借助 Kubernetes，開發團隊可以快速驗證、推出和部署對物聯網服務的更改。

Kubernetes 是一種用于部署云原生應用程序的服務。由于云應用程序與我們的物聯網設備和產品相關聯，這就是我們需要使用Kubernetes構建物聯網應用程序的地方。

由于安全性、延遲、自主性和成本，物聯網分析正在從云端轉移到邊緣。但是，將負載分配和管理到邊緣的數百個節點可能是一項復雜的任務。因此，在邊緣設備上分配和管理負載的要求是使用輕量級的生產級解決方案，例如 Kubernetes。

什么是 Kubernetes？

Kubernetes 或K8s 是一個容器編排系統，可幫助應用程序開發人員輕松部署、擴展和管理云原生應用程序。此外，容器化有助于簡化云原生應用程序的生命周期。

Kubernetes 的工作原理

當我們部署了一個工作的Kubernetes時，我們通常將其稱為一個集群。Kubernetes 集群本質上可以被認為具有兩部分： 控制平面和節點。

在 Kubernetes 中，每個節點都是自己的 Linux 環境。其靈活性在于它可以是物理機或虛擬機。Kubernetes 中的每個節點都運行包含容器的 pod。

控制平面主要負責維護集群所需狀態的任務，例如正在運行的應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，計算機器實際上負責運行應用程序和工作負載。

Kubernetes 在操作系統之上執行，例如 Linux，并與在節點上運行的容器 pod 進行通信。

Kubernetes 控制平面接受來自管理員（或 DevOps 團隊）的指令，然后將它們轉發給計算機。

這種機制可以很好地與許多服務一起使用，以自動選擇哪個節點最適合給定任務。之后，它分配必要的資源并將工作委托給該節點中的 Pod。

Kubernetes 就像船一樣。

Kubernetes 是一個希臘詞，翻譯為“船長”或“帆船大師” ，集裝箱船的類比就是受其啟發。船長負責這艘船。因此，將 Kubernetes 類比為信息技術空間中容器的船長或協調者。

把Docker 容器 想象成包裝盒。需要運往同一個目的地的箱子應該放在一起并裝入同一個集裝箱。在這個類比中，包裝箱是 Docker 容器，運輸容器是 pod。

我們對貨船的要求是安全到達目的地并避開海上風暴（互聯網）。Kubernetes 作為船長，引導船舶沿著平穩的路徑前進，這意味著確保其監督下的所有應用程序都得到管理。

Kubernetes 為Pod 提供了自己的IP 地址 ，而 iptables允許用戶控制網絡流量。

如創意所示，在 Kubernetes 中，iptables 被替換為eBPF。

為什么需要使用 Kubernetes 開發物聯網應用程序？

使用 Kubernetes 進行物聯網應用程序開發的 DevOps

物聯網解決方案必須能夠迅速提供新功能和升級，以滿足客戶和市場的需求。Kubernetes 為 DevOps 團隊提供了統一的部署方法，使他們能夠快速、自動地測試和部署新服務。以滾動升級的形式，Kubernetes 允許零停機部署。任務關鍵型物聯網解決方案（例如用于重要制造運營的解決方案）現在可以在不中斷流程的情況下進行更新，并且對客戶和最終用戶的影響最小。

物聯網應用程序的可擴展性

可擴展性，定義為。系統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網開發人員的難題。因此，可擴展性是許多物聯網解決方案的基本挑戰。

處理和服務無數設備連接、發送大量數據以及提供實時分析等高端服務的能力需要能夠根據物聯網部署需求靈活擴展和縮減的部署基礎設施。Kubernetes 允許開發人員跨不同的網絡集群自動擴展和縮減。

高可用系統

許多物聯網解決方案被認為是需要高度可靠和可用的業務/關鍵任務系統。例如，對于醫院的緊急醫療保健設施至關重要的物聯網解決方案需要隨時可用。Kubernetes 為開發人員提供了部署高可用性服務所需的工具。

