关于go:如何用Shifu来接入一个私有驱动的物联网设备

在上一篇《如何写一个树莓派的驱动来管制GPIO LED》中咱们分享了驱动的编写办法。尽管实现了管制，然而驱动只能在本地执行，不具备任何的可扩展性。尤其是当设施数量多了当前管控难度将急剧减少。

这始终是一个物联网开发者的难题。那么有什么方法能够大批量，模块化的接入相似驱动的设施呢？

欢送来到边无际的这一系列的第二篇分享——如何用Shifu Framework来接入一个公有驱动物联网设施。

简介

本文是一个应用Shifu接入树莓派Python驱动的指南，其中蕴含Shifu Framework, Docker, Linux, Kubernetes的基本操作，任何开发者都能够浏览本文来学习Shifu Framework的开发方法。
文中的Shifu Framework架构如下：
北向通过”deviceshifu-http-http”向上凋谢HTTP API接口，南向通过”rpio-gpio-driver”来和理论设施交互。

指标

在树莓派上装置k3s集群并装置Shifu Framework
打包树莓派LED驱动到一个容器镜像
在Shifu中部署树莓派LED的数字孪生
实现对树莓派LED的近程自动化管控

本次分享中用到的设施有：

树莓派（本文中用到的为Raspberry Pi 3B+），运行着64位的Raspberry Pi OS
上篇文章连贯的电路

须要的基本知识：

· 根本的Python
· Linux命令行基本操作（创立一个文件，装置利用，SSH，运行一个程序）
· Docker/containerd基本操作
· K8s/K3s基本操作

步骤

第一步：装置K3s

首先咱们要在树莓派中运行一个Kubernetes集群，这里并不限度用户应用的版本，然而为了节俭资源本文中应用的是k3s

本文参考的是装置教程
https://rancher.com/docs/k3s/...

具体步骤本文将不波及。在今后的分享中将会带着大家进行具体的装置解说，纵情期待。

装置结束后，执行“kubectl version”查看以后kubernetes版本：

利用“kubectl get nodes”查看以后集群的状态，显示”Ready”即示意集群能够应用:

至此，k3s装置完结。

第二步：装置Shifu

首先将Shifu我的项目克隆到本地，我的项目地址为: https://github.com/Edgenesis/...

执行命令为：git clone https://github.com/Edgenesis/...

上面通过“kubectl apply -f shifu/k8s/crd/install/shifu_install.yml”即可一键将Shifu部署到k3s集群中：

再次执行“kubectl get pods -A”，即可看到Shifu Framework的控制器被部署到集群中：

咱们也能够通过“edgedevices”这个CRD来治理设施资源（以后没有设施）：

至此，Shifu装置结束。

第三步：打包驱动

咱们须要利用Shifu提供的一个小工具来实现能够近程操纵本地驱动，具体的教程请看：

https://github.com/Edgenesis/...

这个小工具实现了将用户/程序发送来的HTTP申请转换到本地命令行来执行。

教程外面提供了一个驱动示例，门路为

https://github.com/Edgenesis/...

内容如下：

能够看到实例Dockerfile分两局部，首先是用“golang”这个镜像来编译Shifu提供的“http_to_ssh_stub.go”来实现HTTP到SSH命令行的转换。接着是利用一个空的“alpine”镜像，配置SSH来供演示。

接下来让咱们来正式操作。

思考到树莓派的性能局限，本次编译将从电脑端执行，将编译好的镜像推送到Docker Hub来供近程调用即可。

首先，咱们建设一个新的文件夹，这里用的是“dev”，而后将上一篇文章中应用到的树莓派LED驱动保留到该目录：

-- led_driver.py

驱动内容不变

从Shifu我的项目的“driver_util/examples/simple-alpine/”目录下将“Dockerfile.sample”复制到“dev”目录下：

