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Kuiper 正式成为 EdgeX 规则引擎

eKuiper Team
2020-5-21
eKuiper
Kuiper 正式成为 EdgeX 规则引擎

概览

在 EdgeX Geneva 版本中, EMQX Kuiper - 基于 SQL 的轻量级流式数据处理软件与 EdgeX 进行了集成。在进入这篇教程之前，让我们先花一些时间来了解一些 Kuiper 的基本知识。EMQX Kuiper 是 Golang 实现的轻量级物联网边缘分析、流式处理开源软件，可以运行在各类资源受限的边缘设备上。Kuiper 基于源 (Source)，SQL (业务逻辑处理)， 目标 (Sink) 的方式来支持流式数据处理。

  • 源（Source）：流式数据的数据源，例如来自于 MQTT 服务器 的数据。在 EdgeX 的场景下，数据源就是 EdgeX 消息总线（EdgeX message bus），可以是来自于 ZeroMQ 或者 MQTT 服务器；

  • SQL：SQL 是你流式数据处理指定业务逻辑的地方，Kuiper 提供了 SQL 语句可以对数据进行抽取、过滤和转换；

  • 目标（Sink）：目标用于将分析结果发送到特定的目标。例如，将分析结果发送到另外的 MQTT 服务器，或者一个 HTTP Rest 地址； arch.png

使用 Kuiper，一般需要完成以下三个步骤。

  • 创建流，就是你定义数据源的地方
  • 写规则
    • 为数据分析写 SQL
    • 指定一个保存分析结果的目标
  • 部署，并且运行规则

该教程描述如何使用 Kuiper 处理来自于 EdgeX 消息总线的数据。

Kuiper EdgeX 集成

在不同的微服务之间，EdgeX 使用消息总线进行数据交换。它包含了一个抽象的消息总线接口，并分别实现了 ZeroMQ 与 MQTT，在不同的微服务之间信息交互的支持。Kuiper 和 EdgeX 的集成工作包含了以下三部分，

  • 扩展了一个 EdgeX 消息总线源，支持从 EdgeX 消息总线中接收数据

  • 为了可以分析数据，Kuiper 需知道传入的数据流的格式。一般来说，用户最好在创建流的时候指定被分析的流数据的格式。如下所示，一个 demo 流包含了一个名为 temperature 的字段。这与在关系型数据库中创建表格定义的时候非常像。在创建了流定义以后，Kuiper 可以在编译或者运行时对进入的数据进行类型检查，相应错误也会报告给用户。

    CREATE STREAM demo (temperature bigint) WITH (FORMAT="JSON"...)

    然而在 EdgeX 中，数据类型定义在 EdgeX Core contract Service 中已经指定，为了提升使用体验，用户可以在创建流的时候不指定数据类型。Kuiper 源会在初始化规则的时候，从 Core contract Service 中获取所有的 value descriptors 定义（所以如果有任何数据类型定义的变化，你需要重启规则）。当接收到来自于消息总线的数据的时候，会根规则转换为相应的数据类型。

  • 扩展支持 EdgeX 消息总线目标（sink），用于将处理结果写回至 EdgeX 消息总线。用户也可以选择将分析结果发送到 Kuiper 之前已经支持的 RestAPI 接口等。

30501589427209_.pic.jpg

运行 EdgeX Docker 实例

打开 EdgeX develop-scripts 项目，并且下载 Geneva 版本的 Docker compose file，然后启动所有的 EdgeX 容器。

