kubeedge架构解读：云原生的边缘计算平台-4008云顶国际网站

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。

1、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

…

2、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

3、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

4、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

2、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

3、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