當(dāng)我們想到為全球大型數(shù)據(jù)中心提供動力的云軟件時，很難想象同樣的平臺在邊緣是如何工作的，OpenStack也不例外。OpenInfra Edge Computing Group最近與Chameleon項目會面，了解他們?nèi)绾问褂肙penStack的自適應(yīng)功能為計算機(jī)科學(xué)研究和教育領(lǐng)域的用例提供動力，同時將其基礎(chǔ)設(shè)施從數(shù)據(jù)中心和大學(xué)校園中移出，以管理未來的自動駕駛車輛或小型設(shè)備。
什么是Chameleon計劃？
它是一個NSF資助的試驗臺，支持研究和教育活動，如操作系統(tǒng)、虛擬化解決方案或新網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的開發(fā)和創(chuàng)新。試驗臺的硬件位于2個超級計算中心，由OpenStack提供動力，并帶有一些擴(kuò)展，以支持網(wǎng)絡(luò)試驗和可重復(fù)性（這在科學(xué)環(huán)境中至關(guān)重要）。軟件基礎(chǔ)設(shè)施包括OpenStack、擴(kuò)展和修改，以提供支持軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）等試驗的功能，以及可供合作伙伴在大學(xué)和其他站點(diǎn)本地安裝的操作工具，稱為CHI-in-a-Box，其中CHI代表變色龍基礎(chǔ)設(shè)施。該項目已經(jīng)運(yùn)行了6年多，迄今已服務(wù)6000多個用戶。
隨著對邊緣計算興趣的增加，Chameleon用戶越來越需要諸如Raspberry Pis或Nvidia nano之類的資源。雖然可以在數(shù)據(jù)中心使用這些設(shè)備進(jìn)行一些有用的試驗，但大多數(shù)用戶對在不同的部署環(huán)境中部署這些設(shè)備感興趣：與自動駕駛汽車、無人機(jī)或浮動車輛相關(guān)，或連接到部署在現(xiàn)場的軟件定義無線電（SDR）、攝像頭和智能傳感器。這就是Chameleon團(tuán)隊創(chuàng)建CHI Edge的原因——測試平臺可以擴(kuò)展到部署和運(yùn)行在一系列位置的邊緣和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備：從數(shù)據(jù)中心到用戶所在的任何地方。云測試臺的原始需求集已經(jīng)強(qiáng)調(diào)了深層次的可配置性和適應(yīng)性，通過將基礎(chǔ)設(shè)施從數(shù)據(jù)中心剝離到邊緣，能夠重新配置環(huán)境的需求增加了幾個數(shù)量級。
OpenStack如何滿足這些需求
在設(shè)計邊緣產(chǎn)品時，Chameleon團(tuán)隊希望盡可能依賴OpenStack接口，因為這允許他們保留構(gòu)建在Chameleon前端上的所有功能，例如通過聯(lián)合身份或與Jupyter集成的身份驗證——這些功能受到許多用戶的重視。同時，為邊緣設(shè)備提供裸金屬重新配置被證明具有挑戰(zhàn)性：其中許多設(shè)備不是服務(wù)器級實體，因此不支持所需的功能。為了使重新配置方法保持相對輕量級，并適應(yīng)邊緣資源能力的降低，團(tuán)隊選擇使用容器作為解決方案的一部分——該解決方案可以使用OpenStack Zun項目進(jìn)行管理。該項目的主要挑戰(zhàn)是使Zun適應(yīng)在使用數(shù)據(jù)中心以外的資源時出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)和安全問題的變化。
為了獲得所有所需的功能，需要填補(bǔ)一些空白：
Doni
Chameleon邊緣平臺的目標(biāo)之一是使研究人員能夠輕松地攜帶自己的設(shè)備，以便使用基于OpenStack的平臺進(jìn)行管理。該團(tuán)隊實施了一項新的Doni服務(wù)，通過提供一個用于注冊的單一接入點(diǎn)（封裝，例如請求訪問憑據(jù)、配置Zun、在Blazar中注冊設(shè)備），可以以編程方式注冊和管理設(shè)備的生命周期。這種封裝的一個重要部分是，它提供了一個抽象層，用于向注冊其設(shè)備的用戶隱藏特權(quán)API。
Tunelo+Neutron+Wireguard
Chameleon使用Wireguard創(chuàng)建并維護(hù)保護(hù)設(shè)備到云通信的隧道。一個隧道承載所有控制平面流量（例如MySQL、RabbitMQ和內(nèi)部OpenStack API），而另一個隧道承載從設(shè)備上啟動的容器中生成的所有租戶流量。第二個隧道包裹了一個VxLAN覆蓋網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)通過Neutron和Kuryr提供給容器。
