【课程2.4】开发环境搭建：K8s集群部署、芋道框架集成、ThingsBoard对接

【课程2.4】开发环境搭建：K8s集群部署、芋道框架集成、ThingsBoard对接

严格基于指定文件（核心为《01智慧城市一网统管平台-系统总体架构及其功能要点-20251018修订.docx》，简称《01总体架构》），结合《03系统数据库表》《04我的工作台》《05数据中枢》等，拆解开发环境"基础设施部署→业务框架集成→物联网平台对接"全流程，所有技术选型、版本参数均来自指定文件，不涉及外部信息。

一、前置说明：开发环境的"文件依据"与核心目标

《01总体架构》"（二）核心部署架构""（三）集群规划与组件选型"明确：一网统管开发环境需基于Kubernetes+KubeSphere构建容器化底座，集成芋道框架实现业务开发，对接ThingsBoard完成物联网设备数据接入（《05数据中枢》20.7节"设备管理"需物联网平台支撑）。

核心目标：搭建"容器化底座（K8s）+业务框架（芋道）+物联网接入（ThingsBoard）"的一体化开发环境，支撑后续"功能设计、代码开发"（如城管设施监测、水利水质数据采集），适配《03系统数据库表》的表结构与《06行业文件》的业务需求。

二、第一步：K8s集群部署（基于KubeSphere，《01总体架构》核心参考）

《01总体架构》"（二）核心部署架构""（五）集群部署资源规划"详细规定了K8s集群的部署环境、组件版本、节点配置，需严格按文件参数执行，避免版本兼容性问题。

2.1 部署环境准备（文件参数）

环境要素	配置要求（《01总体架构》P83、P88）	说明
操作系统	openEuler 24.03 LTS SP1 x86_64	国产化适配，保障政务场景合规性，文件明确为推荐操作系统（《01总体架构》P83）
部署工具	KubeKey v3.1.7	快速部署Kubernetes+KubeSphere，支持集群扩容/缩容（《01总体架构》P83）
硬件要求	控制节点（Control）：16核CPU+16GB内存+500GB数据盘；Worker节点：8核CPU+32GB内存+500GB数据盘（《01总体架构》P88）	按"3 Control+3 Worker+3 GPU Worker"最小高可用规模部署，支撑基础开发
网络要求	核心网络（192.168.9.0/24）、存储平面（192.168.10.0/24）、运维域（192.168.11.0/24）（《01总体架构》P82）	分层网段隔离，避免网络冲突，适配多平面高可用架构

2.2 核心组件部署（文件指定版本）

严格按《01总体架构》P83"关键组件及部署版本"表部署，确保与平台后续功能兼容（如芋道框架需适配KubeSphere v4.1.2）：

# 1. 下载KubeKey（文件指定v3.1.7）
curl -sfL https://get-kk.kubesphere.io | VERSION=v3.1.7 sh -

# 2. 创建集群配置文件（参考文件网络规划，指定openEuler系统、组件版本）
./kk create config --name=urban-mgmt-cluster \
  --hosts=192.168.9.10,192.168.9.11,192.168.9.12,192.168.9.13,192.168.9.14,192.168.9.15 \
  --operating-system=openEuler \
  --container-manager=containerd:1.7.13 \
  --kubernetes-version=v1.30.6 \
  --kubesphere-version=v4.1.2

# 3. 部署集群（包含K8s+KubeSphere，文件推荐自建核心组件）
./kk install cluster -f config.yaml

文件依据：《01总体架构》P80"部署方式：核心组件优先自建"，P83"关键组件及部署版本"明确Kubernetes v1.30.6、Containerd 1.7.13。

2.3 存储方案部署（OpenEBS+Ceph，《01总体架构》P80）

文件取消传统GlusterFS，采用"OpenEBS（本地存储）+Ceph（共享存储）"组合方案，需在K8s集群内部署：

1. OpenEBS部署

   ：用于LocalPV（如K8s节点配置文件、临时数据），通过KubeSphere应用市场一键安装（《01总体架构》P84）；

2. Ceph部署

   ：用于共享存储（如《03系统数据库表》的sys_area、biz_event等核心表数据），参考文件"存储平面节点配置"（192.168.10.0/24网段），部署3节点Ceph集群；

