5G与物联网的兴起，让云游戏、超高清视频直播、VR/AR、V2X、智慧城市/制造等新兴行业蓬勃发展，随之而来的是海量计算数据。传统的云计算架构已无法满足此类“低延迟&大带宽”的需求，云+边+端三位一体的分布式计算架构成为更好的解决方案。
这样的背景下，百度智能云率先基于CDN节点网络推出边缘计算产品BEC（Baidu Edge Computing），一站式提供更靠近终端用户的、全面覆盖的、弹性分布式算力资源，通过终端数据就近计算和处理，大幅度优化响应时延、降低中心负荷和整体成本；同时赋予用户更快、更省、更灵活、更高效的边缘算力资源和平台能力。
支撑新场景落地
在百度智能云的边缘计算产品BEC中，边缘计算节点不仅提供了用户边缘算力资源，更把中心云的核心能力下沉到了边缘节点，如存储、网络、安全等能力，完成了众多新兴场景的落地，同时打造了云边协同的最佳解决方案：
在直播/点播场景，通过使用就近基于边缘构建的分布式源站，大幅度节省中心带宽成本，降低用户观看延迟、提升体验。同时支持客户将自有协议及转码能力快速部署至边缘节点，降低改造成本。
在视频上传场景，边缘节点提供就近落盘存储。视频文件上传速度提升50%，同时因减少传输链路使得上传成功率提高至99%以上。也可引入多个节点存储集群，保证边缘环境存储功能的可靠性。
在安防场景，边缘计算节点可提供就近视频汇聚及处理能力，在同一城域网的距离内解决视频流/图片的合流、存储、分析，提供低成本、高质量的智慧安防监控能力。对终端设备无特殊要求，扩展性强、易改造，由边缘来做统一纳管，大幅度降低运营成本。
在云游戏场景，边缘计算节点可提供高实时性的GPU计算资源，完成游戏场景的渲染工作。在特定区域内，从用户游戏指令上传至边缘节点处理到视频渲染后下发，整体可在25ms内完成处理。支持游戏即开即玩，无需下载，大幅度提升拉新率。同时也不会因游戏更新而需要用户重新下载，导致用户流失。
为支撑以上众多场景落地，BEC在产品功能和技术架构方面，做了非常多的创新尝试，同时也在实际业务使用中，一一验证了技术的先进性，以下是创新的重点方向。
安全容器和标准虚机的混部调度
近年来，容器技术快速发展，并呈现出与Kubernetes融合的趋势。
2019年Kubernetes社区的一份指南纲要中，讨论了虚拟机回归的话题，而在生产实践中也发现，以docker为代表的runc容器技术，在安全性、隔离性上有不少隐患。这使得微虚机或者安全容器技术逐渐被业界重视起来，比较有代表性的如Kata Containers，Firecracker和gVisor。
BEC就使用了其中的Kata Container安全容器做为边缘容器方案，实现容器内核隔离，保证非受信工作负载的运行，为客户提供更高的安全性。但是Kata Container也有一定的局限性，比如容器内核版本比较高，内核版本、虚机镜像不支持容器粒度的动态配置等问题。此外，也可支持客户在标准虚机上的使用习惯。
在这个背景下，BEC开启了对边缘虚机的支持。这也和业界的发展趋势相同，随着像Kubevirt这样的开源项目兴起，Kubernetes强大的编排能力可以直接管理标准虚拟机。除了支持标准虚拟机的管理，BEC也实现了安全容器和标准虚机的混部调度，整体架构如下：
简明边缘虚机架构
边缘虚机使用了开源的kubevirt方案来实现，通过Kubernetes的自定义资源API（CRD），增加虚机和虚机实例资源，使Kubernetes能够方便地编排管理虚机对象。Kubevirt的整体架构如下：
可自定义虚机镜像
BEC通过与百度智能云BCC云服务器产品打通，充分利用中心云产品能力，为用户提供自定义虚机镜像的能力。用户在BEC上启动边缘虚机时，可以选择在BCC中制作的虚机镜像启动。
Kubevirt支持多种存储挂载方式，在BEC中，系统盘的挂载使用的是data volume的方式，结合CDI（Containerized-Data-Importer ）工具，完成虚机系统盘的准备。如下图：
支持虚机资源整体调度
BEC为了提升性能，边缘使用本地盘作为虚机的系统盘，在系统盘pv准备完成后，importer Pod会被删除，BEC通过设置vm pod的亲和性，保证vmpod会调度到pv所在的节点。但是importer pod删除和vm pod创建过程中可能会有新的pod调度到此节点，并占用资源，会导致vm pod因资源不足而调度失败。
为了解决这个问题，BEC增加了对虚机生命周期过程中所有资源的整体调度能力。重点是保障importer删除后，vm pod可以保证在同节点启动，另外一个是保障虚机关机开机时pod能在同节点重建。
BEC对kube-scheduler组件进行了改造，在原有的节点资源管理模块增加了资源预留机制，为vm的pod预留出资源配额，不参与调度。对应上面提到的importer pod删除或者因vm关机导致的virt-launcher pod删除，对应的资源不会从scheduler的资源缓存中清理，并且通过hook资源同步逻辑，防止缓存被更新，从而保证了vm启动的稳定性。
让边缘业务日志处理更简单
在业务运维中，日志是观察业务运行状态，排查业务问题的重要依据。在边缘服务场景中也是如此，但是边缘侧缺少中心云中完备的平台化日志服务。为了解决这个问题，BEC结合云原生生态，实现了一套业务容器日志推送和监控指标采集的工具。
该工具以sidecar容器的形式与业务容器共同运行在同一pod中，支持通过emptydir的方式与业务容器实现日志共享，也支持采集业务容器的标准输出。控制面通过configmap实现配置热更新下发，整体架构如下：
日志指标提取提升可读性
日志指标提取使用的是grok-exporter，grok-exporter是个轻量级的指标提取项目，可以很好对接prometheus。但是成熟度上还有待提升，主要问题有以下几点：
一是原生grok-exporter只能支持从一个文件或一个目录下的日志中提取指标，在生产环境中，客户多个容器的日志存储路径可能是不一致的，为此，BEC对grok-exporter进行了改造，使其支持从多个文件或目录提取指标，并将文件名添加为label用于区分。
二是原生grok-exporter不支持日志文件路径包含软链接或者环境变量，而生产环境中，很多日志文件，特别是标准输出日志，都是以软链接的方式来实现日志轮转，BEC团队对此进行了改造，解决了该问题。
三是提取指标时，对日志的偏移量没有做记录，在进程重启后会从文件开始处再次提取。为此，BEC对该偏移量进行了持久化存储，进程重启后可以重新加载，继续从上一位置开始提取。而且BEC使用“inode+设备号+文件扩展属性”唯一标识一个文件，保证文件删除后，新建的同名文件可以被识别。
此外，之前grok-exporter自身的日志格式不够友好，在组件运维过程中成本较高。为此，BEC更换了日志库，对优化日志格式，提升日志可读性。以配置化方式支持日志轮转，方便日志清理，防止sidecar容器中的日志堆积占用过多资源。
多种日志输出
BEC在日志传输上使用了开源的fluent bit，对接了百度智能云ElasticSearch，除此之外，fluent bit原生还支持kafka、fluentd、http、nats等输出。
基于以上众多业界首发的功能和先进技术，百度智能云以边缘计算开辟全新赛道，完成率先抢跑，充分迎接5G新时代。同时，百度智能云也在和运营商共同探索移动边缘计算，旨在提供用户更下沉的边缘资源，更低延迟的网络响应，更丰富的5G网络能力，面向未来无限可能。
