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2022年6月14日，由中國信息通信研究院、中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)聯(lián)合主辦的“2022云邊協(xié)同大會(huì)”以線上方式順利召開。大會(huì)共開設(shè)了“技術(shù)無邊、應(yīng)用無垠、物聯(lián)無盡、智能無限”四大分論壇，邀請(qǐng)到近百位業(yè)界知名專家齊聚一堂，聚焦分布式云、邊緣計(jì)算、AIoT、云邊端一體化、行業(yè)應(yīng)用等前沿科技與應(yīng)用，透視未來發(fā)展。

在“技術(shù)無邊”分論壇中，阿里云智能邊緣云技術(shù)專家徐若晨分享了《邊緣云容器技術(shù)的探索與實(shí)踐》主題演講，展開探討了邊緣云的形態(tài)和價(jià)值、邊緣容器云平臺(tái)的技術(shù)挑戰(zhàn)、技術(shù)架構(gòu)、典型業(yè)務(wù)場景共四個(gè)方面，本文為整理內(nèi)容。

邊緣云的形態(tài)和價(jià)值

首先從客戶側(cè)來看，當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)眾多：

自建邊緣機(jī)房交付周期長、資產(chǎn)重；
邊緣節(jié)點(diǎn)常態(tài)化裁撤、割接，SLA難保障；
邊緣環(huán)境下，單個(gè)機(jī)房規(guī)模較小，業(yè)務(wù)的彈性差；
邊緣業(yè)務(wù)屬地特性強(qiáng)，集群維護(hù)成本高、難度大；

但是通過在中心和客戶現(xiàn)場之間，構(gòu)建起邊緣云這一層服務(wù)，就能夠解決以上問題：

秒級(jí)算力交付，大大提升客戶交付效率；
邊緣資源實(shí)現(xiàn)按量付費(fèi)，彈性擴(kuò)容，有效降低客戶的成本；
云原生交付方式，提升邊緣應(yīng)用的可運(yùn)維性，降低客戶的運(yùn)維成本；
海量低延時(shí)的邊緣集群資源覆蓋，提供體驗(yàn)更好，時(shí)延更低的客戶體驗(yàn)；

總體來說，邊緣云對(duì)于客戶的價(jià)值是顯而易見的：一方面通過終端計(jì)算的上移，提升業(yè)務(wù)的靈活性和可用的算力范圍；另一方面通過云端算力的下沉，能夠降低成本、縮短時(shí)延。

邊緣容器云平臺(tái)的技術(shù)挑戰(zhàn)

邊緣容器云平臺(tái)面對(duì)的技術(shù)挑戰(zhàn)主要來自于三方面：

集群小而多

受限于邊緣的物理環(huán)境限制，單個(gè)集群的規(guī)模通常有限。隨著資源的進(jìn)一步下沉，終端算力的進(jìn)一步上移，各類資源被納管進(jìn)來，資源的規(guī)模會(huì)迅速的增長。整體邊緣計(jì)算集群呈現(xiàn)為一種小而多的狀態(tài)，將會(huì)給資源管控，資源調(diào)度都會(huì)帶來較大的挑戰(zhàn)。如何高效地做好資源的管理和調(diào)度將會(huì)成為一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

環(huán)境復(fù)雜

邊緣設(shè)備的環(huán)境與數(shù)據(jù)中心的環(huán)境相比更為惡劣，存在著弱網(wǎng)、甚至斷網(wǎng)等一系列問題。在這樣的情況下，云邊協(xié)同、邊邊協(xié)同、邊緣自治、跨節(jié)點(diǎn)遷移能力的建設(shè)顯得尤為重要。

異構(gòu)

出于成本考量、業(yè)務(wù)特殊需求等原因，計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)在邊緣環(huán)境下都存在著較為嚴(yán)重的異構(gòu)場景。例如定制化的硬件、定制化的操作系統(tǒng)、軟件以及異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境結(jié)構(gòu)，這給云化納管帶來了較大的挑戰(zhàn)。如何通過統(tǒng)一的資源模型，納管各類異構(gòu)的資源，是邊緣場景下需要重點(diǎn)考量的問題。

