深入理解边缘计算：云、边、端工作原理与源码分析
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2.3　部署边缘部分——KubeEdge

KubeEdge是一个基于Kubernetes构建的开放平台，能够将Kubernetes拥有的编排容器化应用的能力扩展到边缘的节点和设备，并为云和边缘之间的网络、应用部署和元数据同步提供基础架构支持。本书将KubeEdge作为边缘计算系统中边部分的解决方案。

本节会对KubeEdge的部署方式进行梳理。KubeEdge可以系统进程、容器化的方式进行部署。

2.3.1　以系统进程的方式部署KubeEdge

以系统进程的方式部署KubeEdge，即以系统进程的方式部署KubeEdge的云组件和边缘组件。下面对部署过程中需要的依赖、配置等进行详细说明。

（1）安装KubeEdge的云组件

获取KubeEdge云组件的方法有两种，即通过编译KubeEdge的云组件源码和从KubeEdge GitHub仓库的发布主页下载。本节只说明通过编译KubeEdge的云组件源码获得KubeEdge云组件可执行文件的方式。

1）编译KubeEdge的云组件源码。

①下载KubeEdge源码，命令如下：

#git clone https://GitHub.com/kubeedge/kubeedge.git kubeedge

②在编译之前确保GCC已经安装，命令如下：

#gcc --version

③通过编译源码，获得KubeEdge云组件，命令如下：

#cd kubeedge
#make all WHAT=cloudcore

④编译成功之后，会在./cloud下生成可执行文件CloudCore，将其复制到/usr/bin下即可。

2）创建Device Model和Device CRD，命令如下：

#cd ../kubeedge/build/crds/devices
#kubectl create -f devices_v1alpha1_devicemodel.yaml
#kubectl create -f devices_v1alpha1_device.yaml

3）生成证书，命令如下：

#cd kubeEdge/build/tools
#./certgen.sh genCertAndKey edge

执行上述命令后，会在/etc/kubeedge/ca下生成rootCA.crt，在etc/kubeEdge/certs下生成edge.crt、edge.key。生成的这些证书在KubeEdge的云组件和边缘组件中共用。

4）生成和设置KubeEdge云组件的配置文件。

①创建配置文件目录，命令如下：

#mkdir -p /etc/kubeEdge/config/

②生成最小化配置文件，命令如下：

#CloudCore –minconfig > /etc/kubeEdge/config/cloudcore.yaml

③生成默认配置文件，命令如下：

# CloudCore –defaultconfig > /etc/kubeedge/config/cloudcore.yaml

执行上述命令后，会在/etc/kubeedge/config下生成cloudcore.yaml。下面对执行CloudCore生成的默认配置文件cloudcore.yaml进行说明，具体如下所示。

apiVersion: cloudcore.config.KubeEdge.io/v1alpha1
kind: cloudcore
kubeAPIConfig:
    kubeConfig: /root/.kube/config # kubeConfig文件的绝对路径
    master: "" # kube-apiserver address (比如:http://localhost:8080)
modules:
    cloudhub:
        nodeLimit: 10
        tlsCAFile: /etc/kubeedge/ca/rootCA.crt
        tlsCertFile: /etc/kubeedge/certs/edge.crt
        tlsPrivateKeyFile: /etc/kubeedge/certs/edge.key
        unixsocket:
            address: unix:///var/lib/kubeedge/kubeedge.sock # unix domain socket address
        enable: true # enable unix domain socket protocol
    websocket:
        address: 0.0.0.0
        enable: true # enable websocket protocol
        port: 10000 # open port for websocket server

5）运行KubeEdge云组件，命令如下：

#nohup ./cloudcore &

除了上述形式，还可以通过Systemd以后台进程的形式运行KubeEdge云组件，命令如下：

#ln kubeedge/build/tools/cloudcore.service /etc/systemd/system/cloudcore.service
# systemctl daemon-reload
# systemctl start cloudcore

将KubeEdge云组件设置为开机自动启动，命令如下：

#systemctl enable cloudcore

（2）安装KubeEdge的边缘组件

1）编译KubeEdge的边缘组件源码。

①下载KubeEdge源码，命令如下：

#git clone https://GitHub.com/kubeedge/kubeedge.git kubeedge

②在编译之前确保GCC已经安装，命令如下：

#gcc --version

③通过编译源码获得KubeEdge的边缘组件，命令如下：

#cd kubeedge
#make all WHAT=edgecore

编译成功之后，会在./edge下生成可执行文件EdgeCore，将其复制到/usr/bin下即可。

2）从KubeEdge的云组件节点复制证书，命令如下：

#scp -r  /etc/kubeedge root@{KubeEdge edge节点IP}:/etc/kubeedge

3）在KubeEdge的云组件节点为边缘节点创建Node对象资源，命令如下：

#kubectl create -f kubeedge/build/node.json

node.json具体内容如下所示。

{
    "kind": "Node",
    "apiVersion": "v1",
    "metadata": {
        "name": "edge-node",
        "labels": {
            "name": "edge-node",
            "node-role.Kubernetes.io/edge": ""
        }
    }
}

