邊緣計算k8s叢集之SuperEdge
什麼是邊緣計算？
邊緣計算，是指在靠近物或資料來源頭的一側，採用網路、計算、儲存、應用核心能力為一體的開放平臺，就近提供最近端服務。其應用程式在邊緣側發起，產生更快的網路服務響應，滿足行業在實時業務、應用智慧、安全與隱私保護等方面的基本需求。邊緣計算處於物理實體和工業連線之間，或處於物理實體的頂端。而云端計算，仍然可以訪問邊緣計算的歷史資料。
邊緣計算在具有低時延、高頻寬、高可靠、海量連線、 異構匯聚和本地安全隱私保護等特點的應用場景，如智慧交通、智慧城市、智慧工廠和智慧家居等行業或領域，存在非常突出的優勢。比如在自動駕駛領域，邊緣計算是實現自動駕駛的關鍵。智慧汽車本質上可以看作是一臺車輪上的大型高功率計算機，其通過多個感測器收集資料。為了使這些車輛安全可靠地執行，這些感測器需要立即響應周圍環境，處理速度的任何滯後都可能是致命的。同時邊緣計算將更多的資料計算和儲存從“核心”下沉到“邊緣”，部署於接近資料來源的地方，一些資料不必再經過網路到達雲端處理，從而降低時延和網路負荷，也提升了資料安全性和隱私性。
什麼是SuperEdge？
SuperEdge是Kubernetes原生的開源的邊緣容器方案，它將Kubernetes強大的容器管理能力擴充套件到邊緣計算場景中，針對邊緣計算場景中常見的技術挑戰提供瞭解決方案，如：單叢集節點跨地域、雲邊網路不可靠、邊緣節點位於NAT網路等。這些能力可以讓應用很容易地部署到邊緣計算節點上，並且可靠地執行。
專案說明
專案地址：https://github.com/superedge/superedge
SuperEdge可以幫助您很方便地把分佈在各處的計算資源放到一個Kubernetes叢集中管理，包括但不限於：邊緣雲端計算資源、私有云資源、現場裝置，打造屬於您的邊緣PaaS平臺。
SuperEdge支援所有Kubernetes資源型別、API介面、使用方式、運維工具，無額外的學習成本。也相容其他雲原生專案，如：Promethues，使用者可以結合其他所需的雲原生專案一起使用。
SuperEdge專案由以下公司共同發起：騰訊、Intel、VMware、虎牙直播、寒武紀、首都線上和美團。
特點
SuperEdge具有如下特性:
- Kubernetes 原生：SuperEdge 以無侵入的方式將 Kubernetes 強大的容器編排、排程能力拓展到邊緣端，其原生支援 Kubernetes，完全相容 Kubernetes 所有 API 及資源，無額外學習成本
- 邊緣自治：SuperEdge 提供 L3 級邊緣自治能力，當邊緣節點與雲端網路連線不穩定或處於離線狀態時，邊緣節點可以自主工作，化解了網路不可靠所帶來的不利影響
- 分散式節點健康監測：SuperEdge 是業內首個提供邊緣側健康監測能力的開源容器管理系統。SuperEdge 能在邊緣側持續守護程序，並收集節點的故障資訊，實現更加快速和精準的問題發現與報告。此外，其分散式的設計還可以實現多區域、多範圍的監測和管理
- 內建邊緣編排能力：SuperEdge 能夠自動部署多區域的微服務，方便管理運行於多個地區的微服務。同時，網格內閉環服務可以有效減少執行負載，提高系統的容錯能力和可用性
- 內網穿透：SuperEdge 能夠保證 Kubernetes 節點在有無公共網路的情況下都可以連續執行和維護，並且同時支援傳輸控制協議（TCP）、超文字傳輸協議（HTTP）和超文字傳輸安全協議（HTTPS）
體系架構
使用ECK免費管理自己的邊緣節點
邊緣容器服務（Edge Cloud Kubernetes Engine，簡稱 ECK）是騰訊雲容器服務基於SuperEdge推出的用於從中心雲管理邊緣雲資源的容器系統。邊緣容器服務完全相容原生 Kubernetes、支援在同一個叢集中管理位於多個機房的節點、一鍵將應用下發到所有邊緣節點，並且具備邊緣自治和分散式健康檢查能力。
優勢
簡而言之，言而總之，最大的優勢就是開箱即用，免費託管。不過目前僅支援建立一個叢集。
ECK基於SuperEdge打造，使用ECK和容器服務託管叢集一樣，不會收取託管的 Master、Etcd 等管理方面資源的費用。
計算節點由我們自己掌握和提供，邊緣容器服務不收取額外費用。
敞開來講，他有如下優勢：
- 原生支援
邊緣容器服務緊跟社群，支援最新的 Kubernetes 版本及原生的 Kubernetes 叢集管理方式，開箱即用。
- 跨機房可用
邊緣容器服務是一種 Master 元件託管在雲端，worker 節點可位於任意地點的 Kubernetes 服務，使用者無須提供 Master 元件所需資源。
- 安全可靠
邊緣容器服務支援內外網證書分離，節點許可權最小化控制來最大限度避免叢集訪問控制權限洩露問題。雲邊通訊使用 TLS 加密，防止系統管理資料洩露或被篡改。
- 系統容災
邊緣容器服務針對雲邊通訊網路場景提供了可靠的邊緣自治能力，並且具備分散式叢集健康檢查能力，可更準確地判定 pod 遷移時機。
- 系統運維便利
藉助於騰訊多年積累的隧道技術，即使邊緣裝置不具備公網地址，管理員也可以從雲端直接登入執行在邊緣節點上的容器。
- 多雲管理
邊緣容器服務不限定計算資源。例如，公有云、私有云、騰訊雲或其他雲端計算資源。
建立邊緣叢集
叢集的建立可以參考：https://cloud.tencent.com/document/product/457/42889
值得注意的是，需開啟外網訪問。
新增節點
叢集建立完成後，我們就可以新增邊緣節點了。這裡可以新增本地的終端，也可以新增其他雲的主機，相關條件如下：
-
節點來源：可使用 雲伺服器控制檯 或 邊緣計算機器控制檯 中已有的伺服器、其他平臺或自建機房的伺服器。
-
節點處理器：支援 x86_64、ARM、ARM64。
-
支援的節點作業系統如下：
- Ubuntu 18.04/16.04
- CentOS 7.6/7.5/7.4
- Tencent Linux Release 2.4/2.2 (Final)
- SUSE Linux Enterprise Server 12 SP3
- Debian 9.0
-
請確保需新增節點已安裝
wget、systemctl及iptable。Centos 7參考安裝指令碼如下所示（自帶systemctl）：
