K3S, OpenYurt, KubeEdge 主要差异

Kubernetes 已经成为云原生的标准,并且能够在任何基础设施上提供一致的云上体验。我们经常能够看到“容器 + Kubernetes”的组合在 DevOps 发挥 10X 效率,最近也有越来越多 Kubernetes 运行在数据中心外(边缘)的需求。

如果要在边缘部署较复杂的应用,那么 Kubernetes 是个理想的选择:

  • 容器的轻量化和可移植性非常适合边缘计算的场景;
  • Kubernetes 已经被证明具备良好的可扩展性;
  • 能够跨底层基础设施提供一致的体验;
  • 同时支持集群和单机运维模式;
  • Workload 抽象,例如:Deployment 和 Job 等;
  • 应用的滚动升级和回滚;
  • 围绕 Kubernetes 已经形成了一个强大的云原生技术生态圈,诸如:监控、日志、CI、存储、网络都能找到现成的工具链;
  • 支持异构的硬件配置(存储、CPU、GPU 等);
  • 用户可以使用熟悉的 kubectl 或者 helm chart 把 IoT 应用从云端推到边缘;
  • 边缘节点可以直接映射成 Kubernetes 的 Node 资源,而 Kubernetes 的扩展
  • API(CRD)可以实现对边缘设备的抽象。

然而 Kubernetes 毕竟是为云数据中心设计的,要想在边缘使用 Kubernetes 的能力,Kubernetes 或其扩展需要解决以下问题:

  • ARM 的低功耗和多核的特点又使得其在 IoT/Edge 领域的应用非常广泛,然而大部分的 Kubernetes 发行版并不支持 ARM 架构;
  • 很多设备边缘的资源规格有限,特别是 CPU 处理能力较弱,因此无法部署完整的 Kubernetes;
  • Kubernetes 非常依赖 list/watch 机制,不支持离线运行,而边缘节点的离线又是常态,例如:设备休眠重启;
  • Kubernetes 的运维相对于边缘场景用到的功能子集还是太复杂了;
  • 特殊的网络协议和拓扑要求。设备接入协议往往非 TCP/IP 协议,例如,工业物联网的 Modbus 和 OPC UA,消费物联网的 Bluetooth 和 ZigBee 等;

把 Kubernetes 从云端延伸到边缘,有3个开源项目做得不错,分别是 OpenYurt, KubeEdge 和 K3S,这篇文章主要讲下三者的主要差异。

K3S, OpenYurt, KubeEdge 三者都是基于Kubernetes的边缘计算相关的开源项目,完全兼容Kubernetes API,都可应用在边缘计算的场景。

K3S是轻量化的Kubernetes,可以不需要中心云,独立部署于边缘节点。和OpenYurt, KubeEdge相比也缺少边缘计算的云边协同,边缘自治等特性,K3S主要强调是轻量化的Kubernetes,应用于需要完整集群(包含管理集群)的边缘节点。

在边缘安装 Kubernetes 管理面将消耗较多资源,Kubernetes适合资源充足的“基础设施边缘”场景,K3S适用于资源较少的“设备边缘”的场景;但是为了管理边缘 Kubernetes/K3S 集群还需要在上面叠加一层多集群管理方案,遗憾的是该方案还不成熟。

KubeEdge的架构如下:

OpenYurt的架构如下:

KubeEdge要早于OpenYurt开源,KubeEdge已到1.4, 1.5版本,OpenYurt还处于0.3版本,还未发布1.0版本,KubeEdge相对于OpenYurt更成熟,功能更完善,但两者特色都是云边协同,边缘自治,管理节点在中心云,边缘节点在边缘。

KubeEdge和OpenYurt最主要的差异在:

OpenYurt可以通过命令将 Kubernetes 集群转换为 OpenYurt 集群,将 OpenYurt 集群 转换为 Kubernetes 集群。且OpenYurt完整的保留kubelet,KubeEdge的edged组件 是个重新开发的轻量化 Kubelet,实现 Pod,Volume,Node 等 Kubernetes 资源对象的生命周期管理。所以KubeEdge需要维护更新K8S的新版本,OpenYurt对边缘节点的资源要求较高,2U4G 起步,这个要求不管手机还是树莓派都可以轻松满足,要求不算苛刻,KubeEdge在边缘运行内存只有区区几十兆,做到了至极轻量,但功能精简严重,随着版本的升级,功能逐渐增加,对资源的消耗也逐渐在增加。OpenYurt相对于KubeEdge 跟随 Kubernetes 版本升级零负担,OpenYurt 非常容易扩展出更多的能力。

OpenYurt和KubeEdge的对比

OpenYurt和K3S的对比

边缘计算场景应用概况对比


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