一、KubeEdge介绍

KubeEdge 是一个开源的系统，可将本机容器化应用编排和管理扩展到边缘端设备。它构建在Kubernetes之上，为网络和应用程序提供核心基础架构支持，并在云端和边缘端部署应用，同步元数据。100%兼容K8S API，可以使用K8S API原语管理边缘节点和设备。KubeEdge 还支持 MQTT 协议，允许开发人员编写客户逻辑，并在边缘端启用设备通信的资源约束。

1、优势

kubernetes + 容器的组合大大提高了用户创建部署应用的效率。kubernetes 可以把 n 台主机整合成一个集群，用户在 master 节点上通过编写一个 yaml 或者 json 格式的配置文件，也可以通过命令等请求 Kubernetes API 创建应用，就直接将应用部署到集群上的各个节点上，该配置文件中还包含了用户想要应用程序保持的状态，从而生成用户想要的环境。
Kubernetes 作为容器编排的标准，自然会想把它应用到边缘计算上，即通过 kubernetes 在边缘侧部署应用，但是 kubernetes 在边缘侧部署应用时遇到了一些问题，例如：

边缘侧设备没有足够的资源运行一个完整的 Kubelet
一些边缘侧设备是 ARM 架构的，然而大部分的 Kubernetes 发行版并不支持 ARM 架构
边缘侧网络很不稳定，甚至可能完全不通，而 kubernetes 需要实时通信，无法做到离线自治
很多边缘设备都不支持TCP/IP 协议
Kubernetes 客户端（集群中的各个Node节点）是通过 list-watch 去监听 Master 节点的 apiserver 中资源的增删改查，list-watch 中的 watch 是调用资源的 watch API 监听资源变更事件，基于 HTTP 长连接实现，而维护一个 TCP 长连接开销较大。从而造成可扩展性受限。

为了解决包含但不限于以上 Kubernetes 在物联网边缘场景下的问题，从而产生了KubeEdge 。对应以上问题：

KubeEdge 保留了 Kubernetes 的管理面，重新开发了节点 agent，大幅度优化让边缘组件资源占用更低很多
KubeEdge 可以完美支持 ARM 架构和 x86 架构
KubeEdge 有离线自治功能，可以看 MetaManager 组件的介绍
KubeEdge 丰富了应用和协议支持，目前已经支持和计划支持的有：MQTT、BlueTooth、OPC UA、Modbus等。
KubeEdge 通过底层优化的多路复用消息通道优化了云边的通信的性能，可以看 EdgeHub 组件的介绍

2、介绍

2.1 应用场景、特点等

上图是华为云IEF 的应用场景，Kubeedge 就是源于这个产品，它基于 KubeEdge 和 Kubernetes 生态构建，将云原生的技术应用到边缘计算。IEF 通过纳管边缘节点，将云端AI应用、函数计算等能力下发到边缘节点（EdgeNode），将公有云能力延伸到靠近设备的一端，使得边缘节点拥有云端相同能力，能够实时处理终端设备计算需求。

KubeConShanghai2018——KubeEdge开源首秀
KubeEdge 向左，K3S 向右
KubeEdge实现原理

2.2 架构

KubeEdge 由以下组件构成:

2.1.1 云边通信

CloudHub: CloudHub 是一个 Web Socket 服务端，用于大量的 edge 端基于 websocket 或者 quic 协议连接上来。负责监听云端的变化, 缓存并发送消息到 EdgeHub。
EdgeHub: 是一个 Web Socket 客户端，负责将接收到的信息转发到各edge端的模块处理；同时将来自个edge端模块的消息通过隧道发送到cloud端。提供可靠和高效的云边信息同步。

如何配置通信协议

2.1.2 云上部分

EdgeController: 用于控制 Kubernetes API Server 与边缘的节点、应用和配置的状态同步。
DeviceController: DeviceController 是一个扩展的 Kubernetes 控制器，管理边缘设备，确保设备信息、设备状态的云边同步。

2.1.3 边缘部分

MetaManager: MetaManager 模块后端对应一个本地的数据库（sqlLite），所有其他模块需要与 cloud 端通信的内容都会被保存到本地 DB 种一份，当需要查询数据时，如果本地 DB 中存在该数据，就会从本地获取，这样就避免了与 cloud 端之间频繁的网络交互；同时，在网络中断的情况下，本地的缓存的数据也能够保障其稳定运行（比如你的智能汽车进入到没有无线信号的隧道中），在通信恢复之后，重新同步数据。是边缘节点自治能力的关键；
Edged: 是运行在边缘节点的代理，用于管理容器化的应用程序。算是个重新开发的轻量化 Kubelet，实现 Pod，Volume，Node 等 Kubernetes 资源对象的生命周期管理
EventBus: EventBus 是一个与 MQTT 服务器（mosquitto）交互的 MQTT 客户端，为其他组件提供订阅和发布功能。
ServiceBus: ServiceBus是一个运行在边缘的HTTP客户端，接受来自云上服务的请求，与运行在边缘端的HTTP服务器交互，提供了云上服务通过HTTP协议访问边缘端HTTP服务器的能力。
DeviceTwin: DeviceTwin 负责存储设备状态并将设备状态同步到云，它还为应用程序提供查询接口。

