Padrões de alta disponibilidade para AWS IoT Greengrass usando Pacemaker

O tempo de inatividade da computação de borda em ambientes industriais de IoT pode ser inconveniente e caro. Os sistemas de ponta exigem operação contínua para manter a continuidade dos negócios. Enquanto AWS IoT Greengrass oferece poderosos recursos de computação de borda, alcançar uma verdadeira alta disponibilidade de nível empresarial requer orquestração adicional. Esta postagem mostra como usar Marcapassoum gerenciador de recursos de cluster, para construir uma infraestrutura de borda resiliente com failover automatizado.

Neste passo a passo, você aprenderá a implementar padrões de alta disponibilidade ativo/passivo e ativo/ativo usando o Pacemaker com o AWS IoT Greengrass, completo com failover automatizado, replicação de estado e integração de monitoramento.

O desafio da alta disponibilidade para edge computing

Os aplicativos de nuvem tradicionais se beneficiam da redundância integrada e do escalonamento automático; no entanto, os aplicativos de ponta enfrentam desafios únicos:

• Isolamento físico: Dispositivos Edge operam em locais remotos com conectividade limitada
• Restrições de recursos: Ao contrário dos ambientes de nuvem, os recursos de borda são finitos e preciosos
• Criticidade do serviço: Falhas na borda podem interromper operações físicas imediatamente
• Complexidade de recuperação: A intervenção guide em locais remotos é cara e lenta

O AWS IoT Greengrass aborda muitos desafios de computação de borda, mas a alta disponibilidade requer uma arquitetura cuidadosa que vai além da implantação de um único dispositivo.

Como o Pacemaker aprimora o AWS IoT Greengrass

O Pacemaker ajuda você a criar implantações altamente disponíveis do AWS IoT Greengrass por meio de recursos de gerenciamento de cluster:

Confiabilidade comprovada

• Usado em ambientes de missão crítica há mais de uma década
• Lida com cenários de falha complexos com mecanismos de vedação sofisticados
• Funciona em configurações ativa/passiva e ativa/ativa

Gerenciamento de recursos compatível com AWS IoT Greengrass

• Monitora a integridade do serviço Greengrass e os estados dos componentes
• Gerencia o armazenamento compartilhado para transferência de estado perfeita
• Coordena o failover de serviços dependentes e recursos de rede

Integração pronta para empresas

• Integra-se com os existentes Linux gestão de infraestrutura
• Suporta cadeias de dependências complexas e restrições de recursos
• Fornece registro e monitoramento detalhados para requisitos de conformidade

Juntas, essas ferramentas mantêm suas cargas de trabalho de borda em execução durante falhas de {hardware} ou interrupções de rede.

Visão geral da arquitetura: padrões de alta disponibilidade

A alta disponibilidade do AWS IoT Greengrass pode ser implementada usando dois padrões principais, cada um otimizado para diferentes casos de uso.

Configuração ativa/passiva: maximizando a consistência dos dados

Esse modo maximiza a consistência dos dados e o failover automatizado – very best para aplicativos de missão crítica onde a integridade dos dados e a continuidade do serviço são fundamentais. Um nó executa o Greengrass ativamente enquanto o outro fica pronto no modo de espera. Um serviço de replicação de dados em nível de bloco baseado em software program, como o Distributed Replicated Block Machine (DRBD), garante a sincronização instantânea do estado entre os nós, permitindo failover com zero perda de dados e mantendo a identidade do dispositivo.

┌─────────────────┐    ┌─────────────────┐ 
│   Main Node  │    │  Standby Node   │ 
│                 │    │                 │ 
│ ┌─────────────┐ │    │ ┌─────────────┐ │ 
│ │ Greengrass  │ │    │ │ Greengrass  │ │ 
│ │   ACTIVE    │ │    │ │  STANDBY    │ │ 
│ └─────────────┘ │    │ └─────────────┘ │ 
│                 │    │                 │ 
│ ┌─────────────┐ │    │ ┌─────────────┐ │ 
│ │   DRBD      │◄┼────┼►│   DRBD      │ │ 
│ │  Main    │ │    │ │ Secondary   │ │ 
│ └─────────────┘ │    │ └─────────────┘ │ 
└─────────────────┘    └─────────────────┘ 

Principais benefícios:

Essa configuração garante a preservação completa do estado durante o failover com tempo de inatividade de menos de um minuto, zero perda de dados para transações em andamento e operações críticas, enquanto mantém a identidade do dispositivo, os certificados e a persistência do Stream Supervisor perfeitamente.

