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IBM 云 Kubernetes 上的 ROS2 [社区贡献］

关于 

本文介绍如何使用 Docker 文件在 IBM 云上运行 ROS2。文章首先简要介绍了 docker 映像及其在本地的工作方式，然后探讨了 IBM 云以及用户如何在其上部署容器。然后，简要介绍了用户如何在 IBM 云上使用自己从 github 上定制的 ROS2 软件包。此外，还将介绍如何在 IBM Cloud 上创建集群和使用 Kubernetes，最后在集群上部署 Docker 映像。最初发布这里和这里.

IBM 云上的 ROS2 

在本教程中，我们将展示如何在 IBM Cloud 上轻松集成和运行 ROS2 与您的自定义软件包。

ROS2 是新一代的 ROS，可对多机器人编队进行更多控制。随着云计算的发展，云机器人技术在当今时代变得越来越重要。在本教程中，我们将简要介绍如何在 IBM 云上运行 ROS2。教程结束时，您将能够在 ROS2 中创建自己的软件包，并使用 docker 文件将它们部署到云上。

以下说明假定您使用的是 Linux，并已在 Ubuntu 18.04 (Bionic Beaver) 上进行了测试。

步骤 1：设置系统 

在了解具体流程之前，我们首先要确保所有必要的软件都已正确安装。我们将为您提供适当的资源来设置您的系统，并只强调与我们的使用案例相关的细节。

a) Docker 文件？

Docker 文件是一种可以独立于系统运行的容器形式，通过这种方式，你可以建立数百个不同的项目，而不会相互影响。你甚至可以在一台机器上设置不同版本的 Linux，而无需使用虚拟机。Docker 文件的优势在于节省空间，运行时只占用系统资源。此外，Docker 还具有通用性和可移植性。它们包含了单独运行所需的所有先决条件，这意味着你可以轻松地将一个 docker 文件用于特定的系统或服务，而无需任何其他步骤！

兴奋了吗？首先，让我们按照以下步骤在系统中安装 docker 链接.在教程中，你应该已经做了一些合理性检查，以确保 docker 设置正确。不过，为了以防万一，让我们再次运行以下使用 hello-world docker 镜像的命令：

$ 苏都 装卸工 运行 你好世界

输出结果如下

您好 从 Docker！这 信息 显示 那 您的 安装 出现 至 是 工作 正确。要 生成 此 留言 Docker 采取了 的 接下来 步骤：
 1. "(《世界人权宣言》) Docker 客户 有联系 的 Docker 守护进程。
 2. "(《世界人权宣言》) Docker 守护进程 拉绳 的 "hello-world"； 图像 从 的 Docker 枢纽。
    (amd64)
 3. "(《世界人权宣言》) Docker 守护进程 创建 a 新 集装箱 从 那 图像 其中 运行 的
    可执行 那 生产 的 产量 你 是 目前 阅读。
 4. "(《世界人权宣言》) Docker 守护进程 串流 那 产量 至 的 Docker 客户、 其中 发送 它
    至 您的 终端。至 尝试 什么 更多 雄心勃勃、 你 会 运行 一个 乌班图 集装箱 用：
 $ 装卸工 运行 -它 乌托邦 bash 共享 图像 自动 工作流程、 和 更多 与 a 免费的 Docker ID：
 https://hub.docker.com/ For 更多 例子 和 想法 访问：
 https://docs.docker.com/get-started/

b) ROS2 图像 

ROS 宣布 2019年1月，ROS2将发布用于多个ROS发行版的镜像容器。有关 ROS2 docker 映像使用的更多详细说明，请参见这里.

让我们跳过这些，直接进入正题：创建本地 ROS2 docker。我们将创建自己的 Dockerfile（而不是使用现成的映像），因为我们需要用这种方法在 IBM 云上进行部署。首先，我们创建一个新目录，用来存放我们的 Dockerfile 和其他我们稍后需要的文件，然后导航到该目录。使用你喜欢的编辑器，打开一个名为 Dockerfile (确保文件命名正确）：

$ mkdir ~/ros2_docker $ CD ~/ros2_docker $ 编辑 Dockerfile

在 Dockerfile并保存它（也可以找到这里):

从 ros:foxy

# 安装 ros 软件包
运行 apt-get 更新 &&； apt-get 安装 -y \
      红${罗斯_迪斯特罗}-demo-nodes-cpp \
      红${罗斯_迪斯特罗}-demo-nodes-py &&； \
    rm -rf /var/lib/apt/lists/* &&； mkdir /ros2_home 工作目录 /ros2_home