二、kubEedge部署

1、先决条件

1.1 修改节点名称

hostnamectl set-hostname master

1.2 安装 docker

#关闭防火墙和selinux
systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld
setenforce 0
sed -i 's/^SELINUX=enforcing$/SELINUX=permissive/' /etc/selinux/config
#关闭swap
swapoff -a
yes | cp /etc/fstab /etc/fstab_bak
cat /etc/fstab_bak |grep -v swap > /etc/fstab

yum install yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2

### Add Docker repository.
yum-config-manager \
  --add-repo \
  http://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo

## Install Docker CE.
yum update && yum install docker-ce-18.06.2.ce

## Create /etc/docker directory.
mkdir /etc/docker

# Setup daemon.
cat > /etc/docker/daemon.json <

 
 1.3 安装 kubeadm/kubectl 
 cat < /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo
[kubernetes]
name=Kubernetes
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64/
enabled=1
gpgcheck=1
repo_gpgcheck=1
gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/yum-key.gpg https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/rpm-package-key.gpg
EOF

yum install -y kubelet-1.15.0 kubeadm-1.15.0 kubectl-1.15.0

systemctl enable kubelet && systemctl start kubelet
 
 1.4 初始化 Kubernetes 
 kubeadm init \
    --image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers \
    --kubernetes-version $(kubeadm version -o short) \
    --pod-network-cidr=10.244.0.0/16
 
 初始化命令说明 
  
  集群初始化如果遇到问题，可以使用kubeadm reset命令进行清理然后重新执行初始化。 
  
 mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
 
 安装Pod网络插件(CNI) 
 kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
 
 在完成 Kubernetes master 的初始化后， 我们需要暴露 Kubernetes apiserver 的 http 端口8080用于与 cloudcore/kubectl 交互。请按照以下步骤在 Kubernetes apiserver 中启用 http 端口。这样可以在边缘节点执行 kubectl get nodes -s 192.169.0.10:8080等命令，就像在 master 节点上一样。 
 vi /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml
# Add the following flags in spec: containers: -command section
- --insecure-port=8080
- --insecure-bind-address=0.0.0.0
 
 1.5 克隆KubeEdge 
 git clone https://github.com/kubeedge/kubeedge.git $GOPATH/src/github.com/kubeedge/kubeedge
cd $GOPATH/src/github.com/kubeedge/kubeedge
git checkout -b v1.0.0 v1.0.0
 
 1.6 配置MQTT模式 
 KubeEdge 的边缘部分在 deviceTwin 和设备之间使用 MQTT 进行通信。KubeEdge 支持3个 MQTT 模式： 
  
  internalMqttMode: 启用内部 mqtt 代理。 
  bothMqttMode: 同时启用内部和外部代理。 
  externalMqttMode: 仅启用外部代理。 
  
 可以使用 kubeedge/edge/conf/edge.yaml 中的 mode 字段去配置期望的模式。 
 使用 KubeEdge 的 mqtt 内部或外部模式，您都需要确保在边缘节点上安装 mosquitto 或 emqx edge 作为 MQTT Broker。 
 1.7 生成证书 
 KubeEdge 在云和边缘之间基于证书进行身份验证/授权。证书可以使用 openssl 生成。请按照以下步骤生成证书。 
 $GOPATH/src/github.com/kubeedge/kubeedge/build/tools/certgen.sh genCertAndKey edge
 
 证书和密钥会分别自动生成在/etc/kubeedge/ca 和 /etc/kubeedge/certs 目录下。 
 2、运行KubeEdge 
 2.1 运行Cloud 
 2.1.1 以二进制文件方式运行 
  
  构建 Cloud cd $GOPATH/src/github.com/kubeedge/kubeedge/cloud
make # or `make cloudcore`
  
  修改 $GOPATH/src/github.com/kubeedge/kubeedge/cloud/conf/controller.yaml 配置文件，将 cloudhub.ca、cloudhub.cert、cloudhub.key修改为生成的证书路径
 　
 
    
     
       
      
     
     
   
  
  
  
  移除$GOPATH/src/github.com/kubeedge/kubeedge/cloud/conf/modules.yaml中的模块 devicecontroller，以免产生不必要的日志 
  创建 device model 和 device CRDs（可以不管） cd $GOPATH/src/github.com/kubeedge/kubeedge/build/crds/devices
kubectl create -f devices_v1alpha1_devicemodel.yaml
kubectl create -f devices_v1alpha1_device.yaml
  
