Kubernetes是一種用于部署云原生應(yīng)用程序的服務(wù)。由于云應(yīng)用程序與我們的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和產(chǎn)品相關(guān)聯(lián)，這就是我們需要使用Kubernetes構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序的地方。

由于安全性、延遲、自主性和成本，物聯(lián)網(wǎng)分析正在從云端轉(zhuǎn)移到邊緣。但是，將負(fù)載分配和管理到邊緣的數(shù)百個(gè)節(jié)點(diǎn)可能是一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)。因此，在邊緣設(shè)備上分配和管理負(fù)載的要求是使用輕量級(jí)的生產(chǎn)級(jí)解決方案，例如Kubernetes。

什么是Kubernetes？

Kubernetes或K8s是一個(gè)容器編排系統(tǒng)，可幫助應(yīng)用程序開發(fā)人員輕松部署、擴(kuò)展和管理云原生應(yīng)用程序。此外，容器化有助于簡化云原生應(yīng)用程序的生命周期。

Kubernetes的工作原理

當(dāng)我們部署了一個(gè)工作的Kubernetes時(shí)，我們通常將其稱為一個(gè)集群。Kubernetes集群本質(zhì)上可以被認(rèn)為具有兩部分：控制平面和節(jié)點(diǎn)。

在Kubernetes中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是自己的Linux環(huán)境。其靈活性在于它可以是物理機(jī)或虛擬機(jī)。Kubernetes中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都運(yùn)行包含容器的pod。

控制平面主要負(fù)責(zé)維護(hù)集群所需狀態(tài)的任務(wù)，例如正在運(yùn)行的應(yīng)用程序的類型以及它們正在使用哪些容器鏡像。值得注意的是，計(jì)算機(jī)器實(shí)際上負(fù)責(zé)運(yùn)行應(yīng)用程序和工作負(fù)載。

Kubernetes在操作系統(tǒng)之上執(zhí)行，例如Linux，并與在節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行的容器pod進(jìn)行通信。

Kubernetes控制平面接受來自管理員（或DevOps團(tuán)隊(duì)）的指令，然后將它們轉(zhuǎn)發(fā)給計(jì)算機(jī)。

這種機(jī)制可以很好地與許多服務(wù)一起使用，以自動(dòng)選擇哪個(gè)節(jié)點(diǎn)最適合給定任務(wù)。之后，它分配必要的資源并將工作委托給該節(jié)點(diǎn)中的Pod。

Kubernetes就像船一樣。

Kubernetes是一個(gè)希臘詞，翻譯為“船長”或“帆船大師”，集裝箱船的類比就是受其啟發(fā)。船長負(fù)責(zé)這艘船。因此，將Kubernetes類比為信息技術(shù)空間中容器的船長或協(xié)調(diào)者。

把Docker容器想象成包裝盒。需要運(yùn)往同一個(gè)目的地的箱子應(yīng)該放在一起并裝入同一個(gè)集裝箱。在這個(gè)類比中，包裝箱是Docker容器，運(yùn)輸容器是pod。

我們對(duì)貨船的要求是安全到達(dá)目的地并避開海上風(fēng)暴（互聯(lián)網(wǎng)）。Kubernetes作為船長，引導(dǎo)船舶沿著平穩(wěn)的路徑前進(jìn)，這意味著確保其監(jiān)督下的所有應(yīng)用程序都得到管理。

Kubernetes為Pod提供了自己的IP地址，而iptables允許用戶控制網(wǎng)絡(luò)流量。

如創(chuàng)意所示，在Kubernetes中，iptables被替換為eBPF。

為什么需要使用Kubernetes開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序？

使用Kubernetes進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序開發(fā)的DevOps

物聯(lián)網(wǎng)解決方案必須能夠迅速提供新功能和升級(jí)，以滿足客戶和市場(chǎng)的需求。Kubernetes為DevOps團(tuán)隊(duì)提供了統(tǒng)一的部署方法，使他們能夠快速、自動(dòng)地測(cè)試和部署新服務(wù)。以滾動(dòng)升級(jí)的形式，Kubernetes允許零停機(jī)部署。任務(wù)關(guān)鍵型物聯(lián)網(wǎng)解決方案（例如用于重要制造運(yùn)營的解決方案）現(xiàn)在可以在不中斷流程的情況下進(jìn)行更新，并且對(duì)客戶和最終用戶的影響最小。

