邊緣計算與原生云生態(tài)系統(tǒng)

作者：張德俊 2018-04-25 16:20:01

云計算

邊緣計算 作為一種圍繞“邊緣”的新型產(chǎn)業(yè)形態(tài)，服務(wù)提供商率先以5G邊緣平臺作為試點進行產(chǎn)業(yè)布局，而其他行業(yè)的定義的“邊緣”也同樣在進行快速布局，這是未來邊緣平臺發(fā)展的大勢所趨。本文提出了一個基于開源、原生云技術(shù)的邊緣平臺概念。

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將密集的工作負載從云端移動到網(wǎng)絡(luò)邊緣以降低延遲，降低帶寬，縮短回程路徑-這些都是邊緣計算的人盡皆知的優(yōu)勢。2018年，不論是移動便攜設(shè)備還是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，不論是視頻流數(shù)據(jù)還是機器學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，都在向終端設(shè)備靠近、集中。

作為一種圍繞“邊緣”的新型產(chǎn)業(yè)形態(tài)，服務(wù)提供商率先以5G邊緣平臺作為試點進行產(chǎn)業(yè)布局，而其他行業(yè)的定義的“邊緣”也同樣在進行快速布局，這是未來邊緣平臺發(fā)展的大勢所趨。本文提出了一個基于開源、原生云技術(shù)的邊緣平臺概念。

多集群編排邊緣計算

由于大多數(shù)核心邊緣用例都有云參與，故一種理解邊緣計算的方法就是“云的擴展”。例如，企業(yè)可以在云中訓(xùn)練機器學(xué)習(xí)模型，并將最新模型應(yīng)用于邊緣節(jié)點。因此，邊緣平臺應(yīng)該具有如云一般的彈性負載、支持現(xiàn)有的云平臺技術(shù)如Kubernetes的特性，以確保云和邊緣應(yīng)用部署的一致性。一個邊緣微數(shù)據(jù)中心，即云和終端設(shè)備之間的一組服務(wù)器，也即對應(yīng)一個Kubnenetes集群。

在邊緣計算中使用Kubernetes是極為有利的，因為它支持不同種類的工作負載，包括容器、函數(shù)和虛擬機。但是簡單地將Kubernetes安裝到數(shù)千個這些微數(shù)據(jù)中心并不能解決邊緣計算所面臨的獨特的技術(shù)挑戰(zhàn)。例如，如何大規(guī)模為這些邊緣設(shè)備引導(dǎo)程序，并在所有站點上安裝Kubernetes和平臺工具。

因此，應(yīng)用程序開發(fā)人員必須解決同時將不同的工作負載部署到多邊緣集群的問題。開發(fā)人員可以通過隱式部署(“把應(yīng)用程序放到流量”中)來解決這一問題，而不必考慮成千上萬的邊緣微數(shù)據(jù)中心實際運行哪個應(yīng)用程序。為了解決跨集群的流量負載均衡問題，可以將每個請求都解析到最近的邊緣服務(wù)器。邊緣集群還應(yīng)該能夠自主地跨集群加載工作負載，這就需要邊緣站點之間具有一些“鄰居意識”。邊緣管理員還可以將這些微數(shù)據(jù)中心組織為復(fù)雜的拓撲結(jié)構(gòu)，以便在本區(qū)域或本地部署不同的工作負載。

最后，管理跨地域的邊緣集群還面臨一系列后勤挑戰(zhàn)，不同于管理大量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，管理邊緣集群還存在物理安全問題、異構(gòu)硬件問題和調(diào)試網(wǎng)絡(luò)配置等問題。

面向端到端的邊緣平臺

建立一個邊緣平臺來解決上述所有技術(shù)需求是不可能的，也沒有人能夠建立起這樣一個神奇的、統(tǒng)一的邊緣平臺。但我認為，利用一些常見的開源工具并結(jié)合邊緣平臺生態(tài)系統(tǒng)，可以大大加速邊緣平臺創(chuàng)新。

那么這個邊緣平臺會是什么樣子呢?

