golang Kubernetes原生物联网开发框架插件库shifu的使用

Golang Kubernetes原生物联网开发框架插件库Shifu的使用

什么是Shifu

Shifu是一个Kubernetes原生的、生产级的、协议和厂商无关的物联网网关框架。它允许开发者专注于应用开发，而不是基础设施维护。

Shifu Logo

核心概念

  • shifu: 一个Kubernetes CRD(自定义资源定义)，用于将物联网设备集成到集群中
  • DeviceShifu: 一个Kubernetes pod，也是Shifu的原子单元。DeviceShifu主要包含设备的驱动程序，并在集群中代表一个设备，可以称之为设备的"数字孪生"

架构图

Shifu Architecture

主要特性

  • Kubernetes原生 - 开发应用的同时管理设备，无需维护额外的运维基础设施
  • 开放平台 - 无厂商锁定，可轻松部署在边缘(从树莓派到边缘集群)或云上(支持公有云、私有云和混合云)
  • 协议无关 - 支持HTTP、MQTT、RTSP、Siemens S7、TCP socket、OPC UA等多种协议

使用示例

连接专有协议摄像头(仅需5行代码)

package main

import (
	"fmt"
	"io/ioutil"
	"net/http"
)

func main() {
	// 1. 创建HTTP客户端
	client := &http.Client{}
	
	// 2. 向DeviceShifu发送请求获取摄像头图像
	resp, err := client.Get("http://deviceshifu-camera-service/getimage")
	if err != nil {
		fmt.Printf("Error getting image: %v\n", err)
		return
	}
	defer resp.Body.Close()
	
	// 3. 读取响应数据
	imageData, err := ioutil.ReadAll(resp.Body)
	if err != nil {
		fmt.Printf("Error reading image data: %v\n", err)
		return
	}
	
	// 4. 处理图像数据(这里简单打印长度)
	fmt.Printf("Received image with size: %d bytes\n", len(imageData))
	
	// 5. 可以将图像保存到文件或进行其他处理
	// ioutil.WriteFile("camera.jpg", imageData, 0644)
}

更完整的设备控制示例

package main

import (
	"bytes"
	"encoding/json"
	"fmt"
	"io/ioutil"
	"net/http"
)

// DeviceCommand 表示发送给设备的命令
type DeviceCommand struct {
	Action  string `json:"action"`
	Value   string `json:"value,omitempty"`
	Timeout int    `json:"timeout,omitempty"`
}

func main() {
	// 设备Shifu的服务地址
	deviceShifuURL := "http://deviceshifu-plc-service/command"
	
	// 示例1: 发送简单命令
	simpleCmd := DeviceCommand{
		Action: "start",
	}
	sendCommand(deviceShifuURL, simpleCmd)
	
	// 示例2: 发送带参数的命令
	paramCmd := DeviceCommand{
		Action:  "set_speed",
		Value:   "1200",
		Timeout: 5000,
	}
	sendCommand(deviceShifuURL, paramCmd)
}

func sendCommand(url string, cmd DeviceCommand) {
	// 将命令结构体转换为JSON
	jsonData, err := json.Marshal(cmd)
	if err != nil {
		fmt.Printf("Error marshaling command: %v\n", err)
		return
	}
	
	// 创建HTTP请求
	req, err := http.NewRequest("POST", url, bytes.NewBuffer(jsonData))
	if err != nil {
		fmt.Printf("Error creating request: %v\n", err)
		return
	}
	req.Header.Set("Content-Type", "application/json")
	
	// 发送请求
	client := &http.Client{}
	resp, err := client.Do(req)
	if err != nil {
		fmt.Printf("Error sending command: %v\n", err)
		return
	}
	defer resp.Body.Close()
	
	// 读取响应
	body, err := ioutil.ReadAll(resp.Body)
	if err != nil {
		fmt.Printf("Error reading response: %v\n", err)
		return
	}
	
	fmt.Printf("Command response: %s\n", string(body))
}

安装与使用

  1. 安装Shifu到Kubernetes集群
  2. 创建DeviceShifu自定义资源来代表您的设备
  3. 通过HTTP接口与DeviceShifu交互

社区支持

Shifu是一个CNCF景观项目，拥有活跃的社区支持。欢迎加入社区讨论和贡献代码。

CNCF Logo

许可证

Shifu使用Apache 2.0许可证开源。


更多关于golang Kubernetes原生物联网开发框架插件库shifu的使用的实战教程也可以访问 https://www.itying.com/category-94-b0.html