# docker-compose -f ./docker-compose-nexus-redis-no-secty.yml up -d --build

所有的容器启动完毕之后，请使用 docker ps 命令确定所有的容器已经正常启动。

$ docker ps
CONTAINER ID        IMAGE                                                                  COMMAND                  CREATED             STATUS              PORTS                                                                                              NAMES
5618c93027a9        nexus3.edgexfoundry.org:10004/docker-device-virtual-go:master          "/device-virtual --p…"   37 minutes ago      Up 37 minutes       0.0.0.0:49990->49990/tcp                                                                           edgex-device-virtual
fabe6b9052f5        nexus3.edgexfoundry.org:10004/docker-edgex-ui-go:master                "./edgex-ui-server"      37 minutes ago      Up 37 minutes       0.0.0.0:4000->4000/tcp                                                                             edgex-ui-go
950135a7041d        emqx/kuiper:0.3.1                                                      "/usr/bin/docker-ent…"   37 minutes ago      Up 37 minutes        0.0.0.0:20498->20498/tcp, 9081/tcp, 0.0.0.0:48075->48075/tcp                                       edgex-kuiper
c49b0d6f9347        nexus3.edgexfoundry.org:10004/docker-support-scheduler-go:master       "/support-scheduler …"   37 minutes ago      Up 37 minutes       0.0.0.0:48085->48085/tcp                                                                           edgex-support-scheduler
4265dcc2bb48        nexus3.edgexfoundry.org:10004/docker-core-command-go:master            "/core-command -cp=c…"   37 minutes ago      Up 37 minutes       0.0.0.0:48082->48082/tcp                                                                           edgex-core-command
4667160e2f41        nexus3.edgexfoundry.org:10004/docker-app-service-configurable:master   "/app-service-config…"   37 minutes ago      Up 37 minutes       48095/tcp, 0.0.0.0:48100->48100/tcp                                                                edgex-app-service-configurable-rules
9bbfe95993f5        nexus3.edgexfoundry.org:10004/docker-core-metadata-go:master           "/core-metadata -cp=…"   37 minutes ago      Up 37 minutes       0.0.0.0:48081->48081/tcp, 48082/tcp                                                                edgex-core-metadata
2e342a3aae81        nexus3.edgexfoundry.org:10004/docker-support-notifications-go:master   "/support-notificati…"   37 minutes ago      Up 37 minutes       0.0.0.0:48060->48060/tcp                                                                           edgex-support-notifications
3cfc628e013a        nexus3.edgexfoundry.org:10004/docker-sys-mgmt-agent-go:master          "/sys-mgmt-agent -cp…"   37 minutes ago      Up 37 minutes       0.0.0.0:48090->48090/tcp                                                                           edgex-sys-mgmt-agent
f69e9c4d6cc8        nexus3.edgexfoundry.org:10004/docker-core-data-go:master               "/core-data -cp=cons…"   37 minutes ago      Up 37 minutes       0.0.0.0:5563->5563/tcp, 0.0.0.0:48080->48080/tcp                                                   edgex-core-data
9e5091928409        nexus3.edgexfoundry.org:10004/docker-support-logging-go:master         "/support-logging -c…"   37 minutes ago      Up 37 minutes       0.0.0.0:48061->48061/tcp                                                                           edgex-support-logging
74e8668f892c        redis:5.0.7-alpine                                                     "docker-entrypoint.s…"   37 minutes ago      Up 37 minutes       0.0.0.0:6379->6379/tcp                                                                             edgex-redis
9b341bb217f9        consul:1.3.1                                                           "docker-entrypoint.s…"   37 minutes ago      Up 37 minutes       0.0.0.0:8400->8400/tcp, 8300-8302/tcp, 8301-8302/udp, 8600/tcp, 8600/udp, 0.0.0.0:8500->8500/tcp   edgex-core-consul
ed7ad5ae08b2        nexus3.edgexfoundry.org:10004/docker-edgex-volume:master               "/bin/sh -c '/usr/bi…"   37 minutes ago      Up 37 minutes                                                                                                          edgex-files

创建流

该步骤是创建一个可以从 EdgeX 消息总线进行数据消费的流。有两种方法来支持管理流，你可以选择喜欢的方式。

方式1: 使用 Rest API

请注意: EdgeX 中的 Kuiper Rest 接口使用48075端口，而不是缺省的9081端口。所以在 EdgeX 调用 Kuiper Rest 的时候，请将文档中所有的 9081 替换为 48075。

请将 $kuiper_server 替换为本地运行的 Kuiper 实例的地址。

curl -X POST \
  http://$kuiper_server:48075/streams \
  -H 'Content-Type: application/json' \
  -d '{
  "sql": "create stream demo() WITH (FORMAT=\"JSON\", TYPE=\"edgex\")"
}'

关于其它 API，请参考该文档.