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序的可擴(kuò)展性

可擴(kuò)展性，定義為。系統(tǒng)通過利用額外資源有效管理越來越多的工作的能力仍然是物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)人員的難題。因此，可擴(kuò)展性是許多物聯(lián)網(wǎng)解決方案的基本挑戰(zhàn)。

處理和服務(wù)無數(shù)設(shè)備連接、發(fā)送大量數(shù)據(jù)以及提供實(shí)時(shí)分析等高端服務(wù)的能力需要能夠根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)部署需求靈活擴(kuò)展和縮減的部署基礎(chǔ)設(shè)施。Kubernetes允許開發(fā)人員跨不同的網(wǎng)絡(luò)集群自動(dòng)擴(kuò)展和縮減。

高可用系統(tǒng)

許多物聯(lián)網(wǎng)解決方案被認(rèn)為是需要高度可靠和可用的業(yè)務(wù)/關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)。例如，對(duì)于醫(yī)院的緊急醫(yī)療保健設(shè)施至關(guān)重要的物聯(lián)網(wǎng)解決方案需要隨時(shí)可用。Kubernetes為開發(fā)人員提供了部署高可用性服務(wù)所需的工具。

Kubernetes的架構(gòu)還允許工作負(fù)載彼此獨(dú)立運(yùn)行。此外，它們可以重新啟動(dòng)，對(duì)最終用戶的影響可以忽略不計(jì)。

高效利用云資源

Kubernetes通過最大限度地利用云資源來幫助提高效率。物聯(lián)網(wǎng)云集成通常是一組鏈接服務(wù)，用于處理設(shè)備連接和管理、數(shù)據(jù)攝取、數(shù)據(jù)集成、分析以及與IT和OT系統(tǒng)的集成等。這些服務(wù)將經(jīng)常在Amazon Web Services或Microsoft Azure 等公共云提供商上運(yùn)行。

因此，在計(jì)算管理和部署這些服務(wù)的全部成本時(shí)，充分利用云提供商資源至關(guān)重要。在底層虛擬機(jī)之上，Kubernetes添加了一個(gè)抽象層。管理員可以專注于在最合適數(shù)量的VM上部署IoT服務(wù)，而不是在單個(gè)VM上部署單個(gè)服務(wù)。

IoT Edge部署

將物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)部署到邊緣網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的重要發(fā)展。例如，將數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)服務(wù)部署在更靠近被監(jiān)控的設(shè)備以提高預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案的響應(yīng)能力可能會(huì)更有效。將數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)服務(wù)部署在離被監(jiān)控設(shè)備更近的地方可能會(huì)更有效。

系統(tǒng)管理員和開發(fā)人員在以分布式和聯(lián)合方式運(yùn)行物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)時(shí)遇到了新的管理問題。另一方面，Kubernetes提供了在邊緣啟動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的單一框架。事實(shí)上，一個(gè)新的Kubernetes IoT工作組正在研究如何為IoT云和IoT Edge提供標(biāo)準(zhǔn)化的部署架構(gòu)。

為什么我們需要在IoT應(yīng)用程序中進(jìn)行負(fù)載平衡？

負(fù)載平衡是在服務(wù)器場(chǎng)中的多臺(tái)服務(wù)器之間系統(tǒng)且有效地分配網(wǎng)絡(luò)或應(yīng)用程序流量。每個(gè)負(fù)載均衡器都放置在客戶端設(shè)備和后端服務(wù)器之間。它接收入站請(qǐng)求，然后將其分發(fā)到任何能夠處理請(qǐng)求/工作的可用服務(wù)器。

