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Kubernetes 在物联网应用中的重要性

时间:2022-08-25 10:46:30  来源:网易  作者:qaseven
借助 Kube.NETes,开发团队可以快速验证、推出和部署对物联网服务的更改。

 

Kubernetes 是一种用于部署云原生应用程序的服务。由于云应用程序与我们的物联网设备和产品相关联,这就是我们需要使用Kubernetes构建物联网应用程序的地方。

由于安全性、延迟、自主性和成本,物联网分析正在从云端转移到边缘。但是,将负载分配和管理到边缘的数百个节点可能是一项复杂的任务。因此,在边缘设备上分配和管理负载的要求是使用轻量级的生产级解决方案,例如 Kubernetes。

 

什么是 Kubernetes?

 

Kubernetes 或K8s 是一个容器编排系统,可帮助应用程序开发人员轻松部署、扩展和管理云原生应用程序。此外,容器化有助于简化云原生应用程序的生命周期。

 

Kubernetes 的工作原理

 

当我们部署了一个工作的Kubernetes时,我们通常将其称为一个集群。Kubernetes 集群本质上可以被认为具有两部分: 控制平面和节点。

在 Kubernetes 中,每个节点都是自己的 linux 环境。其灵活性在于它可以是物理机或虚拟机。Kubernetes 中的每个节点都运行包含容器的 pod。

控制平面主要负责维护集群所需状态的任务,例如正在运行的应用程序的类型以及它们正在使用哪些容器镜像。值得注意的是,计算机器实际上负责运行应用程序和工作负载。

Kubernetes 在操作系统之上执行,例如 Linux,并与在节点上运行的容器 pod 进行通信。

Kubernetes 控制平面接受来自管理员(或 DevOps 团队)的指令,然后将它们转发给计算机。

这种机制可以很好地与许多服务一起使用,以自动选择哪个节点最适合给定任务。之后,它分配必要的资源并将工作委托给该节点中的 Pod。

Kubernetes 就像船一样。

Kubernetes 是一个希腊词,翻译为“船长”或“帆船大师” ,集装箱船的类比就是受其启发。船长负责这艘船。因此,将 Kubernetes 类比为信息技术空间中容器的船长或协调者。

Docker 容器 想象成包装盒。需要运往同一个目的地的箱子应该放在一起并装入同一个集装箱。在这个类比中,包装箱是 Docker 容器运输容器是 pod

我们对货船的要求是安全到达目的地并避开海上风暴(互联网)。Kubernetes 作为船长,引导船舶沿着平稳的路径前进,这意味着确保其监督下的所有应用程序都得到管理。

Kubernetes Pod 提供了自己的IP 地址 ,而 iptables允许用户控制网络流量。

如创意所示,在 Kubernetes 中,iptables 被替换为eBPF。

 

为什么需要使用 Kubernetes 开发物联网应用程序?
使用 Kubernetes 进行物联网应用程序开发的 DevOps

 

物联网解决方案必须能够迅速提供新功能和升级,以满足客户和市场的需求。Kubernetes 为 DevOps 团队提供了统一的部署方法,使他们能够快速、自动地测试和部署新服务。以滚动升级的形式,Kubernetes 允许零停机部署。任务关键型物联网解决方案(例如用于重要制造运营的解决方案)现在可以在不中断流程的情况下进行更新,并且对客户和最终用户的影响最小。

 

物联网应用程序的可扩展性

 

可扩展性,定义为。系统通过利用额外资源有效管理越来越多的工作的能力仍然是物联网开发人员的难题。因此,可扩展性是许多物联网解决方案的基本挑战。

处理和服务无数设备连接、发送大量数据以及提供实时分析等高端服务的能力需要能够根据物联网部署需求灵活扩展和缩减的部署基础设施。Kubernetes 允许开发人员跨不同的网络集群自动扩展和缩减。

 

高可用系统

 

许多物联网解决方案被认为是需要高度可靠和可用的业务/关键任务系统。例如,对于医院的紧急医疗保健设施至关重要的物联网解决方案需要随时可用。Kubernetes 为开发人员提供了部署高可用性服务所需的工具。

Kubernetes 的架构还允许工作负载彼此独立运行。此外,它们可以重新启动,对最终用户的影响可以忽略不计。

 

