CN110851145A - 一种基于容器编排的边缘云安装维护方法及*** - Google Patents

一种基于容器编排的边缘云安装维护方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明属于边缘云运维技术领域，公开了一种基于容器编排边缘云的方法及***，通过将云平台组件模块进行配置和依赖分解将云平台组件容器化，基于微服务化的云平台安装升级配置开发基础设施编排服务；实现边缘Kubernetes集群***改造；按照边缘节点是否需要独立控制边缘云的安装运维，优化Kubernetes组件，分别在边缘节点安装Kubernetes工作负载节点以及安装简化的Kubernetes集群；配置好基础设施编排服务以及基于边缘的Kubernetes集群后，通过中心云的基础设施编排服务在中心云Kubernetes集群或者每个边缘站点下发安装或者升级容器化的云平台；本发明提供的该方法通过自动化编排云平台基础设施服务，在中心云远程实现对大规模边缘节点云平台的批量自动安装操作，解决大规模边缘云需要重复执行安装的问题。

Description

一种基于容器编排的边缘云安装维护方法及***
技术领域
本发明属于边缘云运维技术领域，更具体地，涉及一种基于容器编排的边缘云安装维护的方法及***。
背景技术
边缘云是一种在网络边缘或靠近用户接入点侧部署云计算能力的平台，是边缘计算的重要组成部分。边缘计算是相对于中心云计算而言的，与传统的云计算中心化思维不同，其主要计算节点及应用分布式部署在看见终端设备的数据中心或者物理设备上，数据不用传输到云端完成处理，在边缘端上就可以完成实时数据分析和智能化处理，使得服务的响应性能、可靠性都高于中心化的云计算。总体来说边缘计算具有低时延、高带宽、安全性等特征，在5G和工业互联网领域，对边缘计算的需求更加迫切。
边缘云相对于中心云来说具有大规模、异构设施、网络不可靠或有限的带宽、无人值守的特点，需要满足对边缘基础设施的管理，包含对虚拟机及裸金属资源池的管理及统一调度。由于边缘云的特征，首先是大规模的特征，每个边缘站点都需要安装部署边缘云平台，需要大量的重复人力物力满足此项需求；其次无人值守，在边缘云平台需要实施更新或安装补丁时，当前传统的模式需要手动远程登录站点服务器进行更新，在某些场景下无法满足批量操作及自动化的需求。在某些平台上，部署过程包括角色规划、操作***安装、平台安装、平台配置、功能测试等步骤，其中平台安装及配置工作耗时较长，并且组件间依赖关系较为复杂，总体安装可能需要数周或数月，并且部署过程无法批量复制应用到其它平台。然而对于快速变化的边缘环境来说，例如电信企业或者工业需要的是能够快速启动创新服务的平台，任何低效率的操作会对企业造成不可估量的损失。边缘站点地理位置分散、边缘架构千差万别，如何构造尽可能自动化并且可重复的平台安装和调试，尽可能消除人工干预，打造可扩展、可自动升级维护的边缘云平台，是当前亟待解决的重要问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于容器编排的边缘云安装维护的方法，其目的在于解决大规模的边缘云自身安装部署困难、无法远程更新及维护的问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于容器编排的边缘云安装维护的方法，包括：
(1)通过将云平台组件模块进行配置和依赖分解将云平台组件容器化，基于微服务化的云平台安装升级配置开发基础设施编排服务；
(2)按照边缘节点是否需要独立控制边缘云的安装或升级，优化Kubernetes组件，分别在边缘节点安装Kubernetes工作负载节点以及安装级联的简化的Kubernetes集群，实现边缘Kubernetes集群***改造；
(3)配置好基础设施编排服务以及基于边缘的Kubernetes集群后，通过中心云的基础设施编排服务在中心云Kubernetes集群或者每个边缘站点下发安装或者升级容器化的云平台。
优选地，上述基于容器编排的边缘云安装维护的方法，云平台组件容器化的方法包括：
(1.1)将云平台组件进行配置及依赖分解；
(1.2)将划分好的各组件制作成OCI标准的容器镜像；
(1.3)云平台各组件容器组建制作成符合Kubernetes编排的Helm Charts图表；
(1.4)通过Armada工具制作具有依赖关系的云平台安装声明式配置；
(1.5)通过声明配置开发基础设施编排服务，在任意Kubernetes集群中部署互不干扰的多个云平台。
优选地，上述基于容器编排的边缘云安装维护的方法，步骤(1.4)生成的HelmCharts图表用于编排组件安装时的内部依赖及配置。
优选地，上述基于容器编排的边缘云安装维护的方法，步骤(1.5)中，每个云平台所有组件进行配置隔离及节点资源隔离，配置隔离通过Armada声明式配置实现，节点资源隔离通过节点反亲和及节点标签实现。
优选地，上述基于容器编排的边缘云安装维护的方法，边缘Kubernetes集群***改造的方法包括：
