SuperEdge: 使用WebAssembly扩展边缘计算场景

Original SuperEdge团队腾讯云原生

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SuperEdge 开发者团队

概要

SuperEdge^[1] 是 一个开源的分布式边缘计算容器管理系统，用于管理多个云边区域中的计算资源和容器应用。 在当前架构中，这些资源和应用能够作为一个 Kubernetes 原生的资源进行管理。

然而在某些情况下，边缘设备通常需要一些更加轻量、性能更好的运行时。也需要减少以 GB 为单位的容器镜像，将容器的启动时间提升到到秒级甚至毫秒级，而基于虚拟机堆栈二进制指令格式的 WebAssembly 可以更好地处理这种情况。

WasmEdge^[2] 是一个轻量级、高性能和可扩展的 WebAssembly 运行时，适用于云原生、边缘和去中心化应用程序。它是当今发展最快的 Wasm 运行时，社区活跃度也相当的高。

运行简图

Superedge 最近支持了 Containerd，在边缘节点我们将让 Containerd 使用 crun 来支持 WasmEdge 运行时。也就是说，按照这些步骤后，你的边缘节点可以同时支持 OCI 容器和 WASM 容器。

安装 SuperEdge 边缘 K8s 集群

下载安装包

arch=amd64 version=v0.7.0 && rm -rf edgeadm-linux-* && wget https://superedge-1253687700.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/$version/$arch/edgeadm-linux-containerd-$arch-$version.tgz && tar -xzvf edgeadm-linux-* && cd edgeadm-linux-$arch-$version && ./edgeadm

注意选择机器架构对应的安装包，这个安装包默认带 Containerd 容器运行时。

创建边缘集群

./edgeadm init --kubernetes-version=1.18.2 --image-repository superedge.tencentcloudcr.com/superedge --service-cidr=10.96.0.0/12 --pod-network-cidr=192.168.0.0/16 --install-pkg-path ./kube-linux-*.tar.gz --apiserver-cert-extra-sans=<Master Public IP> --apiserver-advertise-address=<Master Intranet IP> --enable-edge=true --runtime=containerd

注意带 --runtime=containerd 参数，表示使用 Containerd 容器运行时， --runtime=dockerd 表示使用 Docker容器运行时。

Join 边缘节点

./edgeadm join <Master Public/Intranet IP Or Domain>:Port --token xxxx --discovery-token-ca-cert-hash sha256:xxxxxxxxxx --install-pkg-path ./kube-linux-*.tar.gz --enable-edge=true --runtime=containerd

详细可查看 SuperEdge 官方文档一键安装原生的k8s集群和边缘K8s集群^[3]。

安装 WasmEdge 运行环境

安装 WasmEdge

在边缘节点上使用脚本便可很轻松安装 WasmEdge，在边缘节点执行如下脚本：

curl -sSf https://raw.githubusercontent.com/WasmEdge/WasmEdge/master/utils/install.sh | bash

安装 crun

crun^[4] 项目内置了 WasmEdge 支持，但是默认的 crun release 没有把 wasmedge 模块编译进去，目前需要手动从源代码构建支持 WasmEdge 的 crun 二进制。首先，确保在您的 Ubuntu 20.04 上安装了 crun 依赖项。对于其他 Linux 发行版请参阅 crun 的 README^[5]。

sudo apt update
sudo apt install -y make git gcc build-essential pkgconf libtool \
    libsystemd-dev libprotobuf-c-dev libcap-dev libseccomp-dev libyajl-dev \
    go-md2man libtool autoconf python3 automake

接下来，编译和安装 crun：

git clone https://github.com/containers/crun
cd crun
./autogen.sh
./configure --with-wasmedge
make
sudo make install

配置 Containerd 使用 crun 运行时

这里我们给出需要配置 Containerd 文件 /etc/containerd/config.toml 原始配置和配置之后的差异，用户可以按对比进行修改。

cat > config.toml.diff << EOF
--- /etc/containerd/config.toml 2022-02-14 15:05:40.061562127 +0800
+++ /etc/containerd/config.toml.crun    2022-02-14 15:03:35.846052853 +0800
@@ -24,17 +24,23 @@
   max_concurrent_downloads = 10

   [plugins.cri.containerd]
-        default_runtime_name = "runc"
-    [plugins.cri.containerd.runtimes.runc]
+        default_runtime_name = "crun"
+    [plugins.cri.containerd.runtimes.crun]
       runtime_type = "io.containerd.runc.v2"
-      pod_annotations = []
+      pod_annotations = ["*.wasm.*", "wasm.*", "module.wasm.image/*", "*.module.wasm.image", "module.wasm.image/variant.*"]
       container_annotations = []
       privileged_without_host_devices = false
-      [plugins.cri.containerd.runtimes.runc.options]
-        BinaryName = "runc"
+      [plugins.cri.containerd.runtimes.crun.options]
+        BinaryName = "crun"
   # cni
   [plugins.cri.cni]
     bin_dir = "/opt/cni/bin"
     conf_dir = "/etc/cni/net.d"
     conf_template = ""

+  [plugins."io.containerd.runtime.v1.linux"]
+    no_shim = false
+    runtime = "crun"
+    runtime_root = ""
+    shim = "containerd-shim"
+    shim_debug = false
EOF

最后重启下 Containerd 容器运行时。

sudo patch -d/ -p0 < config.toml.diff
sudo systemctl restart containerd

创建 WASM 应用

我们将使用已经在 dockerhub 上的一个wasm示例镜像wasm-wasi-example^[6]。这里 wasm 镜像需要在镜像的Manfest文件中增加一个"module.wasm.image/variant":"compat"的 Annotation 让运行时区分出 wasm 和操作系统运行时，因此 docker build 功能是没法满足的，可以使用buildah^[7]来构建 wasm 镜像并 push 到任意 OCI 标准的镜像仓库中。

cat > wasmedge-app.yaml << EOF
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  annotations:
    module.wasm.image/variant: compat
  labels:
    run: wasi-demo
  name: wasi-demo
spec:
  containers:
  - args:
    - /wasi_example_main.wasm
    - "50000000"
    image: hydai/wasm-wasi-example:with-wasm-annotation
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    name: wasi-demo
  hostNetwork: true
  restartPolicy: Never
EOF

kubectl create -f wasmedge-app.yaml

可用 kubectl logs wasi-demo 看到这个程序输出如下内容：

Random number: -1643170076
Random bytes: [15, 223, ... 106, 51]
Printed from wasi: This is from a main function
This is from a main function
The env vars are as follows.
The args are as follows.
/wasi_example_main.wasm
50000000
File content is This is in a file