# 启动 ros 软件包
CMD ["ros2"；, "launch"；, "demo_nodes_cpp"；, "talker_listener.launch.py"；]

从：从 ros:foxy Docker 镜像中创建一个层
运行：在容器中安装 vim 并创建名为 /ros2_home 的目录，从而构建容器
工作目录通知容器它的工作目录在哪里

当然，您也可以自由更改 ROS 的发行版 (狐狸或更改目录名。上面的 docker 文件设置了 ROS-foxy，并安装了 C++ 和 Python 的演示节点。然后，它会启动一个文件，运行一个对话者（talker）和一个监听者（listener）节点。我们很快就会看到它们的运行，但它们的行为与《ROS-foxy》中的 "发布者-订阅者"（publisher-subscriber）示例非常相似。 ROS 维基百科

现在，我们准备好构建 docker 镜像，在其中运行 ROS2（没错，就是这么简单！）。

备注如果由于权限不足或以下原因导致错误 拒绝批准运行该命令时，请尝试使用苏都特权：

$ 装卸工 构建 .

# 你会看到一大堆执行 docker 文件指令的行，后面还有：
成功 建成 0dc6ce7cb487

0dc6ce7cb487 对你来说很可能会有所不同，所以请记录下来并复制到某个地方作为参考。你可以随时回头检查你系统中的 docker 镜像：

$ 苏都 装卸工 ps -作为

现在，使用

$ 装卸工 运行 -它 0dc6ce7cb487
[信息] [启动]: 全部 登录 文件 会 是 发现 低于 /root/.ros/log/2020-10-28-02-41-45-177546-0b5d9ed123be-1
[信息] [启动]: 默认值 伐木 冗语 是 设置 至 信息
[信息] [脱口秀-1]: 处理 开始 与 pid [28]
[信息] [听众-2]: 处理 开始 与 pid [30]
[脱口秀-1] [信息] [1603852907.249886590] [话匣子]: 出版： '你好，世界： 1'；
[听众-2] [信息] [1603852907.250964490] [听众]: I 听说： [您好 世界： 1]
[脱口秀-1] [信息] [1603852908.249786312] [话匣子]: 出版： '你好，世界： 2'；
[听众-2] [信息] [1603852908.250453386] [听众]: I 听说： [您好 世界： 2]
[脱口秀-1] [信息] [1603852909.249882257] [话匣子]: 出版： '你好，世界： 3'；
[听众-2] [信息] [1603852909.250536089] [听众]: I 听说： [您好 世界： 3]
[脱口秀-1] [信息] [1603852910.249845718] [话匣子]: 出版： '你好，世界： 4'；
[听众-2] [信息] [1603852910.250509355] [听众]: I 听说： [您好 世界： 4]
[脱口秀-1] [信息] [1603852911.249506058] [话匣子]: 出版： '你好，世界： 5'；
[听众-2] [信息] [1603852911.250152324] [听众]: I 听说： [您好 世界： 5]
[脱口秀-1] [信息] [1603852912.249556670] [话匣子]: 出版： '你好，世界： 6'；
[听众-2] [信息] [1603852912.250212678] [听众]: I 听说： [您好 世界： 6]

如果运行正常，就会看到与上图类似的内容。可以看到，有两个 ROS 节点（一个发布者和一个订阅者）正在运行，它们的输出通过 ROS INFO 提供给我们。

步骤 2：在 IBM 云上运行映像 

以下步骤假定您已拥有 IBM 云帐户并安装了 ibmcloud CLI。如果没有，请检查此链接先把这件事做完。

我们还需要确保 IBM 云容器注册表的 CLI 插件已安装，方法是运行命令

$ 云 插头 安装 容器注册表

然后，通过终端登录您的 ibmcloud 账户：

$ 云 登录 --苏

从这里开始，让我们创建一个容器注册表命名空间。确保使用一个唯一的名称，同时也能描述它是什么。在这里，我使用了 ros2nasr.

$ 云 cr 命名空间添加 ros2nasr

IBM 云有很多快捷方式，可以帮助我们立即将容器放到云上。下面的命令将构建容器并为其标记名称 ros2foxy 的版本，以及 1.请确保使用您创建的正确注册表名称，您也可以随意更改容器名称。容器名称 . 末尾的 Dockerfile 是在当前目录下（这很重要），如果不是，则应将其指向包含 Dockerfile 的目录。

$ 云 cr 构建 --标签 registry.bluemix.net/ros2nasr/ros2foxy:1 .