4）生成和设置KubeEdge边缘组件的配置文件。

使用EdgeCore可以生成最小化配置文件和默认配置文件。

①创建配置文件目录，命令如下：

#mkdir -p /etc/kubeedge/config/

②生成最小化配置文件，命令如下：

#edgecore –minconfig > /etc/kubeedge/config/edgecore.yaml

③生成默认配置文件，命令如下：

# edgecore –defaultconfig > /etc/kubeedge/config/edgecore.yaml

执行上述命令后，会在/etc/kubeEdge/config下生成edgecore.yaml文件。下面对执行edgecore生成的默认配置文件edgecore.yaml进行说明，具体如下所示。

apiVersion: edgecore.config.kubeedge.io/v1alpha1
database:
    dataSource: /var/lib/kubeEdge/edgeCore.db
kind: EdgeCore
modules:
    edged:
        cgroupDriver: cgroupfs
        clusterDNS: ""
        clusterDomain: ""
        devicePluginEnabled: false
        dockerAddress: unix:///var/run/docker.sock
        gpuPluginEnabled: false
        hostnameOverride: $your_hostname
        interfaceName: eth0
        nodeIP: $your_ip_address
        podSandboxImage: kubeedge/pause:3.1   # kubeedge/pause:3.1　for x86 arch , kubeedge/pause-arm:3.1　for arm arch, kubeedge/pause-arm64 for arm64 arch
        remoteImageEndpoint: unix:///var/run/dockershim.sock
        remoteRuntimeEndpoint: unix:///var/run/dockershim.sock
        runtimeType: docker
    edgehub:
        heartbeat: 15  # second
        tlsCaFile: /etc/kubeedge/ca/rootCA.crt
        tlsCertFile: /etc/kubeedge/certs/edge.crt
        tlsPrivateKeyFile: /etc/kubeedge/certs/edge.key
        websocket:
            enable: true
            handshakeTimeout: 30  # second
            readDeadline: 15  # second
            server: 127.0.0.1:10000  # CloudCore address
            writeDeadline: 15  # second
    eventbus:
        mqttMode: 2  # 0: internal mqtt broker enable only. 1: internal and external mqtt broker enable. 2: external mqtt broker
        mqttQOS: 0  # 0: QOSAtMostOnce, 1: QOSAtLeastOnce, 2: QOSExactlyOnce.
        mqttRetain: false  # if the flag set true, server will store the message and can be delivered to future subscribers.
        mqttServerExternal: tcp://127.0.0.1:1883  # external mqtt broker url.
        mqttServerInternal: tcp://127.0.0.1:1884  # internal mqtt broker url.

其中，Modules.edged.hostnameOverride与node.json里的metadata.name保持一致，Modules.edged.nodeIP是KubeEdge边缘节点的IP，Modules.edgehub.websocket.server是KubeEdge云节点的IP。

5）运行KubeEdge边缘组件，命令如下：

#nohup ./edgecore &

除了上述形式，我们还可以通过Systemd以后台进程的形式运行KubeEdge边缘组件，命令如下：

#ln kubeedge/build/tools/edgecore.service /etc/systemd/system/edgecore.service
# systemctl daemon-reload
# systemctl start edgecore

将KubeEdge边缘组件设置为开机自启动，命令如下：

#systemctl enable edgecore

至此，以系统进程的方式部署KubeEdge的云组件和边缘组件都已经完成了，接下来检查KubeEdge的状态，并基于KubeEdge部署应用。

（3）检查KubeEdge节点状态

在KubeEdge边缘节点执行如下命令，检查KubeEdge边缘节点的状态：

#kubectl get nodes

（4）基于KubeEdge部署应用

基于KubeEdge部署应用的命令如下：

#kubectl apply -f KubeEdge/build/deployment.yaml

2.3.2　以容器化的方式部署KubeEdge

本节以容器化的方式部署KubeEdge，即以容器化的方式部署KubeEdge的云组件和边缘组件。下面将对部署过程和相关配置等进行详细说明。

（1）以容器化的方式部署KubeEdge的云组件

1）下载部署KubeEdge的云组件所需的资源文件，命令如下：

#git clone https://GitHub.com/kubeedge/kubeedge.git KubeEdge

2）构建部署KubeEdge的云组件所需的镜像，命令如下：

#cd kubeedge
# make cloudimage

3）生成部署KubeEdge的云组件所需的06-secret.yaml，命令如下：

#cd build/cloud
#../tools/certgen.sh buildSecret | tee ./06-secret.yaml

4）以容器化的方式部署KubeEdge的云组件，命令如下：

#for resource in $(ls *.yaml); do kubectl create -f $resource; done

（2）以容器化的方式部署KubeEdge的边缘组件

1）下载部署KubeEdge的边缘组件所需的资源文件，命令如下：

#git clone https://GitHub.com/kubeedge/kubeedge.git kubeedge

2）检查Container运行时环境，命令如下：

# cd ./kubeedge/build/edge/run_daemon.sh prepare

3）设置容器参数，命令如下：

# ./kubeedge/build/edge /run_daemon.sh set \
    cloudhub=0.0.0.0:10000 \
    edgename=edge-node \
    EdgeCore_image="kubeedge/edgecore:latest" \
    arch=amd64 \
    qemu_arch=x86_64 \
    certpath=/etc/kubeedge/certs \
    certfile=/etc/kubeedge/certs/edge.crt \
    keyfile=/etc/kubeedge/certs/edge.key

4）构建部署KubeEdge的边缘组件所需的镜像，命令如下：

#./kubeedge/build/edge /run_daemon.sh build

5）启动KubeEdge的边缘组件容器，命令如下：

#./kubeedge/build/edge /run_daemon.sh up

至此，以容器化的方式部署KubeEdge的云组件和边缘组件都已经完成。关于KubeEdge的状态查看以及基于KubeEdge部署应用部分，读者可以参考2.3.1节。

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