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在 Linux 上使用对称密钥创建和预配 IoT Edge 设备

适用于:IoT Edge 1.4 checkmark IoT Edge 1.4

重要

IoT Edge 1.4 是受支持的版本。 如果你使用的是较低的版本,请参阅更新 IoT Edge

本文提供有关注册和预配 Linux IoT Edge 设备的端到端说明,包括安装 IoT Edge。

连接到 IoT 中心的每个设备都有一个设备 ID,用于跟踪云到设备设备到云的通信。 你将使用设备的连接信息配置设备,这些信息包括:

  • IoT 中心主机名
  • 设备 ID
  • 用于连接到 IoT 中心的身份验证详细信息

本文中的步骤演示了一个名为“手动预配”的过程。在手动预配过程中,你可以将单个设备连接到其 IoT 中心。 对于手动预配,可以通过两种方式来验证 IoT Edge 设备:

  • 对称密钥:你在 IoT 中心创建新设备标识时,服务将创建两个密钥。 将其中一个密钥置于设备上,并在进行身份验证时将该密钥提供给 IoT 中心。

    此身份验证方法更容易上手,但不够安全。

  • X.509 自签名:创建两个 X.509 标识证书并将其置于设备上。 在 IoT 中心创建新的设备标识时,需要提供两个证书的指纹。 设备在向 IoT 中心进行身份验证时会提供一个证书,IoT 中心会验证该证书是否与其指纹匹配。

    此身份验证方法更加安全,建议用于生产方案。

本文介绍如何使用对称密钥作为身份验证方法。 如果要使用 X.509 证书,请参阅在 Linux 上使用 X.509 证书创建和预配 IoT Edge 设备

注意

如果要设置多个设备,并且不想手动预配每个设备,请参阅以下文章之一来了解 IoT Edge 如何与 IoT 中心设备预配服务配合工作:

先决条件

本文介绍如何注册 IoT Edge 设备并在设备上安装 IoT Edge(也称为 IoT Edge 运行时)。 在注册和安装设备之前,请确保已准备好所选的设备管理工具(例如 Azure CLI)并满足设备要求。

设备管理工具

你可以使用 Azure 门户、Visual Studio Code 或 Azure CLI 来完成注册设备的步骤。 每个实用工具都有自身的先决条件,或者可能需要完成安装:

Azure 订阅中的免费或标准 IoT 中心

设备要求

X64、ARM32 或 ARM64 Linux 设备。

Microsoft 发布了适用于各种操作系统的安装包。

如需生产方案目前支持哪些操作系统的最新信息,请参阅 Azure IoT Edge 支持的系统

Visual Studio Code 扩展

如果你使用 Visual Studio Code,可以通过一些有用的 Azure IoT 扩展来简化设备创建和管理过程。

同时安装 Azure IoT Edge 和 Azure IoT 中心扩展:

注册设备

根据你的偏好,你可以使用 Azure 门户、Visual Studio Code 或 Azure CLI 来注册设备。

在 Azure 门户你的 IoT 中心内,IoT Edge 设备的创建和管理独立于不支持 Edge 的 IoT 设备。

  1. 登录 Azure 门户,导航到 IoT 中心。

  2. 在左侧窗格中,从菜单中选择“设备”,然后选择“添加设备”。

  3. 在“创建设备”页面上,提供以下信息:

    • 创建描述性的设备 ID,例如 my-edge-device-1(全小写)。 复制此设备 ID,因为稍后需要用到。
    • 选中“IoT Edge 设备”复选框。
    • 选择“对称密钥”作为身份验证类型。
    • 使用默认设置自动生成身份验证密钥,用于将新设备连接到中心。
  4. 选择“保存”。

IoT 中心应会显示你的新设备。

在 IoT 中心注册设备后,接下来可以检索预配信息,用于在下一步骤中完成 IoT Edge 运行时的安装和预配。

查看已注册设备并检索预配信息

使用对称密钥身份验证的设备需要使用其连接字符串来完成 IoT Edge 运行时的安装和预配。 当你创建设备时,系统将为 IoT Edge 设备生成连接字符串。 对于 Visual Studio Code 和 Azure CLI,该连接字符串位于 JSON 输出中。 如果你使用 Azure 门户创建设备,可以在设备本身中找到该连接字符串。 在 IoT 中心选择你的设备时,该连接字符串将在设备页上列出为 Primary connection string