现在，您可以通过运行以下命令来确保容器已被推送到您创建的注册表中

$ 云 cr 图像列表 图像...资料库               标签   摘要         名称空间   创建         尺寸     安全 状态 us.icr.io/ros2nasr/ros2foxy   1     031be29301e6   ros2nasr    36 秒钟 前   120 MB   没有 问题 OK

接下来，登录注册表来运行 docker 镜像就很重要了。同样，如果你遇到 拒绝批准 错误，请使用 sudo previliges 执行命令。然后，按下图所示运行你的 docker 文件。

$ 云 cr 登录 登录 于 至 'registry.ng.bluemix.net'；...登录 于 至 'registry.ng.bluemix.net'；.记录 于 至 'us.icr.io'；...登录 于 至 'us.icr.io'；.OK $ 装卸工 运行 -v -它 registry.ng.bluemix.net/ros2nasr/ros2foxy:1

地点 ros2nasr 是您创建的注册表的名称，而 ros2foxy:1 是 docker 容器的标签，版本如前所述。

现在，你应该能看到你的 docker 文件正在运行，并提供与你在本机运行时类似的输出。

步骤 3：使用自定义 ROS2 软件包 

现在，我们已经拥有了从创建 Dockerfile 到部署并在 IBM Cloud 上运行的完整管道。但是，如果我们想使用自己（或其他人）创建的一组自定义软件包，该怎么办呢？

这一切都与你如何设置 Dockerfile 有关。让我们使用 ROS2 提供的示例这里.创建一个包含新 Dockerfile 的新目录（或覆盖现有目录），并在其中添加以下内容（或下载文件这里)

ARG 从图像=ros:foxy ARG OVERLAY_WS=/opt/ros/overlay_ws

# 多级缓存
从 $FROM_IMAGE AS 传授者

# 克隆覆盖源
ARG 工作目录 $OVERLAY_WS/src RUN 回响 "\
repositories：\n\
  ros2/demos：\n\
    type: git\n\
    url: https://github.com/ros2/demos.git\n\
    版本： ${罗斯_迪斯特罗} \n\
"； >； ./overlay.repos RUN vcs 舶来品 ./ <； ./overlay.repos

# 复制清单以便缓存
工作目录 /opt RUN mkdir -p /tmp/opt &&； \
    找到 ./ -名称 "package.xml"； | \
      xargs cp --父母 -t /tmp/opt &&； \
    找到 ./ -名称 "COLCON_IGNORE"； | \
      xargs cp --父母 -t /tmp/opt || 真

# 多阶段建设
从 $FROM_IMAGE AS 建筑工人

# 安装叠加依赖项
ARG 工作目录 $OVERLAY_WS
复制 --从=传授者 /tmp/$OVERLAY_WS/src ./src RUN . /opt/ros/$ROS_DISTRO/setup.sh &&； \
    apt-get 更新 &&； rosdep 安装 -y \
      --从路径 \
        src/ros2/demos/demo_nodes_cpp \
        src/ros2/demos/demo_nodes_py \
      --忽略源代码 \
    &&； rm -rf /var/lib/apt/lists/*

# 构建覆盖源
复制 --从=传授者 $OVERLAY_WS/src ./src ARG OVERLAY_MIXINS="release"；
运行 . /opt/ros/$ROS_DISTRO/setup.sh &&； \
    胶管 构建 \
      --软件包--选择 \
        演示节点 \
        演示节点 \
      --米克辛 $overlay_mixins

# 源入口点设置
环境 OVERLAY_WS $OVERLAY_WS
运行 欙腓 --就地 --表达 \
      '$isource"$OVERLAY_WS/install/setup.bash"'； \
      /ros_entrypoint.sh

# 运行启动文件
CMD ["ros2"；, "launch"；, "demo_nodes_cpp"；, "talker_listener.launch.py"；]

通过所示行文，我们可以看到如何通过 4 个步骤从 github 添加自定义软件包：

使用从 Github 克隆的自定义软件包创建覆盖层：

ARG 工作目录 $OVERLAY_WS/src RUN 回响 "\
repositories：\n\
  ros2/demos：\n\
    type: git\n\
    url: https://github.com/ros2/demos.git\n\
    版本： ${罗斯_迪斯特罗} \n\
"； >； ./overlay.repos RUN vcs 舶来品 ./ <； ./overlay.repos

使用 rosdep 安装依赖软件包

# 安装叠加依赖项
ARG 工作目录 $OVERLAY_WS
复制 --从=传授者 /tmp/$OVERLAY_WS/src ./src RUN . /opt/ros/$ROS_DISTRO/setup.sh &&； \
    apt-get 更新 &&； rosdep 安装 -y \
      --从路径 \
        src/ros2/demos/demo_nodes_cpp \
        src/ros2/demos/demo_nodes_py \
      --忽略源代码 \
    &&； rm -rf /var/lib/apt/lists/*