(2.1)优化改造Kubernetes集群，在中心云Kubernetes自定义资源，定制云端连接组件，用于管理及配置边缘云中的Kubernetes工作负载节点；
(2.2)优化修改Kubernetes工作负载节点kubelet组件，新增边缘端连接组件、元数据管理及轻量化SQLite数据库，用于保存本地状态及同中心云同步；
(2.3)针对边缘节点部署管理控制平面的情况，优化Kubernetes控制平面的组件，轻量化控制组件，并定义云端连接组件，实现当前集群元数据信息同上层Kubernetes集群之间的信息同步及控制。
优选地，上述基于容器编排的边缘云安装维护的方法，步骤(2)包括：
(2.4)在中心云Kubernetes集群之上通过基础设施编排服务启动中心云的容器化云平台；
(2.5)判断是否需要在边缘节点独立控制边缘云基础设施服务的安装及升级，如果需要独立控制则进入步骤(2.6)，否则跳转到步骤(2.8)；
(2.6)优化修改Kubernetes计算组件，新增边缘端连接组件，支持在边缘节点运行worker工作负载节点，并且受中心云Kubernetes集群统一调度，进入步骤(2.7)；
(2.7)在边缘节点运行Worker工作负载节点，并在中心云Kubernetes集群上管理此边缘工作负载节点，进入步骤(2.10)；
(2.8)优化Kubernetes控制平面的组件、轻量化控制组件，并定义云端连接组件，进入步骤(2.9)；
(2.9)在边缘节点运行简化的Kubernetes集群，并在中心云Kubernetes集群上管理边缘Kubernetes集群及worker节点，进入步骤(2.10)；
(2.10)在中心云Kubernetes上编排应用，在中心云运行或者边缘节点运行；
(2.11)在中心云的基础设施编排服务上统一管理编排所有边缘云的安装和升级，在每个边缘站点安装及升级可裁剪的容器化的边缘云平台，并结束。
优选地，上述基于容器编排的边缘云安装维护的方法，步骤(3)包括：
(3.1)在中心云Kubernetes上编排应用，可选择在中心云运行或者边缘节点运行；
(3.2)在中心云的基础设施编排服务上统一管理编排所有边缘云的安装和升级。
优选地，上述基于容器编排的边缘云安装维护的方法，在云平台组件容器化之前还包括在中心云安装kubernetes集群的步骤，安装及配置控制组件、计算组件及云端连接组件。
为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种基于容器编排的边缘云安装维护的方法，包括处理器、存储器、以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序；该计算机程序被处理器执行时实现上述任一项的方法。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明提供的基于容器编排的边缘云安装维护方法，通过自动化编排云平台基础设施服务，在中心云远程实现对大规模边缘节点云平台的批量安装操作，执行过程自动化，降低升级、运维成本，解决大规模边缘云需要重复执行安装的问题；
(2)本发明提供的基于容器编排的边缘云安装维护的方法，通过容器化组件的方式实现微服务解耦，解决了传统安装方式因无法分离组件间依赖、实现配置自动化的问题，可以远程自动化实现边缘云平台组件裁剪及自定义安装部署及升级维护操作，满足边缘站点无人值守的需求。
附图说明
图1是本发明实施例中的基于容器编排的边缘云架构；
图2是实施例中云平台组件容器化的实现流程示意图；
图3是实施例提供的基于容器编排的边缘云安装维护的方法流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例中，基于容器编排的边缘云架构参照图1；
中心云在Linux***上运行Kubernetes集群及KVM虚拟化组件，安装Helm包管理器以及Armada依赖管理工具。
容器化的云平台基础服务，制作成声明式的文件进而封装成基础设施编排服务，可在Kubernetes集群编排运行多个容器化的云平台；基础设施编排服务的是基于Kubernetes平台，通过将云平台容器化，增加组件模块化安装的声明式配置、调度策略、自动化流程、服务生命周期管理功能，实现的云平台基础设施服务自动编排***；
在中心云上的Kubernetes集群可以运行除云平台之外的云原生应用；
边缘云安装Linux操作***，边缘云包括两种配置：一是配置Kubernetes计算组件，连接中心云的Kubernetes集群，此模式下边缘节点不能独立控制容器化的云平台安装及更新，只能由中心云统一控制下发；二是配置简化的Kubernetes集群，由中心云的Kuberentes集群级联管理，此模式下在中心云和边缘节点可以控制边缘云的安装部署及升级维护操作；
边缘云可以运行云原生应用，也可以由容器化的云平台管理虚拟机，在虚拟机内运行MEC APP等应用。
