阿里云推出开源项目 OpenYurt，以非侵入式的架构设计融合云原生和边缘计算两大领域，一方面是把阿里云在云原生边缘计算领域的经验回馈给开源社区，另一方面也希望加速云计算向边缘延伸的进程，并和社区共同探讨未来云原生边缘计算架构的统一标准。
OpenYurt 项目的历史背景：来自于阿里云业务的运维诉求，阿里云物联网（IoT）和 CDN 服务作为阿里典型的边缘计算业务，经历着产品种类、规模的爆发式增长，运维复杂度剧增、运维效率低下，正是在这样的背景下，OpenYurt 核心架构诞生，缓解阿里云边缘业务运维难题。
OpenYurt 作为阿里云公共云服务 ACK@Edge 的核心框架，已经应用于 CDN、音视频直播、物联网、物流、工业大脑、城市大脑等实际应用场景中，并服务于阿里云 LinkEdge、盒马、优酷、视频云等多个业务或项目中。目前开源的能力包括：
- 边缘自治能力。
- 原生 Kubernets Cluster 一键式转换为边缘集群。
OpenYurt 开源理念总结为：赋能云原生，实现云边端一体化，“Extending your native Kubernetes to Edge”。
- 边缘云原生：架构一致、体验一致。基于 Kubernetes 强大的容器编排、调度能力，通过众多边缘计算应用场景锤炼，实现一整套与原生 Kubernetes 一致的边缘云原生方案。
- 云边协同：中心管控，边缘自治。提供边缘自治、高效运维通道、边缘单元化管理、边缘流量拓扑管理，安全容器、边缘 Serverless/FaaS、异构资源支持等能力。边端部署，中心服务下沉边缘，实现和边缘计算应用的无缝对接。
自 OpenYurt 诞生以来，接管业务容器数量超过百万，覆盖新零售、医疗、物联网、在线教育、边缘智能、交通等众多行业，受到了业界广泛欢迎与认可。这一切得益于 OpenYurt 沿用了目前业界流行的 “中心管控、边缘自治” 的边缘应用管理架构，以非侵入式增强 Kubernetes 的设计理念，将云原生能力拓展至边缘端，可降低资源成本、降低运维复杂度、获得云边一致性运维体验、实现大规模边缘业务轻松管理。
OpenYurt 主要特性包括：
- Kubernetes 生态全兼容：对原生 Kubernetes “零” 侵入，保证对原生 Kubernetes 完整生态的全部兼容，OpenYurt 集群可以紧跟 Kubernetes 社区版本升级节奏，同时也意味云原生社区主流技术（如：Service mesh, Serverless 等）可以轻松落地 OpenYurt；
- 边缘异构资源支持：对不同边缘节点硬件架构（e.g. x86、ARM、RM64 等），硬件规格，通信协议提供一致体验；
- 高可靠/稳定性：基于边缘自治和边缘单元化能力，为多地域，大规模的边缘应用的持续稳定运行提供保障。支持各类开源 AI 系统（e.g. Tensorflow、Pytorch 等），为 AI 用户提供最佳体验；
- 云平台无关：OpenYurt 可以轻松部署在任何公共云的 Kubernetes 服务中。
OpenYurt 将 Kubernetes 系统延展到边缘计算场景，边缘节点将通过公网和云端连接，从公网的不稳定性以及成本等因素考虑，边缘要求断网状态或者弱网状态下边缘业务可以持续运行。从 Gartner 的边缘计算报告中提到的边缘计算诉求中，边缘自治也是主要诉求之一。
而从 Kubernetes 系统架构来看，主要因为 Slave Agent（Kubelet）中的容器信息保存在内存中，断网状态下因为无法从云端获取业务数据，如果节点或者 Kubelet 重启，将无法进行业务容器恢复。
因此边缘自治在 Kubernetes 系统里，需要解决下面的问题：
- 问题 1：节点异常或重启时，内存数据丢失，网络断连时业务容器无法恢复；
- 问题 2：网络长时间断连，云端控制器对业务容器进行驱逐；
- 问题 3：长时间断连后网络恢复时，边缘和云端数据的一致性保障。
解决方案 1：重构 kubelet 组件，复用或者参考 kubelet 的 checkpoint 功能，持久化容器业务数据到本地磁盘，网络断连状态下利用本地缓存数据实现业务恢复。
该方案经过重构 kubelet，成功解决边缘自治的需求，具备如下优点：
- 通过重构 kubelet，方便在 kubelet 中集成对端设备的管理能力；
- 通过重构 kubelet，可以对 kubelet 进行轻量化改造。此优点但是也意味着原生 kubelet 功能缺失的问题。
但是也有如下不足：