首先，每個組件——包括設(shè)備、平臺和應(yīng)用程序管理等，將其添加進入相同的邊緣目錄。通過像RackHD這樣的裸金屬工具可以從邊緣目錄中取出一組MAC地址，遠程控制這些設(shè)備，然后再將結(jié)果反饋至目錄中。平臺管理者可以從邊緣目錄中獲取這些結(jié)果，包括一些用戶自定義的邊緣設(shè)備信息，通過安裝Kubernetes以及其他平臺工具，如Fluentd and Prometheus可以進一步進行日志記錄和監(jiān)控。要想將所有的邊緣站點聚集以應(yīng)對新的工作負載，這些邊緣Kubernetes集群的頂部必須部署邏輯層，以處理隱式應(yīng)用程序部署和跨集群負載均衡。

前兩個組件，設(shè)備和平臺的管理，可以通過編寫現(xiàn)有工具解決相應(yīng)問題。但是，最后一個組件，應(yīng)用的管理，是一個尚未解決的問題：成千上萬的Kubernetes集群如何與微監(jiān)督協(xié)同工作?

下一個阻礙：邊緣應(yīng)用管理

邊緣計算只是多個Kubernetes集群的一個用例，管理多個Kubernetes集群的概念并不新鮮。早在2016年，Kubernetes就已經(jīng)引入了“Cluster Federation 集群聯(lián)合”機制——用于多集群負載調(diào)度和負載均衡的控制平面。從那時起，研發(fā)人員就已經(jīng)逐漸放棄Kubernetes集群集中控制平面方法，朝著更為分散的API、入口控制器和工具集合轉(zhuǎn)移。而所有這些工具都轉(zhuǎn)向了云部署Kubernetes。“集群聯(lián)合”機制目前只支持群集托管在谷歌云。

因此，為了實現(xiàn)未來邊緣平臺部署的愿景，必須創(chuàng)建新的工具來解決原生Kubernetes中的多集群編排。為此，我們設(shè)計一個更高級的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于多集群應(yīng)用程序管理器。

該邊緣應(yīng)用程序管理器的核心原理是，集群能夠盡可能自主地運行，而不依賴于中央控制平面。也就是說，必須集中、自主運行一定數(shù)量的業(yè)務(wù)。

例如，應(yīng)該有一個集成的用戶界面和一個API，讓應(yīng)用程序開發(fā)者在不必與單個集群交互的情況下將工作負載部署到邊緣。也可能有一個中央DNS服務(wù)器，可以路由進入的邊緣流量。例如，假設(shè)一個邊緣集群正在運行一個應(yīng)用程序，另一個集群沒有運行。終端設(shè)備向該應(yīng)用程序提出請求，通過anycast通信，DNS請求路由到最近的邊緣集群。這個邊緣集群與中央DNS服務(wù)器對話，并返回運行相關(guān)應(yīng)用程序的集群列表。這樣，邊緣DNS服務(wù)器可以將設(shè)備的請求轉(zhuǎn)發(fā)到運行該應(yīng)用程序的最接近的邊緣站點，并告訴終端設(shè)備：“我沒有運行您需要的應(yīng)用，而我的相鄰集群正在運行”。定制核心DNS插件并運行在中心和邊緣位置可以實現(xiàn)這一目標(biāo)。

該邊緣應(yīng)用程序管理器還具有其他特性，如負載均衡、跨集群流量控制服務(wù)(多集群Istio)，以及跨集群scale-up和scale-to-zero、統(tǒng)一認證和安全策略。這個邊緣應(yīng)用程序管理器將來可能包含多個不同的工具，包括新開發(fā)的和現(xiàn)有的，來協(xié)調(diào)這些微數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用程序。

最后，可以肯定的是，這是一個振奮人心的邊緣計算時代，眼前的工作是創(chuàng)建一個彈性負載的原生云平臺以運行邊緣應(yīng)用程序。擼起袖子加油干吧。

譯者注：

Istio：一個開源項目，提供統(tǒng)一的連接，安全，管理和監(jiān)控微服務(wù)的方法。目前的版本針對Kubernetes環(huán)境;在未來幾個月內(nèi)為虛擬機和Cloud Foundry等其他環(huán)境增加支持。 Istio將流量管理添加到微服務(wù)中，并為增值功能(如安全性，監(jiān)控，路由，連接管理和策略)創(chuàng)造了基礎(chǔ)。該軟件使用來自Lyft的經(jīng)過測試的特使代理構(gòu)建，并提供對流量的可見性和控制，而不需要對應(yīng)用程序代碼進行任何更改。Istio為CIO提供了強大的工具，可以在整個企業(yè)中實施安全性，政策和合規(guī)性要求。

譯者介紹：

張德俊，虛擬化、云計算、大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)安全從業(yè)者，熱愛AI、區(qū)塊鏈等前沿技術(shù)

當(dāng)前名稱：邊緣計算與原生云生態(tài)系統(tǒng)
文章分享：http://www.5511xx.com/article/djoisho.html