边缘计算架构_KubeEdge架构解读：云原生的边缘计算平台
KubeEdge即Kube+Edge，顾名思义就是依托K8s的容器编排能力和调度能力，实现云边协同、计算下沉、海量设备的平滑接入。本篇文章将从KubeEdge架构设计理念、KubeEdge代码目录概览、KubeEdge集群部署三方面带大家认识KubeEdge。
KubeEdge架构设计理念
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Kubernetes的架构
这里是一个经典的K8s架构，K8s相信大家已经了解比较多了，它主要是分为控制面和数据面，而现在K8s的生态已经非常火爆了，关于应用管理和容器管理已经形成了一套标准，这里列举了它的一些优势：
只有API server可以访问etcd
组件通过 API Server 访问集群状态
API采用声明式设计
API对象彼此互补、可组合
优先使用事件监听而不是轮询
…
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基于Kubernetes构建边缘计算的优势与痛点
核心优势主要有4方面：
容器化应用封装现在已经成为应用交付的一个趋势，我可以把我的应用打包到容器里，我只打包一次，可以跑在各种地方，这种如果应用到我们IOT领域，我们传统有很多IOT嵌入式设备，它其实很多硬件和软件强相关的，如果换一个硬件，可能软件就要更改，如果说我这个容器化封装以后，设备可支持容器runtime,我可以将容器跑在任何IOT设备上。
通用应用抽象定义：K8s的API，包括development、pod现在其实在业内已经形成一套标准，大家都比较了解和认可，其实我们基于这些应用做这个平台，大家也更能容易接受。
松耦合架构：它的可扩展性比较好，比如我们基于K8s之上可以通过CRD来定义一些API，像我们通过设备管理CRD来定义一些IOT里device的一些API，到时候我们可以直接通过K8s的一些方式来管理这些设备；还有一些可扩展，比如它的CIA可以对接各种runtime,我们有些边缘节点它的资源非常有限，我们就可以对接一些轻量化的runtime。
其关键痛点有：
1)资源有限
网关设备，128MB内存
K8s集群需要至少1G内存
2)网络不畅
边缘位于私有网络，无公网IP
云边跨越公网，带宽有限，延迟高
K8s的List-watch需要数据中心网络
3)边缘如何离线自治
网络不稳，随时可能离线
边缘业务离线可工作
边缘离线可故障恢复
4)设备接入和管理
缺少边缘设备抽象
缺少边缘设备接入协议支持
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KubeEdge 架构与核心理念
我们这个架构主要是分了云、边、端三部分，云上边就是我们的控制面，边就是我们的边缘节点，端就是跑了我们的一些端侧设备，云上左边是一个K8s的master，是没有做过改动的原生的K8s控制面，后边我们加了我们的一个组件叫CloudCore，它云上的组件主要是会拿一些K8s控制面上的东西，通过EdgeController和DeviceController做一些处理，然后通过下边的Cloud Hub，Cloud Hub主要是跟边端通信的，边端有个EdgeHub和Cloud Hub通信，然后把数据拿下来。
边端是主要做了一个应用管理和设备管理的能力，应用管理左边会有一个Edged，右边有DeviceTwin、EventBus,分别是应用管理和设备管理，左边有个DataStore，就是我们说的本地自治的能力，比如说我们这应用或者设备的元素从云上分发下来，我们是先把它存到一个数据库里，然后再到它的Edged或者设备里边，这样就能保证云边网络断开或者边缘节点重启了以后我应用的Edged它可以从数据库里把应用源数据拿出来，这样就能保证在故障的情况下业务可以正常恢复。
核心理念：
1)云边可靠协同
双向多路复用消息通道，支持边缘节点位于私有网络
Websocket + 消息封装，大幅减少通信压力，高时延下仍可正常工作
云边消息校验，网络不稳定时不丢数据
2)边缘离线自治
节点元数据持久化，实现节点级离线自治
节点故障恢复无需List-watch，降低网络压力，快速ready
3)边缘极致轻量
重组Kubelet功能模块，极致轻量化(~70mb内存占用)
支持CRI集成Containerd、CRI-O，优化runtime资源消耗
4)边缘设备管理
云端通过Kubernetes API管理边缘Device
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KubeEdge 社区生态
KubeEdge致力于将Kubernetes的能力拓展到边缘
业界首个边缘容器平台项目
Apache 2.0协议
2019年3月捐给CNCF基金会
2020年9月晋级为孵化级托管项目
K8s IoT Edge WG参考架构
基于Kubernetes构建，100%兼容K8s API
9个特性版本，最新版本为v1.4.0
3100+ Star，810+ Fork，500+贡献者
目前成立Device/IoT与MEC两个SIG
参与社区贡献的企业包括：中国联通，ARM，中国移动，谐云，中国电信，时速云，JD.com，浙大SEL实验室，EMQ，InfoBlox，Inovex，Midokura等
KubeEdge代码目录概览
ADOPTERS就是我们社区的一些采纳者,比如说你用了KubeEdge，并且想成为参与者，建议者，你可以提一个PR，把你们写到这个ADOPTER里面去，下面的这些就是代码目录，主要就是cloud(云端)、edge(边缘端)、mappers(接入设备的mapper端)，还有OWNERS是我们项目的一些matiner，主要负责核代码，比如你对我们社区贡献比较多，我们可以把你加到OWNERS，帮我们核代码和检视代码。
KubeEdge集群部署
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KubeEdge 集群部署工具—— keadm
这个是借鉴了K8s的Kubeadm，可以一键部署KubeEdge集群，在部署KubeEdge集群时，要先装一个K8s的master，这个master用任何符合K8s的标准都可以，这个 keadm是基于K8s之上部署KubeEdge系统。
子命令参数：
init：部署云端组件
join：部署边缘端组件
gettoken：从云端获取边缘端启动凭据
reset：重置KubeEdge集群的云端和边缘端
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KubeEdge 部署 —— 云端
在已经装好的master上装我们的云端，用 init即可：
重要参数：
--kube-config：连接K8s Master的凭据
--advertise-address：签发到边缘证书里的IP地址
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KubeEdge 部署 —— 边缘端
边缘端主要用我们的join命令：
重要参数：
--token：边缘端启动时访问云端的凭据
--cloudcore-ipport：边缘端访问的云端IP地址
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附：社区贡献和技术交流地址
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网站: https://kubeedge.io
Github地址: https://github.com/kubeedge/kubeedge
Slack地址: https://kubeedge.slack.com
邮件列表: https://groups.google.com/forum/#!forum/kubeedge
每周社区例会: https://zoom.us/j/4167237304
Twitter: https://twitter.com/KubeEdge
文档地址: https://docs.kubeedge.io/en/latest/