Neutron也在更高層上使用，通過新的ML2插件將Wireguard隧道本身的狀態(tài)保持為Neutron“端口”。這聽起來可能有點(diǎn)奇怪，因為Wireguard在第3層運(yùn)行，但實際上它的工作原理是要求Neutron中的Wireguard端口與子網(wǎng)相關(guān)聯(lián)；Neutron的IPAM提供了一種很好的方法來確保兩個這樣的端口永遠(yuǎn)不會使用相同的IP地址。然后，ML2插件創(chuàng)建Wireguard接口并存儲其公鑰以供以后查詢。設(shè)備到云網(wǎng)絡(luò)類似于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，但目前遵循的是一種中心輻射模型，設(shè)備在相互尋址時使用hub作為中介，盡管當(dāng)兩個設(shè)備位于相對于云的同一本地網(wǎng)絡(luò)上時，這可以通過靜態(tài)路由解決（基于每個設(shè)備）。
為了簡化在設(shè)備上的部署，ML2插件和代理不在邊緣運(yùn)行；Chameleon提供了一個Edge SDK，設(shè)備所有者可以調(diào)用該SDK來創(chuàng)建Wireguard接口，然后通過提供公鑰從Neuton請求Wireguard端口。然后，Neutron可以確保拓?fù)渲械膆ub端口使用新的對等點(diǎn)列表進(jìn)行更新。
Wireguard端口抽象需要調(diào)用特權(quán)Neutron API操作；為了控制這種訪問，Chameleon團(tuán)隊還創(chuàng)建了一個名為Tunelo的瘦服務(wù)，它的主要職責(zé)是將這些特權(quán)調(diào)用打包到Neutron。
Blazar更新
在項目實施的幾年中，Chameleon團(tuán)隊也為OpenStack Blazar的開發(fā)做出了重大貢獻(xiàn)，OpenStack Blazar實現(xiàn)了提前預(yù)訂。對于像Chameleon這樣的系統(tǒng)，這是一個關(guān)鍵組件，可以確保用戶在需要時提供資源。這在資源匱乏的情況下尤其重要，例如，當(dāng)用戶希望提供由許多節(jié)點(diǎn)組成的集群或需求量很大的任何GPU資源時，或者當(dāng)用戶希望確保資源在論文截止日期之前可用。
該項目的改進(jìn)包括一種稱為“設(shè)備”的新資源類型，它允許保留一個Zun計算節(jié)點(diǎn)，并使用該節(jié)點(diǎn)在由OpenStack編排的節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行容器。Blazar還能夠?qū)⒖杀Ａ糍Y源的列表限制在指定的項目列表中，從而將平臺轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N私有設(shè)置中用戶的管理界面，而不是注冊并與云中的所有人共享他們的所有設(shè)備。
Cyborg-Zun集成
團(tuán)隊必須解決的另一個問題是組織對各種“外圍設(shè)備”的訪問，即物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備，如相機(jī)、軟件定義的無線電或執(zhí)行器，這些設(shè)備可與邊緣設(shè)備一起使用。為了支持它，團(tuán)隊利用了OpenStack Cyborg項目。Cyborg允許訪問硬件加速器，并通過與Nova的集成幫助將其插入虛擬機(jī)。由于這些加速器設(shè)備和作為外圍設(shè)備的攝像頭接口等特定接口也應(yīng)可用于連接到容器，Chameleon團(tuán)隊向Cyborg添加了一種稱為“外圍設(shè)備”的新設(shè)備類型，以及一種稱為“OCI（開放容器倡議）”的新連接類型“能夠?qū)yborg與Zun集成，并允許容器利用作為邊緣設(shè)備連接的專用硬件。
Edge SDK
這是設(shè)備所有者安裝在設(shè)備上的系統(tǒng)，用于將設(shè)備插入基礎(chǔ)設(shè)施，并與中央云共享有關(guān)邊緣設(shè)備的信息。
下一步
該項目仍在開發(fā)中，仍有挑戰(zhàn)需要解決。解決更多的安全場景以支持更多的用例是Chameleon優(yōu)先考慮的領(lǐng)域之一。在這種情況下，中央設(shè)備所有權(quán)模式被打破，因為用戶可以攜帶自己的設(shè)備。有了這一概念，還需要提供對中央云的高級別訪問，以便能夠高效地連接設(shè)備，以執(zhí)行所有期望的任務(wù)——但以減少設(shè)備有權(quán)采取的行動的方式。
Cyborg-Zun集成尚未在上游實施，團(tuán)隊正在考慮與該項目合作。
CHI Edge仍在大力開發(fā)中，在網(wǎng)絡(luò)等多個領(lǐng)域都有考慮，以使設(shè)置更加不可知，從而能夠利用創(chuàng)新的解決方案，如他們目前作為外圍設(shè)備連接的軟件定義無線電。在網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域也有一些正在進(jìn)行的伙伴關(guān)系將利用測試臺，這需要在工具、連接性和安全性方面進(jìn)行改進(jìn)。