Casos de uso do mundo actual:

As configurações ativas/passivas são essenciais em cenários que exigem perda nula ou mínima de dados, como sistemas de entretenimento a bordo que lidam com processamento de pagamentos off-line e instalações de fabricação de baterias, onde as linhas de produção dependem do fluxo contínuo de dados de sensores críticos de fabricação e saídas de modelos de ML para manter a integridade operacional e o controle de qualidade.

Ativo/Ativo: Máximo rendimento e escalabilidade

Este modo maximiza o rendimento e fornece escalabilidade horizontal para cargas de trabalho de alto quantity. Várias instâncias independentes do Greengrass são executadas simultaneamente em nós de cluster, com balanceamento de carga inteligente distribuindo trabalho com base na integridade e capacidade do nó. Cada nó opera com suas próprias credenciais e configurações de dispositivo exclusivas.

┌─────────────────┐    ┌─────────────────┐ 
│   Node 1        │    │   Node 2        │ 
│                 │    │                 │ 
│ ┌─────────────┐ │    │ ┌─────────────┐ │ 
│ │ Greengrass  │ │    │ │ Greengrass  │ │ 
│ │   ACTIVE    │ │    │ │   ACTIVE    │ │ 
│ └─────────────┘ │    │ └─────────────┘ │ 
│                 │    │                 │ 
│ ┌─────────────┐ │    │ ┌─────────────┐ │ 
│ │Load Balancer│◄┼────┼►│Load Balancer│ │ 
│ │ (A/P Mode)  │ │    │ │ (Standby)   │ │ 
│ └─────────────┘ │    │ └─────────────┘ │ 
└─────────────────┘    └─────────────────┘ 

Principais benefícios:

Essas configurações permitem o escalonamento horizontal para cenários de alto rendimento, melhoram a utilização de recursos entre nós e fornecem degradação suave em caso de falhas parciais.

Casos de uso do mundo actual:

As configurações Ativo/Ativo são ideais para cenários de alto quantity, como instalações de fabricação de peças automotivas e operações de fabricação em grande escala com múltiplas linhas de produção, onde cada nó lida com diferentes segmentos de linha para fornecer redundância e maior capacidade de processamento para análise em tempo actual e detecção de anomalias.

Guia de seleção de configuração

Use Ativo/Passivo para aplicativos que não exigem perda de dados, estado compartilhado e preservação da identidade do dispositivo. Esse padrão funciona bem quando você precisa de um único ponto de controle e pode aceitar tempos de failover inferiores a um minuto. Use Ativo/Ativo quando precisar de alto rendimento e escalabilidade horizontal. Esse padrão é adequado para aplicativos que podem operar de forma independente, sem estado compartilhado, onde a distribuição de carga fornece benefícios operacionais e a degradação graciosa é preferível ao failover completo.

Como implementar a solução

O guide completo, incluindo exemplos detalhados de configuração e procedimentos de teste, está disponível no Repositório GitHub. Isso fornece uma automação de implementação ativa/passiva usando Ansible que você pode personalizar para suas necessidades específicas. As etapas de configuração Ativo/Ativo também estão disponíveis em GUIA DE CONFIGURAÇÃO MANUAL dentro do mesmo repositório.