Kubernetes 的架構還允許工作負載彼此獨立運行。此外，它們可以重新啟動，對最終用戶的影響可以忽略不計。

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。物聯網云集成通常是一組鏈接服務，用于處理設備連接和管理、數據攝取、數據集成、分析以及與 IT 和 OT 系統的集成等。這些服務將經常在 Amazon Web Services 或 Microsoft Azure 等公共云提供商上運行。

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

IoT Edge 部署

將物聯網服務部署到邊緣網絡是物聯網業務的重要發展。例如，將數據分析和機器學習服務部署在更靠近被監控的設備以提高預測性維護解決方案的響應能力可能會更有效。將數據分析和機器學習服務部署在離被監控設備更近的地方可能會更有效。

系統管理員和開發人員在以分布式和聯合方式運行物聯網服務時遇到了新的管理問題。另一方面，Kubernetes 提供了在邊緣啟動物聯網服務的單一框架。事實上，一個新的 Kubernetes IoT 工作組正在研究如何為 IoT 云和 IoT Edge 提供標準化的部署架構。

為什么我們需要在 IoT 應用程序中進行負載平衡？

負載平衡是在服務器場中的多臺服務器之間系統且有效地分配網絡或應用程序流量。每個負載均衡器都放置在客戶端設備和后端服務器之間。它接收入站請求，然后將其分發到任何能夠處理請求/工作的可用服務器。

Kubernetes 中最基本的負載均衡包括負載分配，這在調度級別很容易執行。Kubernetes 部署了兩種負載分配方法，它們都通過名為 Kube-proxy 的功能運行，該功能管理服務使用的虛擬 IP。

采用 Kubernetes 等云原生平臺背后的驅動力

今天，許多組織正在經歷數字化轉型階段。在這個階段，他們的主要目標是改變他們與客戶、供應商和合作伙伴的聯系方式。這些組織正在利用物聯網平臺、 物聯網數據分析或機器學習等技術提供的創新來實現其企業 IT 和 OT 系統的現代化。他們意識到新數字產品開發和部署的復雜性需要新的開發流程。因此，他們轉向敏捷開發和基礎設施工具，例如 Kubernetes

最近，Kubernetes 已成為用于云原生部署的最常用的標準容器編排框架。Kubernetes 已成為希望支持遷移到新微服務架構的開發團隊的主要選擇。它還支持用于持續集成 (CI) 和持續部署 (CD) 的 DevOps 文化。

事實上，Kubernetes 解決了開發團隊 在構建和部署 IoT 應用程序時遇到的許多復雜挑戰。這就是為什么使用微服務構建物聯網應用程序已成為一種趨勢的原因。

物聯網應用程序開發 Kubernetes 的未來趨勢

Kubernetes 生產運營 2.0 版

在以卓越的敏捷性和靈活性在生產環境中成功部署 Kubernetes 之后，生產和制造領域的公司正在尋求進一步擴展 Kubernetes 集群中的工作負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行的軟件在 Kubernetes 的早期就已經存在，其功能目的和架構元素集。但是，為了充分利用 Kubernetes，我們必須根據我們的個人需求對其進行調整和定制。然而，為了充分利用 Kubernetes 的優勢并更好地適應現代運營模式，還需要進行調整。Kubernetes 現在已經達到了其進化發展的階段，開發人員可以直接在平臺上構建應用程序。因此，Kubernetes 作為未來幾年現代應用程序架構的決定因素將變得越來越重要。

邊緣的 Kubernetes

Kube Edge 目前是一個令人興奮的項目，它將有助于 Kubernetes 和 Docker 的無縫管理和部署功能。它還將導致打包的應用程序在設備或邊緣順利運行。

因此，我們已經看到 Kubernetes 社區正在迅速擴展和發展。這些進步使云原生物聯網解決方案的制作成為可能，這些解決方案具有可擴展性和可靠性，并且可以在最具挑戰性的環境中輕松部署。