基于Kubernetes的智慧管廊容器云平台的设计与实现

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近年来,随着容器技术的迅速发展,将容器技术应用到智慧城市等概念逐渐成为研究热点。本文以已有的智慧管廊微服务架构为基础,设计出基于改进的Kubernetes容器编排框架的智慧管廊容器云平台,并实现了轻量级的容器镜像的构建、多用户层级容器管理监控告警服务等功能。同时为了应对中小规模容器集群中容器调度耗时,影响服务性能等情况,本文从容器调度队列、启发式调度算法等层面提出了一种基于蚁群算法的容器调度器设计与实现方案。主要工作如下:(1)针对云端服务器可用资源有限以及传统开源容器占用资源多导致系统性能损失的问题,提出了一种适用于智慧管廊云平台的轻量级镜像构建方案。该方法采用缩减每层镜像的依赖、多层构建底层通用镜像的方式,降低了镜像和容器占用的服务器资源消耗。测试结果表明,相对于其他方案,该方法大幅缩减了普通镜像占用的管廊平台计算资源,提高了资源利用效率,提升了系统性能。(2)为了提高智慧管廊容器系统的可靠性和可维护性,结合Prometheus和Grafana设计出管廊服务监控告警架构,并实现了容器监控与告警和监控指标的可视化等功能。该方案结合Kubernetes原生的Dashboard作为平台多用户层级容器管理监控告警系统。和主流监控架构相比,既提高了容器的多用户层级管理监控水平,又可以发出告警给运维人员来实时保证服务的可靠运行。(3)针对原生Kubernetes的调度器在集群异构性低、容器服务类型不多的中小集群场景下存在调度耗时的问题,提出了一种基于蚁群算法的智慧管廊Kubernetes容器集群调度器的设计与实现方案。该调度器在原生优先级队列基础上优化了队列对pod的操作方式,并采用了几种启发式算法中比较适合智慧管廊云平台的蚁群算法作为容器调度的主要调度方式,同时结合集群中可能出现的复杂调度策略,将原生调度方法作为备用方案,提高了调度器容错性和可靠性。理论分析及测试结果表明,本文提出的调度器设计与实现方案与当下业界主流调度算法相比,显著缩短了智慧管廊服务容器的调度时间,提升了系统性能。
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