們也更能容易接受。socket
鬆耦合架構：它的可擴展性比較好，好比咱們基於K8s之上能夠經過CRD來定義一些API，像咱們經過設備管理CRD來定義一些IOT裏device的一些API，到時候咱們能夠直接經過K8s的一些方式來管理這些設備；還有一些可擴展，好比它的CIA能夠對接各類runtime,咱們有些邊緣節點它的資源很是有限，咱們就能夠對接一些輕量化的runtime。工具
其關鍵痛點有：優化
1）資源有限url
網關設備，128MB內存spa
K8s集羣須要至少1G內存.net
2）網絡不順暢
邊緣位於私有網絡，無公網IP
雲邊跨越公網，帶寬有限，延遲高
K8s的List-watch須要數據中心網絡
3）邊緣如何離線自治
網絡不穩，隨時可能離線
邊緣業務離線可工做
邊緣離線可故障恢復
4）設備接入和管理
缺乏邊緣設備抽象
缺乏邊緣設備接入協議支持
三、KubeEdge 架構與核心理念
咱們這個架構主要是分了雲、邊、端三部分，雲上邊就是咱們的控制面，邊就是咱們的邊緣節點，端就是跑了咱們的一些端側設備，雲上左邊是一個K8s的master，是沒有作過改動的原生的K8s控制面，後邊咱們加了咱們的一個組件叫CloudCore，它雲上的組件主要是會拿一些K8s控制面上的東西，經過EdgeController和DeviceController作一些處理，而後經過下邊的Cloud Hub，Cloud Hub主要是跟邊端通訊的，邊端有個EdgeHub和Cloud Hub通訊，而後把數據拿下來。
邊端是主要作了一個應用管理和設備管理的能力，應用管理左邊會有一個Edged，右邊有DeviceTwin、EventBus,分別是應用管理和設備管理，左邊有個DataStore，就是咱們說的本地自治的能力，好比說咱們這應用或者設備的元素從雲上分發下來，咱們是先把它存到一個數據庫裏，而後再到它的Edged或者設備裏邊，這樣就能保證雲邊網絡斷開或者邊緣節點重啓了之後我應用的Edged它能夠從數據庫裏把應用源數據拿出來，這樣就能保證在故障的狀況下業務能夠正常恢復。
核心理念：
1）雲邊可靠協同
雙向多路複用消息通道，支持邊緣節點位於私有網絡
Websocket + 消息封裝，大幅減小通訊壓力，高時延下仍可正常工做
雲邊消息校驗，網絡不穩定時不丟數據
2）邊緣離線自治
節點元數據持久化，實現節點級離線自治
節點故障恢復無需List-watch，下降網絡壓力，快速ready
3）邊緣極致輕量
重組Kubelet功能模塊，極致輕量化（~70mb內存佔用）
支持CRI集成Containerd、CRI-O，優化runtime資源消耗
4）邊緣設備管理
雲端經過Kubernetes API管理邊緣Device
四、KubeEdge 社區生態
KubeEdge致力於將Kubernetes的能力拓展到邊緣
- 業界首個邊緣容器平臺項目
- Apache 2.0協議
- 2019年3月捐給CNCF基金會
- 2020年9月晉級爲孵化級託管項目
- K8s IoT Edge WG參考架構
- 基於Kubernetes構建，100%兼容K8s API
- 9個特性版本，最新版本爲v1.4.0
- 3100+ Star，810+ Fork，500+貢獻者
- 目前成立Device/IoT與MEC兩個SIG
- 參與社區貢獻的企業包括：中國聯通，ARM，中國移動，諧雲，中國電信，時速雲，http://JD.com，浙大SEL實驗室，EMQ，InfoBlox，Inovex，Midokura等
KubeEdge代碼目錄概覽
ADOPTERS就是咱們社區的一些採納者,好比說你用了KubeEdge，而且想成爲參與者，建議者，你能夠提一個PR，把大家寫到這個ADOPTER裏面去，下面的這些就是代碼目錄，主要就是cloud（雲端）、edge（邊緣端）、mappers（接入設備的mapper端），還有OWNERS是咱們項目的一些matiner，主要負責核代碼，好比你對咱們社區貢獻比較多，咱們能夠把你加到OWNERS，幫咱們核代碼和檢視代碼。
KubeEdge集羣部署
一、KubeEdge 集羣部署工具—— keadm
這個是借鑑了K8s的Kubeadm，能夠一鍵部署KubeEdge集羣，在部署KubeEdge集羣時，要先裝一個K8s的master，這個master用任何符合K8s的標準均可以，這個 keadm是基於K8s之上部署KubeEdge系統。
子命令參數：
init：部署雲端組件
join：部署邊緣端組件
gettoken：從雲端獲取邊緣端啓動憑據
reset：重置KubeEdge集羣的雲端和邊緣端
二、KubeEdge 部署 —— 雲端
在已經裝好的master上裝咱們的雲端，用 init便可：
重要參數：
--kube-config：鏈接K8s Master的憑據
--advertise-address：簽發到邊緣證書裏的IP地址
三、KubeEdge 部署 —— 邊緣端
邊緣端主要用咱們的join命令：
重要參數：
--token：邊緣端啓動時訪問雲端的憑據
--cloudcore-ipport：邊緣端訪問的雲端IP地址
本文分享自華爲雲社區《KubeEdge架構解讀：雲原生的邊緣計算平臺》，原文做者：技術火炬手。