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Shifu: Kubernetes原生物联网开发框架

Shifu是一个基于Kubernetes的物联网(IoT)开发框架，它允许开发者快速构建和管理物联网设备与应用程序的连接。以下是Shifu的核心概念和使用方法。

Shifu核心概念

  1. DeviceShifu - 代表实际物理设备的数字孪生
  2. ShifuController - 管理DeviceShifu的生命周期
  3. EdgeDevice - 实际的物理设备

安装Shifu

首先需要安装Shifu框架：

# 克隆仓库
git clone https://github.com/Edgenesis/shifu.git
cd shifu

# 安装Shifu
kubectl apply -f pkg/k8s/crd/install/shifu_install.yml

创建DeviceShifu

下面是一个创建DeviceShifu的YAML示例：

apiVersion: shifu.edgenesis.io/v1alpha1
kind: EdgeDevice
metadata:
  name: thermometer-device
spec:
  sku: "Thermometer-3000"
  connection: Ethernet
  address: "192.168.1.100:8080"
  protocol: HTTP

与DeviceShifu交互

Shifu提供了REST API与设备交互：

package main

import (
	"fmt"
	"io/ioutil"
	"net/http"
)

func main() {
	// Shifu服务的地址
	shifuUrl := "http://thermometer-device-service.shifu.svc.cluster.local"
	
	// 获取温度
	resp, err := http.Get(shifuUrl + "/temperature")
	if err != nil {
		fmt.Printf("Error getting temperature: %v\n", err)
		return
	}
	defer resp.Body.Close()
	
	body, err := ioutil.ReadAll(resp.Body)
	if err != nil {
		fmt.Printf("Error reading response: %v\n", err)
		return
	}
	
	fmt.Printf("Current temperature: %s\n", string(body))
}

高级功能

1. 设备状态监控

func monitorDeviceStatus(deviceName string) {
	for {
		resp, err := http.Get(fmt.Sprintf("http://%s-service.shifu.svc.cluster.local/status", deviceName))
		if err != nil {
			fmt.Printf("Error getting status: %v\n", err)
			time.Sleep(5 * time.Second)
			continue
		}
		
		// 处理状态信息...
		time.Sleep(1 * time.Minute)
	}
}

2. 批量设备管理

type DeviceCommand struct {
	DeviceName string
	Command    string
	Value      string
}

func sendCommandsToDevices(commands []DeviceCommand) {
	for _, cmd := range commands {
		url := fmt.Sprintf("http://%s-service.shifu.svc.cluster.local/%s", cmd.DeviceName, cmd.Command)
		resp, err := http.Post(url, "application/json", strings.NewReader(cmd.Value))
		if err != nil {
			fmt.Printf("Error sending command to %s: %v\n", cmd.DeviceName, err)
			continue
		}
		resp.Body.Close()
	}
}

实际应用示例

智能温控系统

package main

import (
	"fmt"
	"io/ioutil"
	"net/http"
	"time"
)

func main() {
	thermometer := "thermometer-device-service.shifu.svc.cluster.local"
	heater := "heater-device-service.shifu.svc.cluster.local"
	
	for {
		// 获取当前温度
		tempResp, err := http.Get("http://" + thermometer + "/temperature")
		if err != nil {
			fmt.Printf("Error getting temperature: %v\n", err)
			time.Sleep(10 * time.Second)
			continue
		}
		
		tempData, _ := ioutil.ReadAll(tempResp.Body)
		tempResp.Body.Close()
		
		var currentTemp float64
		fmt.Sscanf(string(tempData), "%f", &currentTemp)
		
		// 根据温度控制加热器
		if currentTemp < 20.0 {
			_, err = http.Post("http://"+heater+"/power", "text/plain", strings.NewReader("on"))
		} else if currentTemp > 22.0 {
			_, err = http.Post("http://"+heater+"/power", "text/plain", strings.NewReader("off"))
		}
		
		time.Sleep(30 * time.Second)
	}
}

最佳实践

  1. 错误处理：始终检查设备响应和错误
  2. 资源清理：确保关闭HTTP响应体
  3. 超时设置：为HTTP请求设置合理的超时
  4. 并发控制：使用goroutine池管理大量设备通信
  5. 配置管理：使用ConfigMap存储设备配置

Shifu为Kubernetes环境下的物联网开发提供了强大的抽象层，使得管理成百上千的设备变得简单高效。通过DeviceShifu的数字孪生模式，开发者可以专注于业务逻辑而不是设备通信细节。

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