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作者 | 新胜 阿里云技术专家
导读OpenYurt 开源两周以来以非侵入式的架构设计融合云原生和边缘计算两大领域引起了不少行业内同学的关注。阿里云推出开源项目 OpenYurt一方面是把阿里云在云原生边缘计算领域的经验回馈给开源社区另一方面也希望加速云计算向边缘延伸的进程并和社区共同探讨未来云原生边缘计算架构的统一标准。为了更好地向社区和用户介绍 OpenYurt我们特地推出【深度解读OpenYurt】系列文章本文为系列文章的第三篇一一介绍了 OpenYurt 中组件 YurtHub 的扩展能力。
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OpenYurt 开箱测评 | 一键让原生 K8s 集群具备边缘计算能力深度解读 OpenYurt 边缘自治能力设计解析
OpenYurt 介绍
阿里云边缘容器服务上线 1 年后正式开源了云原生边缘计算解决方案 OpenYurt跟其他开源的容器化边缘计算方案的区别在于OpenYurt 秉持 Extending your native Kubernetes to edge 的理念对 Kubernetes 系统零修改并提供一键式转换原生 Kubernetes 为 openyurt让原生 K8s 集群具备边缘集群能力。
同时随着 OpenYurt 的持续演进也一定会继续保持如下发展理念
非侵入式增强 K8s保持和云原生社区主流技术同步演进
YurtHub 架构说明
在上篇文章中我们介绍了 OpenYurt 的边缘自治能力重点解读了其中的组件 YurtHub。其架构图如下 同时在介绍 YurtHub 的优势中我们提到 与 Kubernetes 设计理念契合YurtHub 非常容易扩展出更多的能力。具体在 YurtHub 扩展出了什么能力呢接下来我们将一一展开介绍。
YurtHub 的扩展能力
1. 边缘网络自治
首先介绍一下何谓边缘网络自治即在边缘和云端网络断连时不管时业务容器重启或是边缘节点重启等边缘业务的跨节点通信可以持续工作或是自动恢复。
在 OpenYurt 中实现边缘网络自治需要解决如下的问题以 flannel vxlan overlay 网络为例
问题 1: 节点上的网络配置可以自治kube-proxy 的 iptables/ipvs 规则flannel 的 fdb/arp/route 配置coredns 的域名解析等网络配置在节点重启后可以自动恢复否则边缘跨节点通信将无法持续问题 2: 业务容器 IP 保持不变因为和云端网络断连状态下容器 IP 变化将无法通知到其他节点问题 3: vtep(vxlan tunnel endpoint) 的 mac 地址保持不变原因和容器 IP 保持不变类似。
从问题 1 可以看出必须解决 kube-proxy/flannel/coredns 等组件的自治才能实现网络配置的自治。如果之前边缘自治是采用重构 kubelet 来实现的话要实现边缘网络自治就会碰到很大的麻烦如果强行把重构的 kubelet 自治能力移植到各个网络组件 (kube-proxy/flannel/coredns)也对整个架构将是噩梦。
在 OpenYurt 中因为 YurtHub 的独立性kube-proxy/flannel/coredns 等网络组件轻松使用 YurtHub 来实现网络配置的自治能力。因为 YurtHub 缓存了 service 等网络配置资源在 local storage即使断网并且节点重启网络组件仍然可以获得断网前的 object 状态以及相应的配置信息。如下图所示: 问题 23 和 Kubernetes core 无关主要涉及到 cni 插件和 flanneld 的增强后续文章中再详细介绍。
2. 多云端地址支持
公有云上的 Kubernetes 高可用部署时多实例 kube-apiserver 前面一般都挂了一个 SLB但是在专有云场景下或者边缘计算场景下节点需要通过多个云端地址来访问。比如:
专有云场景因为没有 SLB 服务用户需要需要在云端通过 VIP 方式来自行实现 kube-apiserver 的负载均衡或者像 kubespray 那样在每个节点上部署一个 nginx 来实现多云端地址的访问边缘计算场景: 考虑到边缘和云端之间网络的稳定性和安全性要求某些场景下用户也通过专线和公网两种方式和云端通信比如优先采用专线当专线故障时能自动切换到公网通信。
YurtHub 正式考虑到了上述的需求支持多云端地址访问。云端地址的负载均衡模式可以选择
rr(round-robin) 轮转模式默认选择该模式priority: 优先级模式高优先级地址故障后才使用低优先级地址。
具体可以参照 YurtHub 的 LB 模块如下图所示 3. 节点维度的云端流控
对于一个分布式系统来说流控都是一个无法回避的问题。原生 Kubernetes 从集群视角在 kube-apiserver 中以及从访问者视角在 client-go 库中封装了流量管控在边缘计算场景下client-go 的流量管控既分散又对业务有一定侵入显然不能很好的解决流控问题。
YurtHub 在边缘可以接管不论是系统组件还是业务容器对云端访问的流量可以很好的解决节点维度的云端流控问题。目前 YurtHub 的流控配置是单节点上对云端的并发请求数超过 250 个时将拒绝新的请求。
4. 节点证书轮换管理
Kubernetes 已经支持节点证书自动轮换即当节点证书快过期前kubelet 会自动向云端申请新的节点证书。但是在边缘计算场景下很有可能因为边缘和云端网络的断连造成 kubelet 将无法完成证书的轮换。证书过期后即使和云端网络连接恢复节点证书也可能无法自动轮换并造成 kubelet 的频繁重启。
YurtHub 在接管节点和云端通信流量时同时也可以接管节点的证书管理。这样既解决了各类安装工具对节点证书的管理的不一致也解决了证书过期后网络再恢复时的证书轮换问题。另外目前 YurtHub 还是 kubelet 共享节点证书YurtHub 的独立节点证书管理功能将在近期开源。
5. 其他
YurtHub 除了前面介绍的扩展能力还有很多有价值的能力在此也简单介绍
节点多租隔离管理在具备多租隔离能力的 Kubernetes 集群中假定节点归属于某个租户那么 YurtHub 将可以确保节点上所有云端请求都只返回节点所属租户的资源。比如说 list service 将只返回该租户的 service。而这种多租隔离能力不需要其他组件做任何修改。当然如果要实现集群内的多租隔离需要配合相应的多组 CRD 等详细可以参照项目 kubernetes-sigs/multi-tenancy集群间节点迁移某些场景下边缘节点需要从集群 A 迁移到集群 B常规操作是先从集群 A 下线然后再次接入集群 B最后在集群 B 部署节点上的应用。因为 YurtHub 对节点流量以及节点证书的接管可以直接对 YurtHub 注入集群B的信息让节点无损迁移到集群 B通过域名访问云端 kube-apiserver 等等一些其他功能。
总结
通过上述的扩展能力可以看出YurtHub 不仅仅是边缘节点上的带有数据缓存能力的反向代理。而是对 Kubernetes 节点应用生命周期管理加了一层新的封装提供边缘计算所需要的核心管控能力YurtHub 不仅仅适用于边缘计算场景其实可以作为节点侧的一个常备组件适用于使用 Kubernetes 的任意场景。相信这也会驱动 YurtHub 向更高性能更高稳定性发展。
参考链接
kubespray: HA endpoints for K8s
OpenYurt 项目地址https://github.com/alibaba/openyurt欢迎大家参与共建有疑问可加入钉钉交流群31993519
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