[发明专利]一种嵌入式操作系统上基于K3s的DDS通信中间件的构建方法

说明书

DDS(数据分发服务)在分布式系统中可以高效地处理复杂数据流业务。K3s作为容器编排工具，具有完备的集群管理能力。将K3s与DDS结合可以大大简化分布式系统的设计部署，具有巨大的市场应用前景。但是基于K3s的DDS通信是现有技术的盲区。本发明提供一种嵌入式操作系统上基于K3s的DDS通信中间件的构建方法。该方法包括以下步骤：在Linux中交叉编译DDS链接库；将DDS环境及程序构建到Docker镜像文件；在嵌入式开发板上安装K3s服务并进行网络配置；创建管理Pod和DDS应用Pod；通过管理Pod对DDS应用Pod进行状态监测和扩缩容等管理。本发明可实现将容器管理平台K3s与通信中间件DDS结合，为系统的模块化设计、模块间松耦合通信及快速部署提供技术支持。

技术领域

本发明涉及嵌入式操作系统开发、分布式数据分发服务，容器管理服务，具体涉及一种嵌入式操作系统上基于K3s的DDS通信中间件的构建方法。

背景技术

DDS(Data Distribution Service)数据分发服务是对象管理组织(OMG)在HLA及CORBA等标准的基础上制定的新一代通信中间件技术规范。DDS采用了发布/订阅机制，针对系统进行了优化，提供低延迟、高吞吐量的分布式数据交互，可满足各种分布式通信应用需求，从而能够广泛应用于国防、航空、仿真、工业自动化等多个领域，例如宙斯盾开放体系结构(Aegis Open Architecture)，舰艇自卫作战系统(Ship Self Defense System)，濒海战斗舰(Littoral Combat Ship)等的系统中。

容器是一种沙盒技术，可以将应用程序运行在其中，与外界隔离以及方便这个沙盒可以被转移到其它宿主机器。容器技术具有方便部署，能够快速启动及高效的利用系统资源等优势，得到了广泛的应用。Kubernetes是Google 2014年创建管理的，是Google 10多年大规模容器管理技术Borg的开源版本。它是容器集群管理系统，是一个开源的平台，提供了容器大规模部署、编排与管理的能力。K3s则是由Rancher Lab在2019年2月推出的轻量级的Kubernetes,适用于在资源有限的环境中运行Kubernetes。相比于Kubernetes，K3s更适合在嵌入式平台部署运行。使用K3s作为容器编排工具，开发者就不需要在传统架构中与业务没有关系的底层代码或者功能模块上花费时间，不必再考虑引入服务监控和故障处理模块。K3s具有完备的集群管理能力，包括多层次的安全防护和准入机制、透明的服务注册和服务发现机制、内建的智能负载均衡器、强大的故障发现和自我修复能力、服务滚动升级和在线扩容能力、可扩展的资源自动调度机制。使用K3s提供的解决方案，可以大大节省开发成本，还可以将精力更加集中于业务本身。

DDS是一套基于以太网的数据交互协议，仅支持二层网络通信。K3s为了对容器进行高效的管理，在容器的基础上封装出了Pod和Service。Pod是多个容器的集合，包括一个管理容器和至少一个应用容器。Service是多个Pod的集合。使用K3s部署的系统主要存在三种通信模式，分别为：Pod内容器间通信，Pod间通信，Pod与Service间通信。因为Pod内容器可直接进行本地通信，本发明中不予讨论。每个Pod和Service都会被分配一个IP地址，分别被称为Pod IP和Cluster IP。K3s默认的网络模式是flannel网络，flannel是一种虚拟网络技术，可以为每一个Pod分配一个唯一的虚拟IP地址，并构建三层虚拟网络实现Pod间通信，但是无法实现Pod级别的DDS通信。要满足K3s部署的Pod之间能进行DDS通信，所采用的网络必须为二层网络，不能使用NAT，隧道等技术，而Pod访问Service必须依赖NAT转换，不满足DDS通信的需求。K3s支持多种第三方网络插件，但并无法直接解决这一矛盾，要同时满足这两种通信模式，存在巨大的困难，目前基于K3s的DDS通信实现是现有技术的盲区。