#安裝wget yum -y install wget #安裝iptables yum install -y iptables #安裝iptables-services yum install iptables-services
-
節點網路需具備主動訪問公網能力。
準備好邊緣節點了之後，筆者推薦大家使用指令碼來新增節點，如下圖所示：
點選【下一步】，就可以獲得一段指令碼：
我們可以在自己的機器上開始操作了。在開始之前，我們需要確保該節點已安裝 wget、systemctl 及 iptable，並且最好是一臺乾淨的終端。接下來我們就可以執行安裝了：
直到：
在執行指令碼的時候，這裡可能會存在以下問題（已反饋）：
- 操作文件（https://cloud.tencent.com/document/product/457/42890）和實際操作對不上，需要將上面的edgectl指令碼開啟檢視相關邏輯進行操作：
- 其支援Install、check、clear等命令，這裡我們需要使用install命令進行安裝
- install命令有兩個引數：
- -n：節點名稱，在叢集內必須是唯一的，是必須的
- -i：節點內網通訊使用的網絡卡，可不填
- 執行成功後，會輸出上圖中的“success-message”的內容，如果執行失敗，控制檯不會返回任何內容，需要檢視上圖中的日誌檔案。
- 提示執行成功後，可能會在叢集中無法看到自己的節點，目前已確定是執行指令碼對kubelet狀態判斷邏輯有問題，在大家看到這篇教程時，應該已經修復了。
使用Kubectl管理邊緣叢集
在前面的教程我們已經詳細講述過相關的教程了，這裡就不贅述了。Kubectl的安裝和叢集連線請參考以下文件：
https://cloud.tencent.com/document/product/457/42894
新增工作負載
邊緣叢集搭建好了，我們先來執行一個Demo：
- 部署一個dotnet-samples demo程式
- 建立Service，開放埠30500（注意配置邊緣節點的防火牆）
Yaml如下所示：
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
annotations:
deployment.kubernetes.io/revision: "1"
generation: 1
labels:
k8s-app: dotnet-samples
qcloud-app: dotnet-samples
name: dotnet-samples
namespace: default
spec:
progressDeadlineSeconds: 600
replicas: 1
revisionHistoryLimit: 10
selector:
matchLabels:
k8s-app: dotnet-samples
qcloud-app: dotnet-samples
strategy:
rollingUpdate:
maxSurge: 1
maxUnavailable: 0
type: RollingUpdate
template:
metadata:
annotations:
edge.tke.cloud.tencent.com/cpu: "1"
edge.tke.cloud.tencent.com/mem: 2Gi
creationTimestamp: null
labels:
k8s-app: dotnet-samples
qcloud-app: dotnet-samples
spec:
containers:
- image: mcr.microsoft.com/dotnet/samples:aspnetapp
imagePullPolicy: IfNotPresent
name: dotnet-samples
resources:
limits:
cpu: 500m
memory: 1Gi
requests:
cpu: 250m
memory: 256Mi
securityContext:
privileged: false
terminationMessagePath: /dev/termination-log
terminationMessagePolicy: File
dnsPolicy: ClusterFirst
imagePullSecrets:
- name: qcloudregistrykey
restartPolicy: Always
schedulerName: default-scheduler
terminationGracePeriodSeconds: 30
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: dotnet-samples
namespace: default
spec:
externalTrafficPolicy: Cluster
ports:
- name: tcp-80-80
nodePort: 30500
port: 80
protocol: TCP
targetPort: 80
selector:
k8s-app: dotnet-samples
qcloud-app: dotnet-samples
sessionAffinity: None
type: NodePort
建立成功後，訪問後如下所示（注意開放埠）：
最後
在邊緣計算場景下，其實還有很多痛點，比如當一個叢集橫跨多個地域，如何控制工作負載建立的節點位置？如何對各服務流量進行管控？同時，邊緣容器分散式節點狀態判定機制也是存在特殊性的，因為邊緣弱網路會觸發 Kubernetes 驅逐機制，這可能會引起不符合預期的 Pod 驅逐動作。這些問題，大家可以參考官方幫助文件，裡面都有詳細的回答。
迴歸正題，利用邊緣叢集我們可以幹很多事情，連線和管理本地、客戶所在地、各雲廠商的機房、世界的各個終端。如何利用它搭建一個管道，鍛鍊技術，學習技術，我們下回分解。
如果在新增節點的過程中碰到問題，可以參考筆者之前的教程、部落格和書籍《Docker+Kubernetes應用開發與快速上雲》來解決問題以及檢視日誌。