KubeEdge邊緣自治設計原理

尹瑞星發表於2021-04-03

這一篇內容主要是KubeEdge中邊緣節點元件EdgeCore的原理介紹。

KubeEdge架構—EdgeCore

 

 上圖中深藍色的都是kubeedg自己實現的元件,亮藍色是k8s社群原生元件。這篇主要內容是黃色框框的這三個元件。有一個值得注意的是,這些藍色框的元件其實都是一個模組,都是在一個程式edgecore裡的。

Module間通訊

 

這裡Process相當於EdgeCore,是一個程式,這個程式裡面分為多個Module模組(EdgeHub、MetaManager、EdgeD)。

它們之間是通過一個BeehiveContext進行通訊的,首先模組起來之後會在BeehiveContext中進行註冊,每個模組會有一個對應的channel,這個channel是根據Modeule name放到一個map裡面。加入模組B要給模組A傳送訊息,它就會根據模組A的名字將要傳送的訊息塞到對應的channel佇列裡,模組A一直在監聽,有資料時就會去讀出來。這就是一個程式裡面Module間通訊的原理。

ModeuleContext是模組註冊相關介面

MessageContext是傳送資料相關介面,比如send(module stirng,message model.Message)函式,第一個參數列示要傳送給哪個模組,第二個message的型別和之前雲邊通訊的message是同一種,也就是說kubeedge裡面所有的通訊包括雲邊協同的通訊、程式間各個模組之間的通訊,訊息的結構都是統一的。

 

EdgeHub

edgehub是邊緣節點用來收發資料的模組,與之相對應的是雲端的cloudhub。

上行——通過EdgeHub重新整理狀態

 

 

上行的資料包括:edged管理的node、pod的狀態資訊,它先報到MetaManager這邊,MetaManager在傳到EdgeHub,經過edgehub把資料同步到雲上。這樣就實現了node、pod狀態的上報。關於裝置的資訊這篇內容不纖細展開。

下行——通過EdgeHub下發後設資料

 

這裡的MessageDispatcher的作用和雲上的有點區別:這個是分發到不同的模組,雲上是分發到不同的邊緣節點。如果是pod的後設資料,就推給metamanager->Edged去拉起相應容器;如果是裝置資訊,就推給DeviceTwin->EventBus。

 

MetaManager

 

MetaManager的作用是在EdgeHub和Edged之間做持久化,它會把原資料先持久化,注意:這裡如果持久化失敗的話,它會重新存或者傳送失敗的訊息給雲端,直到持久化成功後才會把資料傳到Edged等相應模組

EdgeD 

 

EdgeD是裁剪的輕量化kubelet,保留了應用生命週期管理的相關模組,去掉了一些不必要的東西,比如第三方儲存這些在邊緣暫時不需要的。這裡也整合了CNI/CSI/CRI,現在CNI裡的東西都放在CRI裡面去呼叫了,所以從程式碼裡面看不到CNI的東西。

MetaClient是EdgeD新加的東西,MetaClient是直接跟MetaManager通訊的,原生的kubelet裡面KubeClient是跟api-server通訊的。這裡改了以後呢EdgeD掛掉重啟之後拿到的資料是通過MetaClient到MetaManager那邊去資料庫裡去拿,原生的KubeClient會去從ApiServer裡面去拿。

 

邊緣自治原理

雲邊連線斷開

 

第一種情況是 雲邊連線斷開後,邊緣業務可穩定執行。原生k8s中斷連後,節點上的資源資訊會被排程到其他節點。

還有一種情況是雲邊連線斷開後,邊緣節點重啟。原生k8s中,kubelet拿到的資料是儲存在記憶體中的,如果連線斷開,節點重啟後,記憶體快取的東西就會丟失,服務不可恢復。在KubeEdge中,邊緣節點重啟後會從本地資料庫中拿到相應資料進行服務恢復。

管理邊緣的完整叢集

 

 

目前邊緣自治的特性只適合單節點,邊緣叢集的自治可能會在後續版本中支援,也是目前我想要做的方向。如果邊緣資源充足的話可以跑K8s叢集,如果不充足的話用KubeEdge支援的EdgeSite。

 

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