3. 验证存储

   ：创建测试PVC，挂载至Pod，确保数据持久化（如创建MySQL数据库Pod，使用Ceph存储，验证《03系统数据库表》的表结构可正常创建）。

2.4 集群验证（文件合规性检查）

部署完成后，需验证以下内容（符合《01总体架构》"高可用架构"要求）：

1. 访问KubeSphere控制台（默认端口30880），确认Control节点、Worker节点均为"Ready"状态；

2. 检查核心组件（ETCD、API Server、Ceph）运行正常，无CrashLoopBackOff；

3. 验证网络连通性：跨节点Pod可正常通信，存储平面可正常读写数据。

三、第二步：芋道框架集成（对接K8s与数据库，《04工作台》核心参考）

《04我的工作台-系统功能设计.docx》（简称《04工作台》）2.2节"基础设施"明确芋道框架为业务开发核心，需集成其"系统管理、表单构建、代码生成"等模块，对接K8s集群与《03系统数据库表》。

3.1 芋道框架部署（K8s内部署）

1. 环境依赖

   ：确保K8s集群内已部署MySQL（8.0版本，《01总体架构》P83）、Redis（用于缓存，《04工作台》1.6节"个人中心"需缓存用户权限）；

2. 数据库初始化

   ：执行《03系统数据库表》的初始化SQL脚本，创建基础层（sys_user、sys_area）、业务层（biz_event）、关联层（rel_event_device）表结构，确保表名、字段符合《02命名规范》（sys_前缀、snake_case格式）；

3. 框架部署

   ：

   • 下载芋道源码（适配KubeSphere的Spring Boot 2.7.x版本），修改配置文件（数据库连接、Redis地址、K8s服务发现）；

   • 打包为Docker镜像，推送至K8s集群的私有镜像仓库；

   • 通过KubeSphere控制台创建Deployment，挂载Ceph存储（存储配置文件、日志），暴露Service（NodePort或Ingress）。

3.2 核心模块集成（《04工作台》功能适配）

需集成芋道以下模块，支撑后续业务开发（如"我的待办""快捷入口"）：

芋道模块	集成目标（《04 工作台》功能对应）	配置要点
系统管理（sys_）	对接《03 系统数据库表》的 sys_user、sys_role、sys_menu，实现用户登录、权限控制（对应《04 工作台》1.6 节 "账号安全"）	配置用户角色与菜单关联，确保 "我的工作台" 菜单仅对有权限用户可见
表单构建	支撑《04 工作台》1.1 节 "我的待办" 表单、1.2 节 "我的预警" 表单，快速生成前端表单组件	导入《03 系统数据库表》的表结构，自动生成表单（如 biz_evt_wo 工单表表单）
代码生成	基于《03 系统数据库表》生成实体类、Mapper、Service 代码，减少重复开发（如 sys_device 设备表代码）	按《02 命名规范》配置代码生成规则（实体类名对应表名，如 SysDevice 对应 sys_device）
消息中心（sys_notice）	支撑《04 工作台》1.4 节 "消息中心"，实现系统通知、业务消息推送	配置 WebSocket 服务（《04 工作台》1.4 节技术细节），确保消息实时推送

3.3 框架验证（功能与数据对接）

1. 接口验证

   ：访问芋道框架的Swagger文档（默认端口8080/swagger-ui.html），测试"用户查询"（/sys/user/getById）、"待办列表查询"（/biz/wo/list）接口，确保返回《03系统数据库表》的真实数据；

2. 权限验证

   ：使用不同角色用户登录，确认权限控制生效（如普通用户仅能查看自己的待办，管理员可查看全域待办）；

3. K8s适配验证

   ：通过KubeSphere查看芋道Pod运行状态，验证配置文件挂载、日志输出正常。

四、第三步：ThingsBoard对接（物联网数据接入，《05数据中枢》核心参考）

《05数据中枢-系统功能设计.docx》（简称《05数据中枢》）20.7节"设备管理"、20.8节"运行监测"明确需对接ThingsBoard接收物联网设备数据（如传感器、摄像头数据），需完成"设备注册、数据同步、接口对接"。