- 可维护性差：侵入式修改 kubelet core，跟随社区版本升级非常困难，熟悉 kubelet 的同学都会有同感，kubelet 组件由于直接负责跟计算，存储，网络交互，所以其代码结构和逻辑异常复杂。因此持续维护一个深度修改过的 kubelet 的工作量可想而知；
- 可扩展性差：因为自治能力直接做到重构的 kubelet 组件中，这样边缘节点如果其他组件（如：网络组件）想复用边缘自治能力将面临重复造轮子的境地；
- 场景耦合更深：例如在 kubelet 重构中增加了 IoT 设备管理，将可能使 kubelet 和 IoT 场景深度耦合。
解决方案 2（OpenYurt 使用方案）：在边缘节点上增加 Web 缓存及请求代理 hub（取名为 YurtHub，商业产品中名为 edge-hub），边缘侧组件（kubelet）和云端通信将经由该组件。YurtHub 相当于带有数据缓存功能的 “透明网关”，和云端网络断连状态下，如果节点或者 kubelet 重启，将从 YurtHub 中获取到业务容器相关数据，有效解决边缘自治的问题。
相比解决方案 1，有如下优势：
- kubelet 零修改，意味原生 kubelet 能力天然具备，同时跟随 Kubernetes 版本升级零负担；
- 可扩展性强，节点其他组件轻松复用 YurtHub；
- 与 Kubernetes 设计理念契合，YurtHub 非常容易扩展出更多的能力。
当然 OpenYurt 的解决方案，也会面临如下的问题：原生 kubelet 比较 high-weight，在资源紧张场景下应用会比较挑战。目前商业产品中节点规格推荐 2U4G 起步。
问题 2：原生云端组件 kube-controller-manager 对 Pod 驱逐解决。该问题正是通过开源组件 yurt-controller-manager 中的 Node Controller 来解决的。如 github 主页介绍所示：
问题 3: 网络恢复时，边缘和云端网络一致性。Kubernetes 系统中，用户是通过云端对边缘进行管控的（如：应用部署，升级，扩缩容等），因此当边缘和云端网络断联时，边缘节点将不会从云端同步用户对节点的管控操作，因此断网期间，只要 YurtHub 保持本地缓存数据和断网时刻一致（即断网期间边缘缓存数据不更新），而网络恢复时，再从云端同步最新数据即可。
作为对原生 Kubernetes 完整生态全部兼容的智能开放平台，OpenYurt 将以更灵活和可扩展的体系结构方向发展，不断增强开源开发者友好体验。阿里云容器服务负责人易立表示，OpenYurt 还将基于行业场景与 5G、AI、大数据、区块链等新兴技术结合，驱动企业业务加速创新。未来 OpenYurt 将与社区并肩、与生态同行，致力于推进云原生技术在边缘计算领域的生态建设与普及，与全球开发者一起拓展云原生的边界。
OpenYurt 的架构OpenYurt 解决方案架构：OpenYurt 采用了业绩推崇的云、深边（Heavy Edge/Infrastructure Edge）、浅边（Light Edge/Device Edge）方案架构。
云端通过 Yurt Controller 实现对边缘容器管理，组件通过 API Server 访问集群状态，边缘通过 YurtHub 作为节点上的临时配置中心，在网络连接中断的情况下，持续为节点上所有设备和客户业务提供数据配置服务。
考虑到边缘容器网络安全，以及大多数节点不在公共网络上，中心 Yurt Controller 无法主动和边缘节点建立网络连接，在 Kubernetes API 失效的情况，YurtTunnel 可建立与边缘节点间的反向通道，并和节点的生命周期完整联动。
Yurtctl 作为 OpenYurt 官方命令行工具，提供原生 Kubernetes 集群支持边缘计算 infrastructure 的一键式切换。
- 节点生命周期管理：OpenYurt 保证一致的 Kubernetes 应用体验和原生 Kubernetes API 的完全兼容。通过 YurtTunnel 以代理方式对 Kubernetes 节点应用生命周期管理加了一层新的封装，提供边缘计算所需要的核心管控能力。
- 无缝转换（路标中）：OpenYurt 提供了工具将原生 Kubernetes “一键式” 转换成支持边缘计算能力的 Kubernetes 集群。
- 资源优化：OpenYurt 参考了大量边缘计算场景的实际需求，在保证功能和可靠性的基础上，本着最小化，最简化的设计理念，严格限制新增组件的资源诉求。
- Kubernets 应用广泛兼容性：OpenYurt 对边缘容器的管控基于标准 Kubernets API 和标准容器网络技术，故兼容所有云厂商的 Kubernetes 服务，易于集成。
