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Kubernetes在物联网应用中的重要性

2022-08-26 10:33:584636

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。

把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为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

将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。