方式2: 使用 Kuiper 命令行

使用以下命令，进入运行中的 Kuiper docker 实例。

docker exec -it kuiper /bin/sh

使用以下命令，创建一个名为 demo 的流定义.

bin/cli create stream demo'() WITH (FORMAT="JSON", TYPE="edgex")'

其它命令行，请参考该文档。

现在流已经创建好了，但是你可能好奇 Kuiper 是如何知道消息总线的地址和端口，因为此类信息在 CREATE STREAM 并未指定。实际上这些信息是在配置文件 etc/sources/edgex.yaml 中指定的，你可以在命令行窗口中输入 cat etc/sources/edgex.yaml 来查看文件的内容。如果你有不同的服务器、端口和服务的地址，请更新相应的配置。正如之前提到的，这些配置选项可以在容器启动的时候进行重写。

#Global Edgex configurations
default:
  protocol: tcp
  server: localhost
  port: 5566
  topic: events
  serviceServer: http://localhost:48080
.....

更多关于配置文件的信息，请参考该文档.

创建规则

让我们创建一条规则，将分析结果发送至 MQTT 服务器，关于 MQTT 目标的相关配置，请参考这个链接。与创建流的过程类似，你可以选择使用 REST 或者命令行来管理规则。

以下例子将选出所有 events 主题上所有的数据，分析结果将被

  • 发布到公共的 MQTT 服务器 broker.emqx.io 的主题result 上；
  • 打印至日志文件

选项1: 使用 Rest API

curl -X POST \
  http://$kuiper_server:9081/rules \
  -H 'Content-Type: application/json' \
  -d '{
  "id": "rule1",
  "sql": "SELECT * FROM demo",
  "actions": [
    {
      "mqtt": {
        "server": "tcp://broker.emqx.io:1883",
        "topic": "result",
        "clientId": "demo_001"
      }
    },
    {
      "log":{}
    }
  ]
}

选项2: 使用 Kuiper 命令行

你可以使用任意编辑器来创建一条规则，将下列内容拷贝到编辑器中，并命名为 rule.txt。

{
  "sql": "SELECT * from demo",
  "actions": [
    {
      "mqtt": {
        "server": "tcp://broker.emqx.io:1883",
        "topic": "result",
        "clientId": "demo_001"
      }
    },
    {
      "log":{}
    }
  ]
}

在运行的容器中，执行以下命令。

# bin/cli create rule rule1 -f rule.txt
Connecting to 127.0.0.1:20498...
Creating a new rule from file rule.txt.
Rule rule1 was created successfully, please use 'cli getstatus rule rule1' command to get rule status.

如想将结果发送到别的目标，请参考 Kuiper 中支持的其它目标。你现在可以看一下在 log/stream.log中的日志文件，查看规则的详细信息。

time="2020-04-17T06:32:24Z" level=info msg="Serving kuiper (version - 0.3.1-4-g9e63fe1) on port 20498, and restful api on port 9081. \n" file="server.go:101"
time="2020-04-17T06:32:24Z" level=info msg="The connection to edgex messagebus is established successfully." file="edgex_source.go:95" rule=rule1
time="2020-04-17T06:32:24Z" level=info msg="Successfully subscribed to edgex messagebus topic events." file="edgex_source.go:104" rule=rule1
time="2020-04-17T06:32:24Z" level=info msg="The connection to server tcp://broker.emqx.io:1883 was established successfully" file="mqtt_sink.go:161" rule=rule1
time="2020-04-17T06:32:25Z" level=info msg="Get 24 of value descriptors from service." file="edgex_source.go:223"
time="2020-04-17T06:32:25Z" level=info msg="sink result for rule rule1: [{\"int32\":-697766590}]" file="log_sink.go:16" rule=rule1
time="2020-04-17T06:32:25Z" level=info msg="sink result for rule rule1: [{\"int8\":-47}]" file="log_sink.go:16" rule=rule1
time="2020-04-17T06:32:25Z" level=info msg="sink result for rule rule1: [{\"int16\":-318}]" file="log_sink.go:16" rule=rule1
time="2020-04-17T06:32:25Z" level=info msg="sink result for rule rule1: [{\"int64\":-8680421421398846880}]" file="log_sink.go:16" rule=rule1
time="2020-04-17T06:32:31Z" level=info msg="sink result for rule rule1: [{\"bool\":true}]" file="log_sink.go:16" rule=rule1