实施例提供的基于容器编排的边缘云安装维护方法，包括：
(1)将云平台组件容器化，具体是将云平台组件模块进行配置和依赖分解，并且基于微服务化的云平台安装升级配置开发基础设施编排服务；
(2)边缘Kubernetes集群***改造，具体是按照边缘节点是否需要独立控制边缘云的安装及升级，优化Kubernetes组件，分别在边缘节点安装Kubernetes工作负载节点以及安装级联的简化的Kubernetes集群；
(3)通过基础设施编排服务在中心云的Kubernetes集群或者每个边缘站点下发安装或者升级容器化的云平台。
在一个优选实施例中，云平台组件容器化的流程参照图2，包括：
(1.1)将云平台组件进行配置及依赖分解；以OpenStack开源云平台为例，将Nova计算组件、Neutron网络组件、Cinder存储组件进行微服务化，按照最小化的粒度划分为nova-api、nova-conductor、neutron-server、cinder-api等组件；
(1.2)将划分好的各组件制作成符合OCI规范(一种镜像规范)的容器镜像，开放容器标准OCI规范是围绕容器格式和运行时制定的一个开放的工业化标准，包括文档容器运行时标准和容器镜像标准；容器镜像标准包含文件***、config文件、manifest文件等内容；Docker镜像支持OCI规范；
(1.3)云平台各组件容器组建制作成符合Kubernetes编排的Helm Charts图表，Helm Charts图表能够编排组件安装时的内部依赖及配置，例如通过Charts能够安装Nova相关组件；
(1.4)通过Armada工具制作具有依赖关系的云平台安装声明式配置；例如可以管理OpenStack开源云平台的安装及升级，也可以通过声明式配置对云平台组件进行裁剪，例如可以保留Nova、Neutron等开源OpenStack云平台的核心组件；
(1.5)通过声明式配置开发基础设施编排服务，可以在任意Kubernetes集群中部署互不干扰的多个云平台；在一个优选实施例中每个云平台所有组件进行配置隔离及节点资源隔离，配置隔离通过Armada声明式配置实现，节点资源隔离通过节点反亲和及节点标签实现。
在一个优选实施例中，边缘Kubernetes集群***改造包括：
(2.1)优化改造Kubernetes集群，在中心云Kubernetes通过CRD自定义资源，定制云端连接组件，用于管理及配置边缘云中的Kubernetes工作负载节点；
(2.2)优化修改Kubernetes工作负载节点kubelet组件，新增边缘端连接组件、元数据管理及轻量化SQLite数据库，用于保存本地状态及同中心云同步；社区原生的节点需要定时主动上报，对网络及时延的要求较高，修改之后可以满足网络不可靠以及网络中断的情况；
(2.3)针对边缘节点部署管理控制平面的情况，需要优化Kubernetes控制平面的组件，轻量化控制组件，并且通过CRD定义云端连接组件，实现当前集群元数据信息同上层Kubernetes集群之间的信息同步及控制。
配置好基础设施编排服务以及基于边缘的Kubernetes集群之后，即可通过中心云的基础设施编排服务在中心云Kubernetes集群或者每个边缘站点下发安装或者升级容器化的云平台。
以下结合图3及具体实例来进一步阐述本发明提供的基于容器编排的边缘云安装维护方法，包括：
步骤1：在中心云安装kubernetes集群，包含控制组件及计算组件，安装及配置云端连接组件；
步骤2：将云平台组件容器化，制作成OCI标准的容器镜像，将云平台组件容器镜像制作成helm charts图表，将云平台组件charts图表制作成Armada声明式配置；
步骤3：通过Armada声明式配置制作基础设施编排服务，可以在任意Kubernetes集群编排多个容器化的云平台；
步骤4：在中心云Kubernetes集群之上通过基础设施编排服务启动中心云的容器化云平台；
步骤5：判断是否需要在边缘节点独立控制边缘云基础设施服务的安装或升级，如果是则进入步骤6，否则跳转到步骤8；
步骤6：优化修改Kubernetes工作负载节点组件，新增边缘端连接组件，支持在边缘节点运行worker工作负载节点，并且受中心云Kubernetes集群统一调度，进入步骤7；
步骤7：在边缘节点运行Worker工作负载节点，并在中心云Kubernetes集群上管理此边缘工作负载节点，进入步骤10；
步骤8：优化Kubernetes控制平面的组件，轻量化控制组件，并且通过CRD定义云端连接组件，进入步骤9；
步骤9：在边缘节点运行简化的Kubernetes集群，并在中心云Kubernetes集群上管理边缘Kubernetes集群及worker节点，进入步骤10；
步骤10：在中心云Kubernetes上编排应用，可选择在中心云运行或者边缘节点运行；
步骤11：在中心云的基础设施编排服务上统一管理编排所有边缘云的安装和升级，在每个边缘站点安装及升级可裁剪的容器化的边缘云平台，并结束。