Kubernetes中最基本的負(fù)載均衡包括負(fù)載分配，這在調(diào)度級(jí)別很容易執(zhí)行。Kubernetes部署了兩種負(fù)載分配方法，它們都通過名為Kube-proxy的功能運(yùn)行，該功能管理服務(wù)使用的虛擬IP。

采用Kubernetes等云原生平臺(tái)背后的驅(qū)動(dòng)力

今天，許多組織正在經(jīng)歷數(shù)字化轉(zhuǎn)型階段。在這個(gè)階段，他們的主要目標(biāo)是改變他們與客戶、供應(yīng)商和合作伙伴的聯(lián)系方式。這些組織正在利用物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析或機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)提供的創(chuàng)新來實(shí)現(xiàn)其企業(yè)IT和OT系統(tǒng)的現(xiàn)代化。他們意識(shí)到新數(shù)字產(chǎn)品開發(fā)和部署的復(fù)雜性需要新的開發(fā)流程。因此，他們轉(zhuǎn)向敏捷開發(fā)和基礎(chǔ)設(shè)施工具，例如Kubernetes

最近，Kubernetes已成為用于云原生部署的最常用的標(biāo)準(zhǔn)容器編排框架。Kubernetes已成為希望支持遷移到新微服務(wù)架構(gòu)的開發(fā)團(tuán)隊(duì)的主要選擇。它還支持用于持續(xù)集成(CI)和持續(xù)部署(CD)的DevOps文化。

事實(shí)上，Kubernetes解決了開發(fā)團(tuán)隊(duì)在構(gòu)建和部署IoT應(yīng)用程序時(shí)遇到的許多復(fù)雜挑戰(zhàn)。這就是為什么使用微服務(wù)構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序已成為一種趨勢(shì)的原因。

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序開發(fā)Kubernetes的未來趨勢(shì)

Kubernetes生產(chǎn)運(yùn)營2.0版

在以卓越的敏捷性和靈活性在生產(chǎn)環(huán)境中成功部署Kubernetes之后，生產(chǎn)和制造領(lǐng)域的公司正在尋求進(jìn)一步擴(kuò)展Kubernetes集群中的工作負(fù)載以滿足不同的需求。

Kubernetes-原生軟件熱潮

需要作為容器的一部分運(yùn)行的軟件在Kubernetes的早期就已經(jīng)存在，其功能目的和架構(gòu)元素集。但是，為了充分利用Kubernetes，我們必須根據(jù)我們的個(gè)人需求對(duì)其進(jìn)行調(diào)整和定制。然而，為了充分利用Kubernetes的優(yōu)勢(shì)并更好地適應(yīng)現(xiàn)代運(yùn)營模式，還需要進(jìn)行調(diào)整。Kubernetes現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了其進(jìn)化發(fā)展的階段，開發(fā)人員可以直接在平臺(tái)上構(gòu)建應(yīng)用程序。因此，Kubernetes作為未來幾年現(xiàn)代應(yīng)用程序架構(gòu)的決定因素將變得越來越重要。

邊緣的Kubernetes

KubeEdge目前是一個(gè)令人興奮的項(xiàng)目，它將有助于Kubernetes和Docker的無縫管理和部署功能。它還將導(dǎo)致打包的應(yīng)用程序在設(shè)備或邊緣順利運(yùn)行。

因此，我們已經(jīng)看到Kubernetes社區(qū)正在迅速擴(kuò)展和發(fā)展。這些進(jìn)步使云原生物聯(lián)網(wǎng)解決方案的制作成為可能，這些解決方案具有可擴(kuò)展性和可靠性，并且可以在最具挑戰(zhàn)性的環(huán)境中輕松部署。