dev/├── Dockerfile.sample└── led_driver.py

更改以下字段将第二部的镜像从“alpine”改为“python:alpine”，装置“RPi.GPIO”的Python库

最初将Python驱动拷贝到运行容器中，新的Dockerfile如下，改变的中央已用红字标记进去

FROM golang:1.17.1 as builderWORKDIR / ENV GOPROXY=https://goproxy.cn,directENV GO111MODULE=onENV GOPRIVATE=github.com/Edgenesis COPY driver_util driver_util WORKDIR /driver_utilRUN go mod download # Build the Go appRUN CGO_ENABLED=0 GOOS=$(go env GOOS) GOARCH=$(go env GOARCH) gobuild -a -o /output/http2ssh-stub http_to_ssh_stub.go FROM python:alpine RUN apk add --no-cache --update openrc openssh \    && mkdir -p /run/openrc \    && touch /run/openrc/softlevel \    && sed -ie "s/#PubkeyAuthentication/PubkeyAuthentication/g"/etc/ssh/sshd_config \    && sed -ie "s/#PasswordAuthenticationyes/PasswordAuthentication no/g" /etc/ssh/sshd_config \    && sed -ie "s/AllowTcpForwardingno/AllowTcpForwarding yes/g" /etc/ssh/sshd_config \    && echo"PubkeyAcceptedKeyTypes=+ssh-rsa" >>  /etc/ssh/sshd_config\    && ssh-keygen -A \    && passwd -d root \    && mkdir ~/.ssh \    && while ! [ -e/etc/ssh/ssh_host_rsa_key.pub ]; do sleep 1; done \    && cp /etc/ssh/ssh_host_rsa_key.pub~/.ssh/authorized_keys RUN apk add --no-cache -Uu --virtual .build-dependencies libffi-devopenssl-dev build-base musl \    && pip3 install --no-cache --upgrade RPi.GPIO\    && apk del --purge .build-dependencies \    && apk add --no-cache --purge curlca-certificates musl \    && rm -rf /var/cache/apk/* /tmp/* WORKDIR /root/ COPY --from=builder /output/http2ssh-stub http2ssh-stubCOPY --from=builder/driver_util/examples/simple-alpine/docker-entrypoint.sh docker-entrypoint.shCOPY dev/led_driver.py led_driver.pyRUN chmod +x docker-entrypoint.sh # Command to run the executableENTRYPOINT ["./docker-entrypoint.sh"]

接下来咱们来打包封装Docker镜像，因为树莓派的CPU是ARM64的处理器，本文中编译应用的电脑为x86，所以咱们须要应用Docker的buildx性能来进行镜像构建，无关buildx的教程本文就不再叙述，需要的话能够移步：

https://docs.docker.com/build...

利用“docker buildx build --platform=linux/arm64 -f dev/Dockerfile.sample . -t edgehub/rpi-gpio-driver:v0.0.1 --push”来构建镜像并推送到docker hub中。

至此，镜像打包局部实现。

前期咱们将提供一键打包模块，让这一步简略到填写一个配置文件+一行命令即可，纵情期待

第四步：部署设施孪生到树莓派中

有了镜像当前，咱们能够将数字孪生部署到集群中，上面咱们来筹备部署所须要的文件。

首先是一个Kuberenetes Deployment YAML文件，用来运行deviceShifu和驱动的Pod：

apiVersion: apps/v1kind: Deploymentmetadata:  labels:    app: edgedevice-rpi-gpio-deployment  name: edgedevice-rpi-gpio-deployment  namespace: defaultspec:  replicas: 1  selector:    matchLabels:      app: edgedevice-rpi-gpio-deployment  template:    metadata:      labels:        app: edgedevice-rpi-gpio-deployment    spec:      containers:      - image: edgehub/deviceshifu-http-http:v0.0.1        name: deviceshifu-http        ports:        - containerPort: 8080        volumeMounts:        - name: edgedevice-config          mountPath: "/etc/edgedevice/config"          readOnly: true        env:        - name: EDGEDEVICE_NAME          value: "edgedevice-rpi-gpio"        - name: EDGEDEVICE_NAMESPACE          value: "devices"      - image: edgehub/rpi-gpio-driver:v0.0.1        name: driver        volumeMounts:        - mountPath: /dev/gpiomem          name: gpiomem        securityContext:          privileged: true        ports:        - containerPort: 11112        env:        - name: EDGEDEVICE_DRIVER_SSH_KEY_PATH          value: "/etc/ssh/ssh_host_rsa_key"        - name: EDGEDEVICE_DRIVER_HTTP_PORT          value: "11112"        - name: EDGEDEVICE_DRIVER_EXEC_TIMEOUT_SECOND          value: "5"        - name: EDGEDEVICE_DRIVER_SSH_USER          value: "root"      volumes:      - name: edgedevice-config        configMap:          name: rpi-gpio-configmap-0.0.1      - name: gpiomem        hostPath:          path: /dev/gpiomem      serviceAccountName: edgedevice-sa