实施例提供的上述基于容器编排的边缘云安装维护方法，能够有效解决大规模的边缘云自身安装部署困难、无法远程更新及维护的问题；优化底层边缘云平台在缩短业务部署时间、节省资源以及最小化运营成本方面可以发挥重要作用。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于容器编排的边缘云安装维护的方法，其特征在于，包括：
(1)通过将云平台组件模块进行配置和依赖分解实现云平台组件容器化，基于微服务化的云平台安装升级配置开发基础设施编排服务；
(2)实现边缘Kubernetes集群***改造；按照边缘节点是否需要独立控制边缘云的安装运维，优化Kubernetes组件，分别在边缘节点安装Kubernetes工作负载节点以及安装简化的Kubernetes集群；
(3)配置好基础设施编排服务以及基于边缘的Kubernetes集群后，通过中心云的基础设施编排服务在中心云Kubernetes集群或者每个边缘站点下发安装或者升级容器化的云平台。
2.如权利要求1所述的边缘云安装维护的方法，其特征在于，云平台组件容器化的方法包括：
(1.1)将云平台组件进行配置及依赖分解；
(1.2)将划分好的各组件制作成OCI标准的容器镜像；
(1.3)云平台各组件容器组建制作成符合Kubernetes编排的Helm Charts图表；
(1.4)通过Armada工具制作具有依赖关系的云平台安装声明式配置；
(1.5)通过声明配置开发基础设施编排服务，在任意Kubernetes集群中部署互不干扰的多个云平台。
3.如权利要求2所述的边缘云安装维护的方法，其特征在于，步骤(1.4)生成的HelmCharts图表用于编排组件安装时的内部依赖及配置。
4.如权利要求2或3所述的边缘云安装维护的方法，其特征在于，步骤(1.5)中，每个云平台所有组件进行配置隔离及节点资源隔离，配置隔离通过Armada声明式配置实现，节点资源隔离通过节点反亲和及节点标签实现。
5.如权利要求1或2所述的边缘云安装维护的方法，其特征在于，边缘Kubernetes集群***改造的方法包括：
(2.1)优化改造Kubernetes集群，在中心云Kubernetes自定义资源，定制云端连接组件，用于管理及配置边缘云中的Kubernetes工作负载节点；
(2.2)优化修改Kubernetes工作负载节点kubelet组件，新增边缘端连接组件、元数据管理及轻量化SQLite数据库，用于保存本地状态及同中心云同步；
(2.3)针对边缘节点部署管理控制平面的情况，优化Kubernetes控制平面的组件，轻量化控制组件，并定义云端连接组件，实现当前集群元数据信息同上层Kubernetes集群之间的信息同步及控制。
6.如权利要求1或2所述的边缘云安装维护的方法，其特征在于，步骤(2)包括：
(2.4)在中心云Kubernetes集群之上通过基础设施编排服务启动中心云的容器化云平台；
(2.5)判断是否需要在边缘节点独立控制边缘云基础设施服务的安装及升级，如果是则进入步骤(2.6)，否则跳转到步骤(2.8)；
(2.6)优化修改Kubernetes计算组件，新增边缘端连接组件，支持在边缘节点运行worker工作负载节点，并且受中心云Kubernetes集群统一调度，进入步骤(2.7)；
(2.7)在边缘节点运行Worker工作负载节点，并在中心云Kubernetes集群上管理此边缘工作负载节点，进入步骤(2.10)；
(2.8)优化Kubernetes控制平面的组件、轻量化控制组件，并定义云端连接组件，进入步骤(2.9)；
(2.9)在边缘节点运行简化的Kubernetes集群，并在中心云Kubernetes集群上管理边缘Kubernetes集群及worker工作负载节点，进入步骤(2.10)；
(2.10)在中心云Kubernetes上编排应用，在中心云运行或者边缘节点运行；
(2.11)在中心云的基础设施编排服务上统一管理编排所有边缘云的安装和升级，在每个边缘站点安装及升级可裁剪的容器化的边缘云平台，并结束。
7.如权利要求1或2所述的边缘云安装维护的方法，其特征在于，步骤(3)包括：
(3.1)在中心云Kubernetes上编排应用，可选择地在中心云运行或者边缘节点运行；
(3.2)在中心云的基础设施编排服务上统一管理编排所有边缘云的安装和升级。
8.如权利要求1或2所述的边缘云安装维护的方法，其特征在于，在云平台组件容器化之前还包括在中心云安装kubernetes集群的步骤，安装及配置控制组件、计算组件及云端连接组件。
9.一种基于容器编排的边缘云安装维护的方法，其特征在于，包括处理器、存储器、以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序；该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～8任一项所述的方法。
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