Etapas de configuração

1. Configuração do ambiente

Clone o repositório e configure o ambiente de desenvolvimento

git clone https://github.com/aws-samples/sample-greengrass-ha-pacemaker.git
cd sample-greengrass-ha-pacemaker
./scripts/setup-dev-env.sh && supply .venv/bin/activate

2. Configurar segredos do cluster

Gere e criptografe credenciais de cluster usando Ansible Vault

# Create vault password file
echo "your_secure_password" > .vault_pass
chmod 600 .vault_pass
# Auto-generate encrypted secrets and techniques
./scripts/setup-vault.sh

Isso cria `vars/cluster-vault.yml` com credenciais criptografadas para autenticação de cluster e replicação DRBD.

3. Put together credenciais Greengrass

Nota: Esta abordagem foi projetada apenas para fins de teste e demonstração.

Faça obtain dos arquivos de instalação do Greengrass no Console do AWS IoT.

1. Navegue até o console do AWS IoT Core → Greengrass → Dispositivos principais
2. Clique em ‘Configurar um dispositivo principal’ → ‘Configurar um dispositivo com obtain do instalador’
3. Dê um nome ao seu dispositivo (por exemplo, ‘greengrass-ha-device’)
4. Selecione ou crie um grupo de coisas
5. Baixe os dois arquivos e renomeie-os:
   1. Renomeie hash-setup.sh para greengrass-setup.sh
   2. Renomeie hash.zip para greengrass-certs.zip
6. Coloque os arquivos no diretório `information/greengrass/`

4. Implantar e configurar

Isso irá implantar AWSEC2 e recursos necessários para testar na AWS.

# Deploy infrastructure
make cdk-deploy && make cdk-inventory
# Retrieve SSH personal key
./scripts/get-ssh-key.sh
# Configure HA cluster
ansible-playbook playbooks/setup/system-prerequisites.yml -i stock/cdk-dev-hosts
ansible-playbook playbooks/setup/configure-ha.yml -i stock/cdk-dev-hosts --vault-password-file .vault_pass

5. Valide e teste

Verifique o standing do cluster e, opcionalmente, execute um teste de failover automatizado.

# Examine cluster standing
ansible node-1 -i stock/cdk-dev-hosts -m shell -a "sudo pcs standing" --become
# Check failover (elective)
ansible-playbook playbooks/testing/test-failover-simulation.yml -i stock/cdk-dev-hosts --vault-password-file .vault_pass

Os testes automatizados validam a migração de recursos, a promoção do DRBD e a consistência dos dados durante o failover.

Limpar

Isto destruirá os recursos criados pelo CDK.

# Destroy infrastructure
make cdk-destroy

Conclusão: computação de ponta pronta para empresas

Juntos, o AWS IoT Greengrass e o Pacemaker fornecem a alta disponibilidade necessária para implantações de borda de missão crítica. Ao usar os recursos de gerenciamento de cluster do Pacemaker, as organizações podem implantar o Greengrass com segurança onde a confiabilidade é essencial. Esteja você gerenciando sistemas de controle industrial, processando análises em tempo actual ou orquestrando cargas de trabalho de IA de ponta, esse padrão de arquitetura fornece a base para uma computação de ponta resiliente e escalável da qual sua empresa pode confiar.

Próximas etapas

Pronto para implementar alta disponibilidade de nível empresarial para implantações do AWS IoT Greengrass? Este é o seu caminho a seguir:

Repositório: amostra-greengrass-ha-pacemaker

Sobre os autores

Yong Ji Yong Ji é arquiteto de soluções sênior na Amazon Internet Providers (AWS), ajudando empresas a construir soluções inovadoras baseadas em nuvem. Com mais de 25 anos de experiência em arquitetura de nuvem, análise e engenharia de dados, Yong traz profundo conhecimento técnico e paixão por resolver desafios de negócios complexos. Fora do trabalho, Yong é um apaixonado jogador de tênis de mesa.

Siddhant Srivastava Siddhant Srivastava é engenheiro de desenvolvimento de software program do AWS IoT Greengrass. Ele tem mais de 3 anos de experiência em edge computing com foco na construção de sistemas distribuídos resilientes e escaláveis. Fora do trabalho, Siddhant participa de ligas de futebol e torneios de bilhar.