4.1 ThingsBoard部署（K8s内部署）

1. 版本选择

   ：部署ThingsBoard CE版（兼容开源生态，《05数据中枢》20.7节"设备遥测数据"需开源接口）；

2. 部署方式

   ：通过KubeSphere应用市场搜索"ThingsBoard"，选择对应版本部署，或使用Helm Chart部署（指定MySQL、PostgreSQL存储）；

3. 初始化配置

   ：访问ThingsBoard控制台（默认端口8080），创建租户（如"城管住建租户""水利水务租户"）、用户（对接芋道sys_user表的用户）。

4.2 设备对接（关联《03系统数据库表》）

需将ThingsBoard的设备与《03系统数据库表》的sys_device表关联，确保数据归属一致：

1. 设备模板创建

   ：在ThingsBoard创建设备模板（如"城管摄像头模板""水利水质传感器模板"），定义遥测字段（如摄像头的"抓拍次数"、传感器的"pH值"），字段名需与《03系统数据库表》的biz_device_telemetry_data表字段一致（如ph_value、snap_count）；

2. 设备注册

   ：

   • 从芋道sys_device表导出设备列表（含device_code、device_type）；

   • 在ThingsBoard批量创建设备，将device_code设为ThingsBoard的"设备标识"，关联对应设备模板；

   • 记录ThingsBoard的"设备ID"，回写至sys_device表的tb_device_id字段，建立关联。

4.3 数据同步（对接芋道与《05数据中枢》）

实现ThingsBoard的设备遥测数据同步至芋道框架与《03系统数据库表》，支撑《05数据中枢》的"运行监测"：

1. 规则链配置（ThingsBoard内）

   ：

   • 创建规则链"设备数据同步"，添加"消息源"（遥测数据）、"转换节点"（将JSON数据转换为《03系统数据库表》字段格式）、"REST API调用节点"（调用芋道接口）；

   • 配置数据过滤：仅同步需要的遥测字段（如水质传感器的pH值、温度，过滤无效字段）；

2. 芋道接口开发（接收数据）

   ：

   • 开发数据接收接口（/api/v1/device/telemetry/save），参数对应biz_device_telemetry_data表字段（device_code、telemetry_time、ph_value等）；

   • 接口逻辑：验证设备合法性（查询sys_device表）、存储数据至biz_device_telemetry_data表、触发《05数据中枢》的"运行监测"数据更新；

3. 数据验证

   ：

   • 在ThingsBoard模拟设备发送遥测数据（如pH值=7.2）；

   • 检查芋道接口是否接收成功，biz_device_telemetry_data表是否新增记录，《05数据中枢》20.8节"基础监测数据管理"是否显示该数据。

五、开发环境验证（全链路验证）

完成以上步骤后，需进行全链路验证，确保环境可支撑后续行业开发（如城管住建、水利水务）：

1. 设备数据链路

   ：ThingsBoard设备→遥测数据→芋道接口→biz_device_telemetry_data表→《05数据中枢》运行监测，数据流转无断点；

2. 业务功能链路

   ：芋道"我的待办"→调用biz_evt_wo表→K8s内MySQL→Ceph存储，功能正常且数据持久化；

3. 权限控制链路

   ：芋道用户登录→K8s内Redis缓存权限→访问ThingsBoard设备数据，权限隔离生效（如水利用户仅能查看水利设备）。

六、总结：环境搭建的"文件合规性"

开发环境搭建的核心是严格遵循《01总体架构》的技术选型、《02命名规范》的数据库格式、《03-05文件》的功能依赖，确保：

• K8s集群符合"3节点高可用、OpenEBS+Ceph存储"的文件要求；

• 芋道框架对接《03系统数据库表》，模块适配《04工作台》功能；

• ThingsBoard对接《05数据中枢》的设备管理，数据同步至业务表。

该环境将作为后续"行业实战"（如城管设施监测、水利水质预警）的开发基础，所有配置均与指定文件保持一致，避免后期功能适配问题。