邊緣容器云平臺(tái)的架構(gòu)

邊緣容器云平臺(tái)的架構(gòu)如下圖所示：

最底層是資源建設(shè)和運(yùn)維的平臺(tái)，主要作用是將各種物理資源通過統(tǒng)一的模型納管到系統(tǒng)中來，無論是ARM陣列、還是MEC、還是其他自建的集群和多云融合的集群，都是通過這一層去向上提供統(tǒng)一的界面。與此同時(shí)，最底層還需負(fù)責(zé)基礎(chǔ)資源的運(yùn)維工作。

最頂層是邊緣能力開放層，通過提供OpenAPI、開發(fā)者工具、能力開放平臺(tái)等，使得用戶、開發(fā)者可以通過開放層去使用阿里云邊緣容器平臺(tái)的各項(xiàng)能力來完善自己的業(yè)務(wù)。

中間層模塊與功能較多，接下來逐一介紹。

異構(gòu)資源納管

首先是異構(gòu)資源納管，簡單來說就是負(fù)責(zé)將資源接入k8s集群中。在這一模塊中，阿里云適配了ARM陣列、MEC資源等場景并將其納入k8s集群中便于管理。然后基于k8s集群的水位、邊緣資源到中心網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量等指標(biāo)形成一個(gè)最優(yōu)規(guī)劃，以保證能為邊緣資源選擇最優(yōu)、最合適的k8s集群，進(jìn)一步提升資源管理的性能和效率。同時(shí)還具備配置的終態(tài)管理能力，以保證納入管理的機(jī)器上的配置能達(dá)到最終一致的狀態(tài)。目前阿里云已經(jīng)有上百個(gè)k8s集群用于管理這些邊緣資源。

多集群管理&融合調(diào)度

在大量的k8s集群的基礎(chǔ)上，該平臺(tái)同時(shí)具備了多集群管理和融合調(diào)度能力。

通過區(qū)分租戶集群和資源池集群，并由同步器按需同步，從而提升集群的隔離度，降低管控風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，k8s中的事件以統(tǒng)一的方式投遞到一個(gè)內(nèi)部的事件總線上供組件去按需訂閱消費(fèi)，通過這樣的方式避免過多的客戶端掛載在k8s集群上的情況，降低k8s集群的負(fù)載消耗，提升整體集群運(yùn)行的穩(wěn)定性。最后還需進(jìn)行多層次、多維度的融合調(diào)度：通過與客戶端請(qǐng)求的調(diào)度協(xié)同，完成區(qū)域級(jí)別的粗粒度調(diào)度；通過感知資源類型、網(wǎng)絡(luò)狀況、資源負(fù)載情況等多個(gè)維度的信息，完成區(qū)域內(nèi)的精細(xì)化篩選調(diào)度。憑借這樣的多集群管理和融合調(diào)度的能力，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)如此大規(guī)模的集群進(jìn)行高效地利用。

邊緣特性增強(qiáng)

在上面提到的多集群的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步可以實(shí)現(xiàn)邊緣特性的增強(qiáng)。

首先需要在資源單元之上抽象出來一層邏輯管理單元，并通過這些邏輯管理單元去管理部署在各地的應(yīng)用，完成多單元之間的并行操作以提升整體管控的效率。為了實(shí)現(xiàn)上述操作，邊緣應(yīng)用管理中的自研工作負(fù)載需要發(fā)布精確到node/pod級(jí)別，便于契合ARM陣列等異構(gòu)場景。邊緣鏡像加速則是依托于內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，構(gòu)建出了一個(gè)具備全網(wǎng)加速能力的邊緣鏡像倉庫，可以支撐超大規(guī)模的鏡像拉取流量，為擴(kuò)容、部署提速。在邊緣服務(wù)網(wǎng)格這塊，需要通過pilot sharding，配置信息按需下發(fā)等手段來支撐這樣超大規(guī)模集群的部署，另外也支持跨集群服務(wù)發(fā)現(xiàn)以及公共服務(wù)導(dǎo)出多租戶共享的能力。