监控分析结果

因为所有的分析结果都被发布到tcp://broker.emqx.io:1883，你可以直接使用以下的 mosquitto_sub 命令来监听结果，你也可以参考别的 MQTT 客户端工具.

# mosquitto_sub -h broker.emqx.io -t result
[{"bool":true}]
[{"bool":false}]
[{"bool":true}]
[{"randomvalue_int16":3287}]
[{"float64":8.41326e+306}]
[{"randomvalue_int32":-1872949486}]
[{"randomvalue_int8":-53}]
[{"int64":-1829499332806053678}]
[{"int32":-1560624981}]
[{"int16":8991}]
[{"int8":-4}]
[{"bool":true}]
[{"bool":false}]
[{"float64":1.737076e+306}]
...

你也可以敲入以下的命令来查看规则执行的状态。相关的查看规则状态的 REST API 也有提供，请检查相关文档.

# bin/cli getstatus rule rule1
Connecting to 127.0.0.1:20498...
{
  "source_demo_0_records_in_total": 29,
  "source_demo_0_records_out_total": 29,
  "source_demo_0_exceptions_total": 0,
  "source_demo_0_process_latency_ms": 0,
  "source_demo_0_buffer_length": 0,
  "source_demo_0_last_invocation": "2020-04-17T10:30:09.294337",
  "op_preprocessor_demo_0_records_in_total": 29,
  "op_preprocessor_demo_0_records_out_total": 29,
  "op_preprocessor_demo_0_exceptions_total": 0,
  "op_preprocessor_demo_0_process_latency_ms": 0,
  "op_preprocessor_demo_0_buffer_length": 0,
  "op_preprocessor_demo_0_last_invocation": "2020-04-17T10:30:09.294355",
  "op_filter_0_records_in_total": 29,
  "op_filter_0_records_out_total": 21,
  "op_filter_0_exceptions_total": 0,
  "op_filter_0_process_latency_ms": 0,
  "op_filter_0_buffer_length": 0,
  "op_filter_0_last_invocation": "2020-04-17T10:30:09.294362",
  "op_project_0_records_in_total": 21,
  "op_project_0_records_out_total": 21,
  "op_project_0_exceptions_total": 0,
  "op_project_0_process_latency_ms": 0,
  "op_project_0_buffer_length": 0,
  "op_project_0_last_invocation": "2020-04-17T10:30:09.294382",
  "sink_sink_mqtt_0_records_in_total": 21,
  "sink_sink_mqtt_0_records_out_total": 21,
  "sink_sink_mqtt_0_exceptions_total": 0,
  "sink_sink_mqtt_0_process_latency_ms": 0,
  "sink_sink_mqtt_0_buffer_length": 1,
  "sink_sink_mqtt_0_last_invocation": "2020-04-17T10:30:09.294423"

总结

在本教程中，我们介绍了使用 EdgeX Kuiper 规则引擎的非常简单的例子，如果使用过程中发现任何问题，请到 EdgeX，或者 Kuiper Github 中报问题。

更多练习

目前的规则没有过滤发送给 Kuiper 的任何数据，那么如何过滤数据呢？请使用删除规则，然后试着更改一下 SQL 语句，完成更改后，重新部署规则。这时候如果监听 MQTT 服务的结果主题，检查一下相关的规则是否起作用？

扩展阅读

如想了解更多的 EMQX Kuiper 的信息，请参考以下资源。

规则引擎
编辑
eKuiper Team

eKuiper Team

eKuiper 团队是 LF Edge eKuiper 项目的主要贡献者和维护者，该项目是一款轻量级的物联网数据分析和流处理引擎，可运行在资源受限的边缘设备上。

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