Kubernetes(K8S)已經(jīng)成為云原生的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，其能夠在各種類型的云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施上提供一致的使用體驗(yàn)。

“容器 + Kubernetes”的黃金組合在互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的DevOps中發(fā)揮了巨大的作用。隨著物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域?qū)吘売?jì)算的需求越來越多，近期也出現(xiàn)了K8S運(yùn)行在邊緣側(cè)的需求和解決方案。

如何在邊緣使用Kubernetes呢?有調(diào)查結(jié)果顯示，30%的用戶希望在邊緣部署完整的K8S集群，而70%的用戶希望在云端部署K8S的管理平臺(tái)，在邊緣部署K8S的代理程序(agent)。

K8S主要是為集中性的云計(jì)算平臺(tái)來設(shè)計(jì)的，對(duì)于邊緣計(jì)算來說有點(diǎn)太重了。為了將K8S從云端延伸到邊緣場(chǎng)景，業(yè)內(nèi)提出了幾種不同的開源K8S邊緣解決方案。其中比較有代表性的解決方案包括華為的KubeEdge、Rancher Labs的K3S和阿里云的OpenYurt等。

KubeEdge

KubeEdge是由華為開發(fā)，在2019年成為CNCF在智能邊緣領(lǐng)域的首個(gè)正式項(xiàng)目。云邊協(xié)同是KubeEdge的一大亮點(diǎn)。KubeEdge通過K8S標(biāo)準(zhǔn)API在云端管理邊緣節(jié)點(diǎn)、設(shè)備和工作負(fù)載，邊緣節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)升級(jí)和應(yīng)用程序更新都可以直接從云端下發(fā)，提升邊緣運(yùn)維效率。

KubeEdge架構(gòu)上分為三層：云端、邊緣和設(shè)備層。Kubernetes master運(yùn)行在云端，用戶可以直接通過kubectl命令行在云端管理邊緣節(jié)點(diǎn)、設(shè)備和應(yīng)用，使用習(xí)慣與原生Kubernetes完全一致，使用者無需重新適應(yīng)。

KubeEdge系統(tǒng)架構(gòu)

KubeEdge的云端進(jìn)程包含2個(gè)組件：

• Cloud Hub部署在云端，接收Edge Hub同步到云端的信息;
• Edge Controller部署在云端，用于控制Kubernetes API Server與邊緣的節(jié)點(diǎn)、應(yīng)用和配置的狀態(tài)同步。

KubeEdge的邊緣進(jìn)程主要包括5個(gè)組件：

• Edged是個(gè)輕量級(jí)的節(jié)點(diǎn)代理Kubelet，實(shí)現(xiàn)Pod、Volume、Node等K8S資源對(duì)象的生命周期管理;
• Meta Manager負(fù)責(zé)本地元數(shù)據(jù)的持久化，是邊緣節(jié)點(diǎn)自治能力的關(guān)鍵;
• Edge Hub是多路復(fù)用的消息通道，提供可靠和高效的云邊信息同步;
• Device Twin用于抽象物理設(shè)備并在云端生成一個(gè)設(shè)備狀態(tài)的映射;
• EventBus訂閱來自于MQTT Broker的設(shè)備數(shù)據(jù)。

K3S

K3S是CNCF官方認(rèn)證的Kubernetes發(fā)行版，專為在資源受限環(huán)境中運(yùn)行K8S而設(shè)計(jì)，目的是為了在x86、ARM64和ARMv7D架構(gòu)的邊緣節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行小型的K8S集群。由Rancher Labs公司開發(fā)，Rancher Labs 是一家提供容器技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施的初創(chuàng)企業(yè)，于2014年成立。

K3S的名稱含義是指“5 Less Than K8S”，其尺寸、資源需求、復(fù)雜度、使用難度等都遠(yuǎn)低于K8S，最大特點(diǎn)就是輕量和易用，非常適合用于邊緣計(jì)算場(chǎng)景。

K3S系統(tǒng)架構(gòu)

K3S分Server和Agent，Server就是K8S管理面組件，Agent即K8S的數(shù)據(jù)面組件。與KubeEdge不同，K3S的所有組件(包括Server和Agent)都運(yùn)行在邊緣側(cè)。

K3S基于特定版本的K8S做了代碼修改，包括：使用containderd替換Docker，顯著減少運(yùn)行時(shí)占用空間;引入SQLite代替etcd作為管理面數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。

K3S與KubeEdge比較

KubeEdge的管理面部署在云端，邊緣節(jié)點(diǎn)無需太多資源就能運(yùn)行代理節(jié)點(diǎn)程序，云邊通過消息協(xié)同。從K8S的角度看，邊緣節(jié)點(diǎn) + 云端構(gòu)成一個(gè)完整的K8S集群。

KubeEdge部署模式：云邊結(jié)合才是一個(gè)K8S集群

K3S可以在邊緣運(yùn)行完整的K8S集群，這意味著K3S在每個(gè)邊緣網(wǎng)絡(luò)都需要額外部署Kubernetes管理面。

K3S部署模式：每個(gè)邊緣網(wǎng)絡(luò)都是一個(gè)K8S集群

K3S的部署方式存在一些問題：部署管理面需要消耗較多資源;不同K3S集群間網(wǎng)絡(luò)還需要打通;管理多個(gè)K3S集群還需要在上面再疊加一層多集群管理組件，遺憾的是Rancher Labs公司尚未開源這個(gè)多集群管理組件。

相比K3S，KubeEdge可以支持云邊協(xié)同，借助華為強(qiáng)大的技術(shù)和市場(chǎng)能力，KubeEdge技術(shù)的未來市場(chǎng)前景非常值得期待。