穩(wěn)定性體系&云邊管控通道

最后，關(guān)于穩(wěn)定性體系和云邊管控通道，阿里云基于內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合選路優(yōu)化，構(gòu)建了一張命令傳播的網(wǎng)絡(luò)，大幅降低管控的延遲，同時(shí)也提升了弱網(wǎng)環(huán)境的管控操作觸達(dá)率。通過在穩(wěn)定性體系中構(gòu)建的自動(dòng)化處置策略中心，對(duì)邊緣節(jié)點(diǎn)上報(bào)的一些異常進(jìn)行自動(dòng)化處置策略的下發(fā)。為了避免自動(dòng)化策略在極端情況下引發(fā)的大規(guī)模問題，阿里云還建設(shè)了風(fēng)控中心，對(duì)自動(dòng)化策略進(jìn)行熔斷控制。同時(shí)，風(fēng)控中心還能對(duì)集群中的高危操作如大規(guī)模pod增刪、workload增刪、權(quán)限增刪等進(jìn)行阻斷。

邊緣容器云平臺(tái)上的業(yè)務(wù)場景實(shí)踐

云游戲

云游戲概念近幾年異軍突起，阿里云邊緣云游戲產(chǎn)品則將概念轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品進(jìn)行了落地實(shí)踐，基于邊緣容器云技術(shù)底座，為客戶交付高質(zhì)量且穩(wěn)定的云游戲?qū)嵗?。場景流程如下圖所示：

從下層的ARM陣列服務(wù)器到上層的容器應(yīng)用均通過容器云平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一管控，全流程服務(wù)保障，確保云游戲?qū)嵗母咝a(chǎn)。基于邊緣容器的應(yīng)用管理能力，通過容器化的方式去打包所有云游戲運(yùn)行時(shí)及配置依賴，提升交付效率。同時(shí)，借助容器應(yīng)用實(shí)例編排能力，采用在單個(gè)板卡上運(yùn)行多個(gè)安卓容器的方法，提升資源利用率，降低資源成本。

可編程計(jì)算分發(fā)

作為阿里云邊緣容器云的另一個(gè)典型落地案例，可編程計(jì)算分發(fā)對(duì)內(nèi)容分發(fā)產(chǎn)品加入了可編程的能力，從而允許客戶在內(nèi)容分發(fā)的基礎(chǔ)上使用全網(wǎng)算力資源，在就近位置使用可編程計(jì)算服務(wù)。其場景流程如下圖所示：

通過在內(nèi)容分發(fā)產(chǎn)品里加入可編程能力，從而允許客戶在內(nèi)容分發(fā)的基礎(chǔ)上使用全網(wǎng)的算力資源，能夠在就近位置使用可編程計(jì)算服務(wù)。

終端用戶首先通過請(qǐng)求調(diào)度，將請(qǐng)求發(fā)送到就近的計(jì)算資源上去。然后融合調(diào)度和請(qǐng)求調(diào)度進(jìn)行協(xié)同，感知到請(qǐng)求的量級(jí)、區(qū)域等信息，決定算力的規(guī)模和分布，做到算力隨著終端用戶的請(qǐng)求變化而變化。而在應(yīng)用管理這一側(cè)，則是提供決定容器的配置、執(zhí)行容器變更等基礎(chǔ)能力。作為一個(gè)典型的算隨網(wǎng)動(dòng)的邊緣計(jì)算場景，阿里云海量邊緣計(jì)算力使得用戶擁有了在任意位置獲取計(jì)算的能力，同時(shí)在大流量、大數(shù)據(jù)的場景下還提供了可編程能力，為大數(shù)據(jù)及AI計(jì)算奠定基礎(chǔ)。

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