一、KubeEdge介紹
KubeEdge 是一個開源的系統，可將本機容器化應用編排和管理擴展到邊緣端設備。 它構建在Kubernetes之上，為網絡和應用程序提供核心基礎架構支持，並在雲端和邊緣端部署應用，同步元數據。100%兼容K8S API，可以使用K8S API原語管理邊緣節點和設備。KubeEdge 還支持 MQTT 協議，允許開發人員編寫客戶邏輯，並在邊緣端啟用設備通信的資源約束。
1、優勢
kubernetes + 容器的組合大大提高了用戶創建部署應用的效率。kubernetes 可以把 n 台主機整合成一個集群，用戶在 master 節點上通過編寫一個 yaml 或者 json 格式的配置文件，也可以通過命令等請求 Kubernetes API 創建應用，就直接將應用部署到集群上的各個節點上，該配置文件中還包含了用戶想要應用程序保持的狀態，從而生成用戶想要的環境。
Kubernetes 作為容器編排的標准，自然會想把它應用到邊緣計算上，即通過 kubernetes 在邊緣側部署應用，但是 kubernetes 在邊緣側部署應用時遇到了一些問題，例如：
- 邊緣側設備沒有足夠的資源運行一個完整的 Kubelet
- 一些邊緣側設備是 ARM 架構的，然而大部分的 Kubernetes 發行版並不支持 ARM 架構
- 邊緣側網絡很不穩定，甚至可能完全不通，而 kubernetes 需要實時通信，無法做到離線自治
- 很多邊緣設備都不支持TCP/IP 協議
- Kubernetes 客戶端（集群中的各個Node節點）是通過 list-watch 去監聽 Master 節點的 apiserver 中資源的增刪改查，list-watch 中的 watch 是調用資源的 watch API 監聽資源變更事件，基於 HTTP 長連接實現，而維護一個 TCP 長連接開銷較大。從而造成可擴展性受限。
為了解決包含但不限於以上 Kubernetes 在物聯網邊緣場景下的問題，從而產生了KubeEdge 。對應以上問題：
- KubeEdge 保留了 Kubernetes 的管理面，重新開發了節點 agent，大幅度優化讓邊緣組件資源占用更低很多
- KubeEdge 可以完美支持 ARM 架構和 x86 架構
- KubeEdge 有離線自治功能，可以看 MetaManager 組件的介紹
- KubeEdge 豐富了應用和協議支持，目前已經支持和計划支持的有：MQTT、BlueTooth、OPC UA、Modbus等。
- KubeEdge 通過底層優化的多路復用消息通道優化了雲邊的通信的性能，可以看 EdgeHub 組件的介紹
2、介紹
2.1 應用場景、特點等
上圖是
華為雲IEF 的應用場景，Kubeedge 就是源於這個產品，它基於 KubeEdge 和 Kubernetes 生態構建，將雲原生的技術應用到邊緣計算。IEF 通過納管邊緣節點，將雲端AI應用、函數計算等能力下發到邊緣節點（EdgeNode），將公有雲能力延伸到靠近設備的一端，使得邊緣節點擁有雲端相同能力，能夠實時處理終端設備計算需求。
KubeConShanghai2018——KubeEdge開源首秀
KubeEdge 向左，K3S 向右
KubeEdge實現原理
2.2 架構
KubeEdge 由以下組件構成:
2.1.1 雲邊通信
- CloudHub: CloudHub 是一個 Web Socket 服務端，用於大量的 edge 端基於 websocket 或者 quic 協議連接上來。負責監聽雲端的變化, 緩存並發送消息到 EdgeHub。
- EdgeHub: 是一個 Web Socket 客戶端，負責將接收到的信息轉發到各edge端的模塊處理；同時將來自個edge端模塊的消息通過隧道發送到cloud端。提供可靠和高效的雲邊信息同步。
2.1.2 雲上部分
- EdgeController: 用於控制 Kubernetes API Server 與邊緣的節點、應用和配置的狀態同步。
- DeviceController: DeviceController 是一個擴展的 Kubernetes 控制器，管理邊緣設備，確保設備信息、設備狀態的雲邊同步。
2.1.3 邊緣部分
- MetaManager: MetaManager 模塊后端對應一個本地的數據庫（sqlLite），所有其他模塊需要與 cloud 端通信的內容都會被保存到本地 DB 種一份，當需要查詢數據時，如果本地 DB 中存在該數據，就會從本地獲取，這樣就避免了與 cloud 端之間頻繁的網絡交互；同時，在網絡中斷的情況下，本地的緩存的數據也能夠保障其穩定運行（比如你的智能汽車進入到沒有無線信號的隧道中），在通信恢復之后，重新同步數據。是邊緣節點自治能力的關鍵；
- Edged: 是運行在邊緣節點的代理，用於管理容器化的應用程序。算是個重新開發的輕量化 Kubelet，實現 Pod，Volume，Node 等 Kubernetes 資源對象的生命周期管理
- EventBus: EventBus 是一個與 MQTT 服務器（mosquitto）交互的 MQTT 客戶端，為其他組件提供訂閱和發布功能。
- ServiceBus: ServiceBus是一個運行在邊緣的HTTP客戶端，接受來自雲上服務的請求，與運行在邊緣端的HTTP服務器交互，提供了雲上服務通過HTTP協議訪問邊緣端HTTP服務器的能力。
- DeviceTwin: DeviceTwin 負責存儲設備狀態並將設備狀態同步到雲，它還為應用程序提供查詢接口。