猫でもわかる KubeEdge #InfraStudy / Infra Study Meetup 7th

Infra Study Meetup #7 で使用したスライドです。

Kubernetes はその高い拡張性を背景として、コンテナオーケストレータのデファクトスタンダートの地位を獲得しました。しかし、Kubernetes の Node をそのままエッジデバイスの管理に延伸しようとすると、ネットワークの不安定性が課題になります。

このようなエッジに特有の課題を解決するため、CNCF の IoT Edge Working Group 主導で開発が進められている OSS として KubeEdge があります。本発表では、KubeEdge のアーキテクチャ上の特徴や従来の Kubernetes とのコントロールフローの違いについて解説します。

イベント概要：https://forkwell.connpass.com/event/190074/
録画：https://www.youtube.com/watch?v=iw_bSiv2Vl0

Transcript

1. #InfraStudy
   猫でもわかる
   KubeEdge
   チェシャ猫 (@y_taka_23)
   Infra Study Meetup #7 (23rd Oct. 2020)
   

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2. #InfraStudy
   おうち EKS 爆誕！？
   ※ EKS としてはイレギュラーな構成なので自己責任で
   

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3. #InfraStudy
   Kubernetes 大人気の理由
   ● 分散システムとしての優れた拡張性
   ○ API Server (etcd) のみが状態を保持
   ○ 他コンポーネントは API Server を Watch
   ○ 同じ枠組みでカスタムコントローラが追加可能
   ● The Platform of Platforms
   ○ 今や様々な CloudNative 的な運用の基盤に
   Custom
   Controller
   

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4. #InfraStudy
   この拡張性をエッジにも延伸したい
   

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5. #InfraStudy
   サンプルアプリ：カウンタ
   ● 管理コンソールからデバイスを操作・参照
   ○ 管理コンソールコンテナ：クラウドにデプロイ
   ○ カウンタコンテナ：エッジにデプロイ（デバイスの代用）
   

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6. #InfraStudy
   Kubernetes によるナイーブな構成
   

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7. #InfraStudy
   Headless
   Service
   HTTP PUT/GET
   

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8. #InfraStudy
   K8s をエッジに適用する際の問題
   ● エッジデバイスは非力で不安定
   ○ 情報の同期がいつ行われるのかコントロールしづらい
   ○ 瞬停したりするとエッジ側のイベント情報が失われる
   ● 通常の Pod-Service-Pod の通信が困難
   ○ エッジがネットワーク接続を持つ瞬間しか成功しない
   ○ 相手エッジがいつネットワークに復帰するかわからない
   

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9. #InfraStudy
   https://github.com/kubeedge/kubeedge
   

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10. #InfraStudy
    KubeEdge の特徴
    ● CNCF Incubating Project
    ○ IoT Edge ワーキンググループ (WG) が担当
    ○ Huawei の Intelligent Edge Fabric (IEF) が出自
    ● 通常の Kubernetes Node とは仕組みがかなり異なる
    ○ Kubelet 相当の EdgeD を中心に複数の追加機能
    ○ K3s は同じくエッジ用だが通常の Kubernetes に近い
    

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11. #InfraStudy
    Edge Controller Device Controller Cloud Hub
    Edge Hub
    Meta Controller Device Twin
    EdgeD Event Bus
    CRI (Docker / containerd / CRI-O)
    

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12. #InfraStudy
    Edge Node は Master と直接接続しない
    

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13. #InfraStudy
    Cloud Core
    Edge Core
    Cloud Side
    Edge Side
    

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14. #InfraStudy
    WebSocket / QUIC
    Cloud Hub
    Edge Hub
    

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15. #InfraStudy
    Pod 作成の仕組み
    

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16. #InfraStudy
    Edge Controller Cloud Hub
    Edge Hub
    pod.yaml
    watch
    

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17. #InfraStudy
    Edge Hub
    Meta Controller
    永続化
    

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18. #InfraStudy
    Meta Controller
    CRI (Docker / containerd / CRI-O)
    EdgeD Pod 起動
    

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19. #InfraStudy
    クラウド・エッジ間通信の仕組み
    

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20. #InfraStudy
    Device と DeviceModel
    ● エッジデバイスを CustomResource で抽象化
    ○ Device：個々のデバイスに対応
    ○ DeviceModel：送受信するメッセージなどのテンプレート
    ● Pod-Pod を介さずにデバイスとやりとり
    ○ クラウド側では Device の status.twins を読み書きする
    ○ エッジ側では MQTT で Pub / Sub される
    

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21. #InfraStudy
    Device の Manifest
    apiVersion: device.kubeedge.io/v1alpha2
    kind: Device
    metadata:
    name: counter
    spec:
    deviceModelRef:
    name: counter-model
    status:
    twins:
    - propertyName: status
    desired:
    metadata:
    type: string
    value: "OFF"
    

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22. #InfraStudy
    Device の Manifest
    apiVersion: device.kubeedge.io/v1alpha2
    kind: Device
    metadata:
    name: counter
    spec:
    deviceModelRef:
    name: counter-model
    status:
    twins:
    - propertyName: status
    desired:
    metadata:
    type: string
    value: "OFF"
    通信するデータ
    

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23. #InfraStudy
    Device Controller
    status: ON
    Cloud Hub
    Edge Hub
    watch
    PATCH
    

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24. #InfraStudy
    Edge Hub
    Device Twin
    永続化
    

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25. #InfraStudy
    Device Twin
    Event Bus
    MQTT Pub / Sub
    

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26. #InfraStudy
    まとめ
    ● Kubernetes をエッジに拡張する試み
    ○ Node が切り離された状態でも動ける必要性
    ● 回線断に強い KubeEdge のアーキテクチャ
    ○ Controller を通して接続、Node 内にも DB で永続化
    ● 対デバイス通信の Kubernetes Native な扱い
    ○ Device / DeviceModel による MQTT 通信の抽象化
    

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27. #InfraStudy
    Let’s Go Over the Cutting Edge!
    Presented by チェシャ猫 (@y_taka_23)
    

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