连接到 IoT 中心并已启用边缘的设备将在 IoT 中心的“设备”页上列出。 如果你有多个设备,可以通过选择“IoT Edge 设备”类型来筛选列表,然后选择“应用”。

如果已准备好设置设备,则需要连接字符串,该字符串使用物理设备在 IoT 中心内的标识链接该设备。 使用对称密钥进行身份验证的设备有自己的连接字符串,可以在门户中复制这些连接字符串。 若要在门户中查找连接字符串,请执行以下操作:

  1. 在“设备”页中,从列表中选择 IoT Edge 设备 ID。
  2. 复制“主连接字符串”或“辅助连接字符串”的值 。 可以使用其中的任何一个密钥。

安装 IoT Edge

在本部分,你将准备 IoT Edge 的 Linux 虚拟机或物理设备。 然后安装 IoT Edge。

运行以下命令以添加包存储库,然后将 Microsoft 包签名密钥添加到你的受信任密钥列表中。

重要

2022 年 6 月 30 日,Raspberry Pi OS Stretch 将在第 1 层 OS 支持列表中停用。 为避免潜在的安全漏洞,请将主机 OS 更新为 Bullseye。

安装可通过几个命令来完成。 打开终端并运行以下命令:

  • 22.04:

    wget https://packages.microsoft.com/config/ubuntu/22.04/packages-microsoft-prod.deb -O packages-microsoft-prod.deb
    sudo dpkg -i packages-microsoft-prod.deb
    rm packages-microsoft-prod.deb
    
  • 20.04:

    wget https://packages.microsoft.com/config/ubuntu/20.04/packages-microsoft-prod.deb -O packages-microsoft-prod.deb
    sudo dpkg -i packages-microsoft-prod.deb
    rm packages-microsoft-prod.deb
    

有关操作系统版本的详细信息,请参阅 Azure IoT Edge 支持的平台

注意

Azure IoT Edge 软件包受制于每个包(usr/share/doc/{package-name}LICENSE 目录)中的许可条款。 请在使用包之前阅读许可条款。 安装和使用包即表示你接受这些条款。 如果你不同意许可条款,请不要使用该包。

安装容器引擎

Azure IoT Edge 依赖于 OCI 兼容的容器运行时。 对于生产方案,建议使用 Moby 引擎。 Moby 引擎是官方唯一支持用于 IoT Edge 的容器引擎。 Docker CE/EE 容器映像与 Moby 运行时兼容。

安装 Moby 引擎。

sudo apt-get update; \
  sudo apt-get install moby-engine

默认情况下,Moby 容器引擎不会设置容器日志大小限制。 一段时间后,这可能会导致设备中填满了日志,因此出现磁盘空间不足的情况。 但是,你可以将日志配置为在本地显示,不过这是可选操作。 若要了解有关日志记录配置的详细信息,请参阅生产部署清单

以下步骤说明如何将容器配置为使用 local 日志记录驱动程序作为日志记录机制。

  1. /etc/docker/daemon.json 处创建(如果该文件不存在)或打开 Docker 守护程序的配置文件

  2. 将默认日志记录驱动程序设置为 local 日志记录驱动程序,如下例所示。

       {
          "log-driver": "local"
       }
    
  3. 重启容器引擎以使更改生效。

    sudo systemctl restart docker
    

    提示

    如果在安装 Moby 容器引擎时出现错误,请验证 Linux 内核的 Moby 兼容性。 有些嵌入式设备制造商寄送的设备映像包含的自定义 Linux 内核没有确保容器引擎兼容所需的功能。 运行以下命令,该命令使用 Moby 提供的 check-config 脚本来检查内核配置:

    curl -ssl https://raw.githubusercontent.com/moby/moby/master/contrib/check-config.sh -o check-config.sh
    chmod +x check-config.sh
    ./check-config.sh
    

