边缘计算平台与函数计算背景与现状论文设计VIP专享

摘要边缘计算是一个新兴的技术方向，边缘计算能够和云计算紧密结合，充分发挥边缘的低时延、安全等特性，具有广阔的应用前景。边缘计算的研究工作仍处于一种探索阶段，各厂商及开源社区边缘技术路线各不相同。本文的边缘计算平台是基于 Nomad 构建的边缘云落地形态。Docker 等容器技术由于具备轻量级、节约资源、毫秒级启动时间、高性能等特性，适合大多数边缘计算的场景。然而，Nomad 已有的容器等运行时并不能覆盖某些边缘场景的需求，Nomad 运行时的支持种类仍有待丰富。本文着眼于边缘计算平台的多运行时支持，包括 Libvirt 虚拟机运行时和 FaaS 函数运行时。目前许多企业还存在存量虚拟机的场景，已有业务迁移的需要以及一些边缘场景需要使用传统虚拟机，包括同时需要支持多个不同 OS 的场景，业务有更高的安全、隔离需求。基于该需求，本文引入 Libvirt 虚拟化技术，提出了Libvirt 虚拟机运行时，以插件的形式作为一个中间层管理虚拟机任务。首先进行 Libvirt 虚拟运行时对虚拟机任务定义与解析支持；其次根据驱动插件接口，实现了对虚拟机任务的启动、停止、销毁等生命周期管理操作，以及与 Nomad的健康检查、日志、配置、监控等交互；接着为虚拟机提供 NAT、Bridge 两种网络方式的支持；并尝试支持设备透传，减轻设备虚拟化导致的性能下降。另外，物联网平台和应用使用边缘计算承载已成为共识，但物联网应用存在海量接入、碎片化、边缘化等特点，并且目前云、边、端三者的计算架构、开发模式存在较大差异，为提升效率需要边缘计算提供新的架构和技术手段，而边缘计算软件平台采用 Cloud Native 云原生架构是一种必然的选择。本文调研了 Serverless 的 FaaS 技 术 ， 提 出 了 FaaS 函 数 运 行 时 。 技 术 选 型 后 采 用OpenFaaS，尝试在边缘端采用函数计算的服务模式，契合边缘应用业务通常具有波峰波谷变化，业务运行具有事件触发特征，并且能够简化边缘应用开发者的工作，让开发者专注于业务逻辑。FaaS 函数运行时首先实现了 faas-provider 接口，进行函数管理、部署和调用；其次针对边缘设备的资源有限，为了减少无人访问时资源的占用，降低边缘端的能耗，设计和实现将闲置的函数缩容到零；接着实现了一类函数预热策略，从零个函数副本扩展为最小提供服务的副本数；然后，针对函数间的组合关系，以有向图的模型，从函数的层面定义编排函数i工作流程。由此，基于 Nomad 的边缘计算...