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)
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
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
4. #InfraStudy この拡張性をエッジにも延伸したい
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）
6. #InfraStudy Kubernetes によるナイーブな構成
7. #InfraStudy Headless Service HTTP PUT/GET
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
9. #InfraStudy https://github.com/kubeedge/kubeedge
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
11. #InfraStudy Edge Controller Device Controller Cloud Hub Edge Hub Meta Controller Device Twin EdgeD Event Bus CRI (Docker / containerd / CRI-O)
12. #InfraStudy Edge Node は Master と直接接続しない
13. #InfraStudy Cloud Core Edge Core Cloud Side Edge Side
14. #InfraStudy WebSocket / QUIC Cloud Hub Edge Hub
15. #InfraStudy Pod 作成の仕組み
16. #InfraStudy Edge Controller Cloud Hub Edge Hub pod.yaml watch
17. #InfraStudy Edge Hub Meta Controller 永続化
18. #InfraStudy Meta Controller CRI (Docker / containerd / CRI-O) EdgeD Pod 起動
19. #InfraStudy クラウド・エッジ間通信の仕組み
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
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"
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
23. #InfraStudy Device Controller status: ON Cloud Hub Edge Hub watch PATCH
24. #InfraStudy Edge Hub Device Twin 永続化
25. #InfraStudy Device Twin Event Bus MQTT Pub / Sub
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
27. #InfraStudy Let’s Go Over the Cutting Edge! Presented by チェシャ猫 (@y_taka_23)