    在该脚本的输出中,检查 Generally NecessaryNetwork Drivers 下的所有项是否都已启用。 如果缺少某些功能,请启用它们,方法是通过源重新构建内核,然后选择关联的模块,将其包括在相应的内核 .config 中。同样,如果使用内核配置生成器(例如 defconfigmenuconfig),请找到并启用相应的功能,然后以相应方式重新构建内核。 部署新修改的内核后,再次运行 check-config 脚本,验证是否已成功启用所有必要的功能。

安装 IoT Edge 运行时

IoT Edge 服务在 IoT Edge 设备上提供并维护安全标准。 该服务在每次开机时启动,并通过启动 IoT Edge 运行时的其余部分来启动设备。

注意

从版本 1.2 开始,IoT 标识服务会处理 IoT Edge 以及需要与 IoT 中心通信的其他设备组件的标识预配和管理。

本部分中的步骤表示在可连接 Internet 的设备上安装最新 IoT Edge 版本的典型过程。 如果需要安装特定版本(如预发行版)或需要在脱机状态下安装,请按照本文后面的脱机或特定版本安装步骤进行操作。

提示

如果你已经有运行旧版本的 IoT Edge 设备并想要升级到最新版本,请按照更新 IoT Edge 安全守护程序和运行时中的步骤操作。 最新版本与先前的 IoT Edge 版本有很大不同,因此需要采取特定的步骤进行升级。

安装最新版本的 IoT Edge 和 IoT 标识服务包(如果不是最新版本):

  • 22.04:

    sudo apt-get update; \
       sudo apt-get install aziot-edge
    
  • 20.04:

    sudo apt-get update; \
       sudo apt-get install aziot-edge defender-iot-micro-agent-edge
    

可选的 defender-iot-micro-agent-edge 包中包含 Microsoft Defender for IoT 安全性微代理,用于为安全态势管理、漏洞、威胁检测、群队管理等提供终结点可见性,以帮助保护 IoT Edge 设备。 建议使用 Edge 代理安装微代理,以便启用 Edge 设备的安全监视和强化。 若要详细了解 Microsoft Defender for IoT,请参阅什么是适用于设备生成器的 Microsoft Defender for IoT

为设备预配其云标识

在设备上安装容器引擎和 IoT Edge 运行时后,可以使用设备的云标识和身份验证信息来设置设备。

可以使用以下命令通过对称密钥身份验证快速配置 IoT Edge 设备:

sudo iotedge config mp --connection-string 'PASTE_DEVICE_CONNECTION_STRING_HERE'

iotedge config mp 命令在设备上创建一个配置文件,并在配置文件中输入你的连接字符串。

  1. 应用配置更改。

    sudo iotedge config apply
    
  2. 若要查看配置文件,可将其打开:

    sudo nano /etc/aziot/config.toml
    

部署模块

若要部署 IoT Edge 模块,请转到 Azure 门户中你的 IoT 中心,然后:

  1. 在 IoT 中心菜单中选择“设备”。

  2. 选择你的设备以打开其页面。

  3. 选择“设置模块”选项卡。

  4. 由于我们要部署 IoT Edge 默认模块(edgeAgent 和 edgeHub),且不需要将任何模块添加到此窗格,因此请选择底部的“查看 + 创建”。

  5. 你将看到模块的 JSON 确认。 选择“创建”以部署模块。

有关详细信息,请参阅部署模块

验证成功的配置

验证是否已在 IoT Edge 设备上成功安装并配置运行时。

提示

需要提升权限才能运行 iotedge 命令。 安装 IoT Edge 运行时后从计算机中注销并第一次重新登录后,你的权限将自动更新。 在此之前,请在命令前使用 sudo

  1. 检查以确保 IoT Edge 系统服务正在运行。

    sudo iotedge system status
    

    成功状态响应会将 aziot 服务显示为正在运行或准备就绪。

  2. 若需排查服务问题,请检索服务日志。

    sudo iotedge system logs
    
  3. 使用 check 工具验证设备的配置和连接状态。

    sudo iotedge check
    

    预期会收到一系列响应,其中可能包括“正常”(绿色)、“警告”(黄色)或“错误”(红色)。

    Screenshot of sample responses from the check command.

