大规模 IoT 边缘容器集群管理的几种架构-2-HashiCorp 解决方案 Nomad

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IoT 边缘计算系列文章

HashiCorp 解决方案 - Nomad + Docker

简介

Nomad: 一个简单而灵活的调度器和编排器，可在内部和云端大规模部署和管理容器和非容器化的应用程序

Nomad 使开发者能够使用声明式的基础设施即代码来部署应用程序。Nomad 使用 bin packing 来有效地安排工作并优化资源利用。

Nomad 凭借其简单性、灵活性、可扩展性和高性能与相关工具区分开来。Nomad 的协同作用和整合点 HashiCorp Terraform、Consul 和 Vault 使其特别适合轻松集成到组织的现有工作流程，最大限度地减少关键计划的上市时间。

使用 Nomad 来安排更接近用户的边缘工作负载。用 Nomad 的本地服务发现连接边缘服务。无缝地处理不稳定的 Nomad 客户端节点连接。

参考架构

当采用边缘计算/容器时，会遇到诸如管理异构设备（不同的处理器、操作系统等），资源受限的设备，以及间歇性连接。

Nomad 解决了这些挑战，使其成为一个有吸引力的边缘协调者。Nomad 客户端代理是单个二进制文件，占用空间小，资源有限消费，以及在不同类型的设备上运行的能力。另外 Nomad 支持地理位置较远的客户端，这意味着 Nomad 服务器群集不需要在客户端附近运行。

通过 Nomad 1.3，原生服务发现 (native service discovery) 简化了连接 Nomad 任务的过程，在那里你不需要使用单一的服务网格，并且不再需要管理一个单独的 Consul 集群。Nomad 的原生服务发现还消除了在每个边缘设备上安装 Consul 代理的需要。这进一步减少了 Nomad 的资源占用，因此你可以在边缘运行和支持更多的工作负载。此外，断开的客户端分配可以优雅地重新连接，处理边缘设备遇到网络延迟或临时连接损失的情况。

如下图，

本地数据中心或云，将托管 Nomad 服务器集群和一个客户端用于统一管理
边缘端运行 Nomad 客户端。

方案优点

部署容器和旧版应用程序: Nomad 作为协调程序的灵活性使组织能够在同一基础架构上同时运行容器、旧版和批处理应用程序。Nomad 为旧版应用程序带来了核心编排优势，而无需进行容器化。
简单可靠：Nomad 作为单个二进制文件运行，并且完全独立 - 将资源管理和调度结合到单个系统中。Nomad 不需要任何外部服务进行存储或协调。Nomad 自动处理应用程序、节点和驱动程序故障。Nomad 是分布式和弹性的，使用领导者选举和状态复制在发生故障时提供高可用性。
资源占用少: Nomad 客户端代理是单个二进制文件，占用空间小，资源使用少；Nomad 1.3 以上版本的 native service discovery 还消除了在每个边缘设备上安装 Consul agent 的需要。这进一步减少了 Nomad 的资源占用。
设备插件和 GPU 支持：Nomad 为 GPU 工作负载（如机器学习（ML）和人工智能（AI））提供内置支持。Nomad 使用设备插件来自动检测和利用来自硬件设备（如 GPU、FPGA 和 TPU）的资源。插件很丰富，支持：
- Docker
- Isolated Fork/Exec
- Java
- Podman
- QEMU
- Raw Fork/Exec
- containerd
- Nvidia
- USB
- ...
经过验证的可扩展性：Nomad 乐观地并发，可提高吞吐量并减少工作负载的延迟。Nomad 已被证明可以在实际生产环境中扩展到 10K +节点的集群。
HashiCorp生态系统：Nomad 与 Terraform，Consul，Vault 无缝集成，用于配置，服务发现和机密管理。满足更复杂的边缘容器管理需求。

方案缺点

不兼容 Kubernetes 生态: Nomad 是与 Kubernetes 完全不同的另一套容器编排/调度解决方案，所以不兼容 Kubernetes 生态。需要付出相关的学习成本和额外的人力成本。
管理功能较少: 也是因为不兼容 Kubernetes 生态，所以完全无法享受 Kubernetes 庞大生态带来的功能红利。管理功能相对较少。如果需要额外的自动化能力，需要集成 Terraform; 需要额外的服务发现能力，需要集成 Consul; 需要额外的机密管理能力，需要集成 Vault.
UI 简单

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参考文档

Managing Applications at the Edge with HashiCorp Nomad

三人行, 必有我师; 知识共享, 天下为公. 本文由东风微鸣技术博客 EWhisper.cn 编写.