Reckon-ing Kubernetes at the Edge: Performance Analysis Using Emulated Clusters

The rapid adoption of containers has positioned Kubernetes, also known as K8s, as the industry standard for orchestrating containerized applications in the Cloud, enabling services and Cloud Native applications in a variety of contexts and fields. However, its deployment in Edge scenarios remains challenging due to the limited computational resources available and unreliable network conditions. Nevertheless, Edge orchestration is gradually becoming more and more relevant as a means to improve the scalability and portability of deployed applications. As such, understanding how Kubernetes performs when deployed in these environments is of paramount importance. Current performance evaluations of Kubernetes in these contexts often focus on the applications managed by the platform, not on Kubernetes itself, to compare available distributions of Kubernetes. In addition, they often rely on open Cloud platforms, introducing the potential for results to be impacted by noise, affecting their reproducibility. This work takes a different approach, introducing Reckon-K8s, a container-based emulator of Kubernetes clusters over virtual network topologies that eliminates the need for costly physical infrastructure and reliance on Cloud services. After a series of calibration experiments to validate the emulator's accuracy against a small-scale physical cluster, we perform an in-depth performance analysis of Kubernetes in various Edge scenarios, exploring how network topologies, link conditions, and failures affect performance.

La rapida adozione dei container ha posizionato Kubernetes, noto anche come K8s, come standard del settore per l'orchestrazione di applicazioni containerizzate in Cloud, permettendo servizi e applicazioni Cloud Native in numerosi ambiti e campi. Tuttavia, la sua implementazione in scenari Edge rimane difficile a causa delle limitate risorse computationali disponibili e delle condizioni di rete poco affidabili. Nonostante ciò, l'orchestrazione di applicazioni all'Edge sta diventando sempre più rilevante come strumento per migliorare la scalabilità e la portabilità degli applicativi. Quindi, capire il funzionamento di Kubernetes se implementato in queste peculiari condizioni è fondamentale per garantirne adeguate prestazioni. Le attuali valutazioni delle prestazioni di Kubernetes in questi contesti si concentrano spesso sulle applicazioni gestite dalla piattaforma, non su Kubernetes stesso, per confrontare le distribuzioni disponibili di Kubernetes. Inoltre, spesso si basano su piattaforme Cloud aperte, introducendo la possibilità che i risultati siano influenzati da rumore, compromettendone la riproducibilità. Questo lavoro prende una prospettiva diversa, introducendo Reckon-K8s, un emulatore di cluster Kubernetes su topologie di rete virtuali basato su container, che elimina la necessità di infrastrutture fisiche costose e la dipendenza da servizi Cloud. Dopo una serie di esperimenti di calibrazione per validare l'accuratezza dell'emulatore rispetto a un cluster fisico di piccole dimensioni per dimostrarne l'affidabilità, abbiamo svolto un'analisi approfondita delle prestazioni di Kubernetes in diversi scenari Edge, esplorando come le topologie di rete, le condizioni dei link e i fallimenti influenzino la performance.