Kubernetes正在通過數據中心尋找一條從云端通向邊緣的道路。早些時候，Kubernetes還被認為是運行在公有云上的超大規模工作負載。近幾年，企業開始將Kubernetes應用于數據中心。它最終成為在混合云和多云環境中運行工作負載的一致和統一的基礎設施層。

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物聯網和人工智能的興起，促使業界在將計算能力向數據靠攏，這就成為邊緣計算層。

邊緣計算是邊緣設備和云端/數據中心的中介。它基于業務邏輯提取設備的數據，同時提供實時分析。它作為數據源頭和云之間的通道，極大地降低了由于往返云端可能出現的延遲。由于邊緣可以對需要發送到云端的數據進行處理和過濾，因此也降低了帶寬成本。最后，邊緣計算將通過本地處理和存儲幫助企業實現數據的本地化和對數據的管理主權。

邊緣計算充分利用了云平臺的基礎服務，如數據提取、數據處理、流分析、存儲、設備管理和機器學習推理等。

Kubernetes正迅速成為邊緣計算的首選基礎設施。敏捷性、規模性和安全性的承諾正逐漸延伸到邊緣基礎設施。基于CI/CD和GitOps的現代軟件交付機制使得管理運行在邊緣的應用程序變得容易。部署在邊緣位置的數萬個Kubernetes集群由Anthos、Arc、Tanzu和Rancher等管理平臺進行管理。

邊緣的構成

其實，計劃在邊緣運行Kubernetes的用戶沒有太多選擇，他們必須從云原生生態系統中最好的開源軟件和商業軟件中組裝堆棧。

商業化的Kubernetes發行版并沒有針對在資源有限的環境中進行優化。部署在邊緣的Kubernetes發行版應該占用較小的空間，并且不會影響API的一致性和兼容性。

邊緣的存儲是基礎設施的關鍵構件之一。它必須支持處理非結構化數據集、NoSQL數據庫和共享文件系統的有狀態工作負載的各種需求。它應該具有定期拍攝數據快照并將其存儲在云中的能力。而遷移和災難恢復等高級能力可以使邊緣計算層具有彈性。

網絡層應該為運行在邊緣的工作負載提供安全性和隔離性。在大多數情況下，邊緣基礎設施由多個組共享。例如，在智慧建筑的用例中，同一個邊緣集群可能為每個樓層運行工作負載。集群管理員應該能夠應用網絡策略，防止在一個命名空間中運行的應用程序訪問另一個命名空間的應用數據。并且網絡層應通過入侵檢測和聲明式策略提供安全性。

K3s：為邊緣而生的Kubernetes發行版

由Rancher Labs推出的K3s是一款輕量級Kubernetes發行版，它針對邊緣場景進行了優化。雖然K3s是Kubernetes的簡化版、迷你版，但它并沒有影響API的一致性和功能。

從Kubectl到Helm再到Kustomize，幾乎所有的云原生生態中的工具都能無縫地與K3s一起工作。事實上，K3s是一個經過CNCF認證的、符合要求的Kubernetes發行版，可以在生產環境中部署。最近，K3s捐獻給CNCF，成為一個沙箱項目。幾乎所有在基于上游Kubernetes發行版的集群中運行的工作負載都能保證在K3s集群上運行。

K3s通過協調運行在邊緣的基礎設施和工作負載，有效地解決了計算層的問題。

Portworx：容器云原生存儲層

Portworx是一個為容器和微服務構建的軟件定義存儲平臺。它將多個存儲設備抽象化，為云原生應用暴露出一個統一的、覆蓋式的存儲層。

Portworx的關鍵差異化因素之一是容器顆粒式存儲卷。與其他存儲產品不同，Portworx暴露了一個統一的覆蓋存儲層，可以適應不同的用例。例如，存儲管理員可以定義一個旨在以高可用模式運行NoSQL數據庫的存儲類，同時為共享卷創建另一個存儲類。這兩種方案都是基于同一個存儲后端，而不需要管理兩個不同的存儲層。

邊緣計算層處理各種工作負載，包括流媒體、數據存儲、分析、復雜事件處理和AI推理。其中一些工作負載需要專用的存儲卷，而其他工作負載則需要共享卷。例如，服務于AI推理的多個pod將共享同一個填入ML模型的存儲卷。同時，message broker需要一個專用卷來持久化消息。

Portworx通過統一的方法消除了管理多個存儲層的痛苦。其中的一些功能，如快照、調度備份、遷移、集成RBAC和預測性容量規劃等，使得Portworx成為邊緣的理想選擇。

目前，最新版本Portworx 2.6已經正式支持K3s。

Calico項目：邊緣的安全網絡

Calico為Kubernetes帶來了細粒度的網絡策略。雖然Kubernetes對基于角色的訪問控制(RBAC)有廣泛的支持，但上游Kubernetes發行版中提供的默認網絡棧并不支持細粒度的網絡策略。Calico通過允許和拒絕Kubernetes工作負載的流量來提供細粒度的控制。

對于DevOps來說，將應用程序有邏輯地分組到Kubernetes命名空間中是一種常見的做法。在邊緣計算場景中，一個K3s集群可能會運行多個由命名空間分隔的工作負載。Calico通過聲明式策略實現了命名空間的強隔離。通過這些策略，傳感器流式傳輸的數據將被授權的應用提取和處理。

Calico帶有內置的入侵檢測功能，可以識別可疑的活動。多云聯邦的多集群管理，使其能夠從統一的管理界面中輕松管理分布式邊緣基礎設施。并且只要對安裝過程稍作修改，Calico就可以輕松地與K3s集成。

在接下來的教程中，我將帶大家了解如何配置基于K3s、Portworx和Calico的邊緣集群。在隨后的部分中，我們還將探索利用該解決方案堆棧進行AIoT部署。保持關注喲!

作者簡介

Janakiram MSV是Janakiram & Associates的首席分析師，也是國際信息技術學院的兼職教師。他也是Google Qualified Developer、亞馬遜認證解決方案架構師、亞馬遜認證開發者、亞馬遜認證SysOps管理員和微軟認證Azure專業人員。

Janakiram是云原生計算基金會的大使，也是首批Kubernetes認證管理員和Kubernetes認證應用開發者之一。他曾在微軟、AWS、Gigaom Research等知名公司工作。