    提示

    请始终使用 sudo 来运行检查工具,即使权限已更新。 该工具需要提升的权限才能访问配置文件以验证配置状态。

    注意

    在新预配的设备上,可能会看到与 IoT Edge 中心相关的错误:

    × 生产就绪性:Edge 中心的存储目录保存在主机文件系统上 - 错误。无法检查 edgeHub 容器的当前状态

    由于 IoT Edge 中心模块仍未运行,在新预配的设备上预期会出现此错误。 请确保在前面的步骤中部署了 IoT Edge 模块。 部署会解决此错误。

    或者,你可能会看到状态代码为 417 -- The device's deployment configuration is not set。 部署模块后,此状态会发生变化。

  4. 当服务首次启动时,你应当只会看到 edgeAgent 模块正在运行。 edgeAgent 模块会默认运行,用于安装并启动部署到设备的任何其他模块。

    通过在 Azure 门户查看设备页,检查设备和模块是否已部署并正在运行。

    Screenshot of IoT Edge modules deployed and running confirmation in the Azure portal.

    部署并运行模块后,使用以下命令在设备或虚拟机中将其列出:

    sudo iotedge list
    

脱机或特定版本安装(可选)

本部分中的步骤适用于标准安装步骤未涵盖的方案。 这可能包括:

  • 脱机安装 IoT Edge
  • 安装候选发布版本

如果你想要安装特定版本的无法通过包管理器获取的 Azure IoT Edge 运行时,请使用本部分中的步骤。 Microsoft 包列表仅包含有限的一组最新版本及其子版本,因此,这些步骤适用于想要安装较旧版本或候选发布版本的任何用户。

使用 curl 命令,可以直接从 IoT Edge GitHub 存储库将组件文件作为目标。

注意

如果设备当前运行 IoT Edge 1.1 或更早版本,请先卸载 iotedge 和 libiothsm-std 包,然后再执行本部分中的步骤 。 有关详细信息,请参阅从 1.0 或 1.1 更新到最新版本

  1. 导航到 Azure IoT Edge 版本,找到需要将其作为目标的发行版。

  2. 展开该版本的“资产”部分。

  3. 每个版本都应有用于 IoT Edge 和标识服务的新文件。 如果要在脱机设备上安装 IoT Edge,请提前下载这些文件。 否则,请使用以下命令来更新这些组件。

    1. 找到与你的 IoT Edge 设备体系结构匹配的 aziot-identity-service 文件。 右键单击文件链接并复制链接地址。

    2. 在以下命令中使用复制的链接来安装该版本的标识服务:

      curl -L <identity service link> -o aziot-identity-service.deb && sudo apt-get install ./aziot-identity-service.deb
      
    3. 找到与你的 IoT Edge 设备体系结构匹配的 az iot-edge 文件。 右键单击文件链接并复制链接地址。

    4. 在以下命令中使用复制的链接来安装该版本的 IoT Edge。

      curl -L <iotedge link> -o aziot-edge.deb && sudo apt-get install ./aziot-edge.deb
      

现在容器引擎和 IoT Edge 运行时已安装在设备上,你可以开始下一步操作,即,使用设备的云标识来预配设备

卸载 IoT Edge

若要从设备中删除 IoT Edge 安装,请使用以下命令。

删除 IoT Edge 运行时。

sudo apt-get autoremove --purge aziot-edge

如果计划重新安装 IoT Edge 并在以后使用相同的配置信息,请忽略 --purge 标记。 --purge 标记会删除与 IoT Edge 关联的所有文件,包括配置文件。

删除 IoT Edge 运行时后,已创建的所有容器都会停止,但仍存在于设备上。 查看所有容器以了解哪些容器仍然存在。

sudo docker ps -a

从设备中删除容器,包括两个运行时容器。

sudo docker rm -f <container name>

最后,从设备中删除容器运行时。

sudo apt-get autoremove --purge moby-engine