高效利用云资源

 

Kubernetes 通过最大限度地利用云资源来帮助提高效率。物联网云集成通常是一组链接服务,用于处理设备连接和管理、数据摄取、数据集成、分析以及与 IT 和 OT 系统的集成等。这些服务将经常在 Amazon Web Services 或 Microsoft Azure 等公共云提供商上运行。

因此,在计算管理和部署这些服务的全部成本时,充分利用云提供商资源至关重要。在底层虚拟机之上,Kubernetes 添加了一个抽象层。管理员可以专注于在最合适数量的 VM 上部署 IoT 服务,而不是在单个 VM 上部署单个服务。

 

IoT Edge 部署

 

物联网服务部署到边缘网络是物联网业务的重要发展。例如,将数据分析和机器学习服务部署在更靠近被监控的设备以提高预测性维护解决方案的响应能力可能会更有效。将数据分析和机器学习服务部署在离被监控设备更近的地方可能会更有效。

系统管理员和开发人员在以分布式和联合方式运行物联网服务时遇到了新的管理问题。另一方面,Kubernetes 提供了在边缘启动物联网服务的单一框架。事实上,一个新的 Kubernetes IoT 工作组正在研究如何为 IoT 云和 IoT Edge 提供标准化的部署架构。

 

为什么我们需要在 IoT 应用程序中进行负载平衡?

 

负载平衡是在服务器场中的多台服务器之间系统且有效地分配网络或应用程序流量。每个负载均衡器都放置在客户端设备和后端服务器之间。它接收入站请求,然后将其分发到任何能够处理请求/工作的可用服务器。

Kubernetes 中最基本的负载均衡包括负载分配,这在调度级别很容易执行。Kubernetes 部署了两种负载分配方法,它们都通过名为 Kube-proxy 的功能运行,该功能管理服务使用的虚拟 IP。

 

采用 Kubernetes 等云原生平台背后的驱动力

 

今天,许多组织正在经历数字化转型阶段。在这个阶段,他们的主要目标是改变他们与客户、供应商和合作伙伴的联系方式。这些组织正在利用物联网平台、 物联网数据分析或机器学习等技术提供的创新来实现其企业 IT 和 OT 系统的现代化。他们意识到新数字产品开发和部署的复杂性需要新的开发流程。因此,他们转向敏捷开发和基础设施工具,例如 Kubernetes

最近,Kubernetes 已成为用于云原生部署的最常用的标准容器编排框架。Kubernetes 已成为希望支持迁移到新微服务架构的开发团队的主要选择。它还支持用于持续集成 (CI) 和持续部署 (CD) 的 DevOps 文化

事实上,Kubernetes 解决了开发团队 在构建和部署 IoT 应用程序时遇到的许多复杂挑战。这就是为什么使用微服务构建物联网应用程序已成为一种趋势的原因。

 

物联网应用程序开发 Kubernetes 的未来趋势
Kubernetes 生产运营 2.0 版

 

在以卓越的敏捷性和灵活性在生产环境中成功部署 Kubernetes 之后,生产和制造领域的公司正在寻求进一步扩展 Kubernetes 集群中的工作负载以满足不同的需求。

 

Kubernetes-原生软件热潮

 

需要作为容器的一部分运行的软件在 Kubernetes 的早期就已经存在,其功能目的和架构元素集。但是,为了充分利用 Kubernetes,我们必须根据我们的个人需求对其进行调整和定制。然而,为了充分利用 Kubernetes 的优势并更好地适应现代运营模式,还需要进行调整。Kubernetes 现在已经达到了其进化发展的阶段,开发人员可以直接在平台上构建应用程序。因此,Kubernetes 作为未来几年现代应用程序架构的决定因素将变得越来越重要。

 

边缘的 Kubernetes

 

Kube Edge 目前是一个令人兴奋的项目,它将有助于 Kubernetes 和 Docker 的无缝管理和部署功能。它还将导致打包的应用程序在设备或边缘顺利运行。

因此,我们已经看到 Kubernetes 社区正在迅速扩展和发展。这些进步使云原生物联网解决方案的制作成为可能,这些解决方案具有可扩展性和可靠性,并且可以在最具挑战性的环境中轻松部署。



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