摘要：本篇文章將從KubeEdge架構設計理念、KubeEdge代碼目錄概覽、KubeEdge集群部署三方面帶大家認識KubeEdge。
KubeEdge即Kube+Edge，顧名思義就是依托K8s的容器編排能力和調度能力，實現雲邊協同、計算下沉、海量設備的平滑接入。本篇文章將從KubeEdge架構設計理念、KubeEdge代碼目錄概覽、KubeEdge集群部署三方面帶大家認識KubeEdge。
KubeEdge架構設計理念
1、Kubernetes的架構
這里是一個經典的K8s架構，K8s相信大家已經了解比較多了，它主要是分為控制面和數據面，而現在K8s的生態已經非常火爆了，關於應用管理和容器管理已經形成了一套標准，這里列舉了它的一些優勢：
- 只有API server可以訪問etcd
- 組件通過 API Server 訪問集群狀態
- API采用聲明式設計
- API對象彼此互補、可組合
- 優先使用事件監聽而不是輪詢
- …
2、基於Kubernetes構建邊緣計算的優勢與痛點
核心優勢主要有4方面：
容器化應用封裝現在已經成為應用交付的一個趨勢，我可以把我的應用打包到容器里，我只打包一次，可以跑在各種地方，這種如果應用到我們IOT領域，我們傳統有很多IOT嵌入式設備，它其實很多硬件和軟件強相關的，如果換一個硬件，可能軟件就要更改，如果說我這個容器化封裝以后，設備可支持容器runtime,我可以將容器跑在任何IOT設備上。
通用應用抽象定義：K8s的API，包括development、pod現在其實在業內已經形成一套標准，大家都比較了解和認可，其實我們基於這些應用做這個平台，大家也更能容易接受。
松耦合架構：它的可擴展性比較好，比如我們基於K8s之上可以通過CRD來定義一些API，像我們通過設備管理CRD來定義一些IOT里device的一些API，到時候我們可以直接通過K8s的一些方式來管理這些設備；還有一些可擴展，比如它的CIA可以對接各種runtime,我們有些邊緣節點它的資源非常有限，我們就可以對接一些輕量化的runtime。
其關鍵痛點有：
1）資源有限
網關設備，128MB內存
K8s集群需要至少1G內存
2）網絡不暢
邊緣位於私有網絡，無公網IP
雲邊跨越公網，帶寬有限，延遲高
K8s的List-watch需要數據中心網絡
3）邊緣如何離線自治
網絡不穩，隨時可能離線
邊緣業務離線可工作
邊緣離線可故障恢復
4）設備接入和管理
缺少邊緣設備抽象
缺少邊緣設備接入協議支持
3、KubeEdge 架構與核心理念
我們這個架構主要是分了雲、邊、端三部分，雲上邊就是我們的控制面，邊就是我們的邊緣節點，端就是跑了我們的一些端側設備，雲上左邊是一個K8s的master，是沒有做過改動的原生的K8s控制面，后邊我們加了我們的一個組件叫CloudCore，它雲上的組件主要是會拿一些K8s控制面上的東西，通過EdgeController和DeviceController做一些處理，然后通過下邊的Cloud Hub，Cloud Hub主要是跟邊端通信的，邊端有個EdgeHub和Cloud Hub通信，然后把數據拿下來。
邊端是主要做了一個應用管理和設備管理的能力，應用管理左邊會有一個Edged，右邊有DeviceTwin、EventBus,分別是應用管理和設備管理，左邊有個DataStore，就是我們說的本地自治的能力，比如說我們這應用或者設備的元素從雲上分發下來，我們是先把它存到一個數據庫里，然后再到它的Edged或者設備里邊，這樣就能保證雲邊網絡斷開或者邊緣節點重啟了以后我應用的Edged它可以從數據庫里把應用源數據拿出來，這樣就能保證在故障的情況下業務可以正常恢復。
核心理念：
1）雲邊可靠協同
雙向多路復用消息通道，支持邊緣節點位於私有網絡
Websocket + 消息封裝，大幅減少通信壓力，高時延下仍可正常工作
雲邊消息校驗，網絡不穩定時不丟數據
2）邊緣離線自治
節點元數據持久化，實現節點級離線自治
節點故障恢復無需List-watch，降低網絡壓力，快速ready
3）邊緣極致輕量
重組Kubelet功能模塊，極致輕量化（~70mb內存占用）
支持CRI集成Containerd、CRI-O，優化runtime資源消耗
4）邊緣設備管理
雲端通過Kubernetes API管理邊緣Device
4、KubeEdge 社區生態
KubeEdge致力於將Kubernetes的能力拓展到邊緣
- 業界首個邊緣容器平台項目
- Apache 2.0協議
- 2019年3月捐給CNCF基金會
- 2020年9月晉級為孵化級托管項目
- K8s IoT Edge WG參考架構
- 基於Kubernetes構建，100%兼容K8s API
- 9個特性版本，最新版本為v1.4.0
- 3100+ Star，810+ Fork，500+貢獻者
- 目前成立Device/IoT與MEC兩個SIG
- 參與社區貢獻的企業包括：中國聯通，ARM，中國移動，諧雲，中國電信，時速雲，http://JD.com，浙大SEL實驗室，EMQ，InfoBlox，Inovex，Midokura等
KubeEdge代碼目錄概覽
ADOPTERS就是我們社區的一些采納者,比如說你用了KubeEdge，並且想成為參與者，建議者，你可以提一個PR，把你們寫到這個ADOPTER里面去，下面的這些就是代碼目錄，主要就是cloud（雲端）、edge（邊緣端）、mappers（接入設備的mapper端），還有OWNERS是我們項目的一些matiner，主要負責核代碼，比如你對我們社區貢獻比較多，我們可以把你加到OWNERS，幫我們核代碼和檢視代碼。
KubeEdge集群部署
1、KubeEdge 集群部署工具—— keadm
這個是借鑒了K8s的Kubeadm，可以一鍵部署KubeEdge集群，在部署KubeEdge集群時，要先裝一個K8s的master，這個master用任何符合K8s的標准都可以，這個 keadm是基於K8s之上部署KubeEdge系統。
子命令參數：
init：部署雲端組件
join：部署邊緣端組件
gettoken：從雲端獲取邊緣端啟動憑據
reset：重置KubeEdge集群的雲端和邊緣端
2、KubeEdge 部署 —— 雲端
在已經裝好的master上裝我們的雲端，用 init即可：
重要參數：
--kube-config：連接K8s Master的憑據
--advertise-address：簽發到邊緣證書里的IP地址
3、KubeEdge 部署 —— 邊緣端
邊緣端主要用我們的join命令：
重要參數：
--token：邊緣端啟動時訪問雲端的憑據
--cloudcore-ipport：邊緣端訪問的雲端IP地址
本文分享自華為雲社區《KubeEdge架構解讀：雲原生的邊緣計算平台》，原文作者：技術火炬手。