  运行二进制文件 cd $GOPATH/src/github.com/kubeedge/kubeedge/cloud
# run edge controller
# `conf/` should be in the same directory as the cloned KubeEdge repository
# verify the configurations before running cloud(cloudcore)
./edgecontroller
  
  
 2.1.2 以 k8s deployment 方式运行 
 2.2 部署 Edge node 
 我们提供了一个示例 node.json 来在 Kubernetes 中添加一个节点。
 请确保在 Kubernetes 中添加了边缘节点 edge-node。运行以下步骤以添加边缘节点 edge-node。 
  
  编辑 $GOPATH/src/github.com/kubeedge/kubeedge/build/node.json 文件，将 metadata.name 修改为edge node name 
  部署node kubectl apply -f $GOPATH/src/github.com/kubeedge/kubeedge/build/node.json
  
  
  
  将证书文件传输到edge node scp -r /etc/kubeedge/ca [email protected]:/etc/kubeedge
scp -r /etc/kubeedge/certs [email protected]:/etc/kubeedge
  
  
 2.3 运行Edge 
 2.3.1 以二进制文件方式运行 
  
   构建 Edge
 cd $GOPATH/src/github.com/kubeedge/kubeedge/edge
make # or `make edgecore`
 KubeEdge 可以跨平台编译，运行在基于ARM的处理器上。
 请点击 Cross Compilation 获得相关说明。
  
   修改$GOPATH/src/github.com/kubeedge/kubeedge/edge/conf/edge.yaml配置文件 
    
    将 edgehub.websocket.certfile 和 edgehub.websocket.keyfile 替换为自己的证书路径 
    将 edgehub.websocket.url 中的 0.0.0.0 修改为 master node 的IP 
    用 edge node name 替换 yaml文件中的 fb4eb70-2783-42b8-b3f-63e2fd6d242e  
   
  
   运行二进制文件
 # run mosquitto
mosquitto -d -p 1883
# or run emqx edge
# emqx start

# run edgecore
# `conf/` should be in the same directory as the cloned KubeEdge repository
# verify the configurations before running edge(edgecore)
./edge_core
# or
nohup ./edgecore > edgecore.log 2>&1 &
 请使用具有root权限的用户运行 edge。
  
  
 2.3.2 以容器方式运行 
  
   拉出 Edgecore 的 docker 镜像（本文使用的镜像是从release-1.0创建的）。
 docker pull kubeedge/edgecore:v1.0.0
docker tag kubeedge/edgecore:v1.0.0 kubeedge/edgecore:latest
  
   使用容器部署 kubeedge 的边缘节点： 
    
     cloudhub中0.0.0.0替换为运行云组件的 ip  
     edgename为创建的节点名称 
     containername为创建的容器名 
   
 cd $GOPATH/src/github.com/kubeedge/kubeedge/build/edge
#检查容器运行环境
./run_daemon.sh prepare

./run_daemon.sh only_run_edge mqtt=0.0.0.0:1883 \
cloudhub=192.169.0.10:10000 \
edgename=edge-node3 \
image="kubeedge/edgecore:latest" \
containername=edge-node3
  
  
 2.3.3 以 k8s deployment 方式运行 
 2.4 检查状态 
 在 Cloud 和 Edge 被启动之后，通过如下的命令去检查边缘节点的状态。 
 kubectl get nodes
 
 请确保您创建的边缘节点状态是 ready。 
 三、部署应用 
 像使用普通k8s一样部署你的应用到edge节点
 示例： 
 kubectl apply -f $GOPATH/src/github.com/kubeedge/kubeedge/build/deployment.yaml
 
 提示： 目前对于边缘端，必须在 Pod 配置中使用 hostPort，不然 Pod 会一直处于 ContainerCreating 状态。 hostPort 必须等于 containerPort 而且不能为 0。 
 然后可以使用下面的命令检查应用程序是否正常运行。 
 kubectl get pods

KubeEdge详解

一、KubeEdge介绍

1、优势

2、介绍

2.1 应用场景、特点等

2.2 架构

2.1.1 云边通信

2.1.2 云上部分

2.1.3 边缘部分

二、kubEedge部署

1、先决条件

1.1 修改节点名称

1.2 安装 docker

1.3 安装 kubeadm/kubectl

1.4 初始化 Kubernetes

1.5 克隆KubeEdge

1.6 配置MQTT模式

1.7 生成证书

2、运行KubeEdge

2.1 运行Cloud

2.1.1 以二进制文件方式运行

2.1.2 以 k8s deployment 方式运行

2.2 部署 Edge node

2.3 运行Edge

2.3.1 以二进制文件方式运行

2.3.2 以容器方式运行

2.3.3 以 k8s deployment 方式运行

2.4 检查状态

三、部署应用

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