请留神在Deployment文件中咱们为了在容器中应用树莓派的GPIO，须要在容器的“securityContext”中退出“privileged: true”再通过volume的模式将树莓派的“/dev/gpiomem”挂载到容器中。

一个Kubernetes Service YAML文件，用来将deviceShifu的申请从域名代理到真正的Pod：

apiVersion: v1kind: Servicemetadata:  labels:    app: edgedevice-rpi-gpio-deployment  name: edgedevice-rpi-gpio  namespace: defaultspec:  ports:  - port: 80    protocol: TCP    targetPort: 8080  selector:    app: edgedevice-rpi-gpio-deployment  type: LoadBalancer

一个Kubernetes ConfigMap YAML文件，用来配置deviceShifu：

apiVersion: v1kind: ConfigMapmetadata:  name: rpi-gpio-configmap-0.0.1  namespace: defaultdata:  driverProperties: |    driverSku: RaspberryPiB+    driverImage: edgenesis/rpi-gpio-python:v0.0.1    driverExecution: "python led_driver.py"  instructions: |    pin:    operate:    help:# Telemetries are configurable health checks of the EdgeDevice# Developer/user can configure certain instructions to be usedas health check# of the device. In this example, the device_health telemetry ismapped to# "get_status" instruction, executed every 1000 ms  telemetries: |    device_health:      properties:        instruction: help        initialDelayMs: 1000        intervalMs: 1000

在ConfigMap中咱们须要配置驱动的执行门路，因为在生成镜像时咱们将Python文件间接放到了默认门路下，在这里填写“python led_driver.py”即可。如果驱动是一个二进制文件的话这里间接填写二进制的目录即可。

一个Shifu EdgeDevice YAML文件，用来生成设施孪生：

apiVersion: shifu.edgenesis.io/v1alpha1kind: EdgeDevicemetadata:  name: edgedevice-rpi-gpio  namespace: devicesspec:  sku: "RaspberryPi 3B+"  connection: Ethernet  address: 0.0.0.0:11112  protocol: HTTPCommandline

将这四个文件放到树莓派中，目录内容如下：

led-deploy/├──deviceshifu-rpi-gpio-configmap.yaml├──deviceshifu-rpi-gpio-deployment.yaml├──deviceshifu-rpi-gpio-service.yaml└──edgedevice-rpi-gpio-edgedevice.yaml

利用“kubectl apply -f<dir>” 即可将deviceShifu部署到k3s集群中:

接着通过“kubectl get pods”来查看运行状态：

通过“kubectl get edgedevices -n devices”来查看集群中的所有设施孪生：

再通过describe，即可查看数字孪生的详细信息：

Note：在这里你能够留神到代表设施状态的字段”Edgedevicephase”是”Failed”的状态，这是一个目前已知的bug，咱们将会尽快修复！

接下来咱们就能够和设施互动了，在这里咱们部署一个nginx容器来代表理论场景中的利用

部署命令为：“kubectl run nginx --image=nginx”

接着执行“kubectl exec -it nginx -- bash”进入nginx的命令行：

最初，利用curl来给设施发送命令，驱动承受的命令格局为:
`python led_driver --pin <x> --operate <on/off>

利用Shifu来发送命令的话将由HTTP转换到命令行，申请地址写法为:

最初一步：运行成果程序通过间接给设施的域名发送HTTP申请，即可操控LED灯泡的亮/灭至此，将树莓派驱动接入Shifu的教程编写结束**总结**在此篇文章中，咱们实现了将一个用于操控树莓派GPIO的Python本地驱动接入Shifu Framework，实现能够用HTTP来近程间接操控。能够看到，对于公有，甚至于二进制文件Shifu也能够轻松接入。Shifu Framework的延展性能够让物联网开发者领有有限的可能。十分感谢您看到了这里，咱们期待您的反馈，如果感觉文章写得不错或者有任何倡议请毫不犹豫地留言。