构建软件包 你需要

# 构建覆盖源
复制 --从=传授者 $OVERLAY_WS/src ./src ARG OVERLAY_MIXINS="release"；
运行 . /opt/ros/$ROS_DISTRO/setup.sh &&； \
    胶管 构建 \
      --软件包--选择 \
        演示节点 \
        演示节点 \
      --米克辛 $overlay_mixins

运行启动文件

# 运行启动文件
CMD ["ros2"；, "launch"；, "demo_nodes_cpp"；, "talker_listener.launch.py"；]

同样，我们也可以更改所使用的软件包，安装它们的依赖包，然后运行它们。

返回 IBM 云

有了这个 Dockerfile，我们就可以按照之前的步骤将其部署到 IBM Cloud 上。由于我们已经创建了注册表，并且登录了 IBM Cloud，所以我们可以直接构建新的 Dockerfile。请注意，我保持了标签不变，但更改了版本，这样就可以更新之前创建的 docker 镜像。(如果你愿意，也可以创建一个全新的）。

$ 云 cr 构建 --标签 registry.bluemix.net/ros2nasr/ros2foxy:2 .

然后，确保你已登录注册表，并运行新的 docker 镜像：

$ 云 cr 登录 登录 于 至 'registry.ng.bluemix.net'；...登录 于 至 'registry.ng.bluemix.net'；.记录 于 至 'us.icr.io'；...登录 于 至 'us.icr.io'；.OK $ 装卸工 运行 -v -它 registry.ng.bluemix.net/ros2nasr/ros2foxy:2

您应该会再次看到相同的输出。不过，这次我们是通过 github 上的自定义软件包完成的，这样我们就可以在 IBM 云上使用我们为 ROS2 亲自创建的软件包。

号外删除 Docker 映像 

由于您可能会发现自己需要从 IBM 云中删除特定的 docker 映像，因此应该这样做！

列出您拥有的所有图片，并找出所有与这些图片共享图片对应于 registry.ng.bluemix.net/ros2nasr/ros2foxy:2 (就我而言）。然后使用名称

$ 装卸工 rm your_docker_NAMES

使用 IBM Cloud 的图片名字

$ 装卸工 rmi registry.ng.bluemix.net/ros2nasr/ros2foxy:2

步骤 4：Kubernetes 

a) 创建群集 

使用控制台创建群集。说明如下这里.使用的设置详见下文。这些只是建议，如果需要，可以更改。不过，请确保您了解所做选择的影响：

计划：标准
协调服务： Kubernetes v1.18.10
基础设施经典
地点：

资源组： 默认值
地理北美 (您可以自由更改）
可用性：单区 (您可以自由更改，但请通过查看 IBM 云文档确保了解您的选择会产生的影响）。
工人区： 多伦多 01 (选择离您最近的地点）

工人库：

虚拟 - 共享，Ubuntu 18
内存：16 GB
每个区域的工作节点 1

主服务终端： 均为私人&；公共端点
资源详情（完全灵活）：

集群名称： mycluster-tor01-rosibm
标签 版本：1

创建群集后，您将被重定向到一个页面，该页面详细说明了如何设置 CLI 工具和访问群集。请按照以下说明操作（或查看这里)，并等待进度条通过显示正常旁边的群集名称。您也可以从 Kubernetes 内部的 IBM 云控制台进入该屏幕。

b) 部署 Docker 映像最后 

创建名为 ros2-deployment.yaml 使用您最喜欢的 $EDITOR，在其中插入以下内容：

apiVersion： apps/v1 kind： 部署元数据：
  名： 规格：
  复制品： <number_of_replicas>；
  选择器：
    matchLabels：
      应用程序 <应用程序名称>；
  模板：
    元数据：
      标签
        应用程序 <应用程序名称>；
    规格：
      集装箱
      - 名： <应用程序名称>；
        图像 <region>.icr.io/<namespace>/<image>:<tag>；

您应该替换 "<" ">" 如上所述这里.在我的案例中，文件看起来是这样的：

apiVersion： apps/v1 kind： 部署元数据：
  名： ros2 部署规范：
  复制品： 1
  选择器：
    matchLabels：
      应用程序 ros2-ibmcloud
  模板：
    元数据：
      标签
        应用程序 ros2-ibmcloud
    规格：
      集装箱
      - 名： ros2-ibmcloud
        图像 us.icr.io/ros2nasr/ros2foxy:2

使用以下命令部署文件

$ kubectl 应用 -f ros2-deployment.yaml deployment.apps/ros2-deployment 创建

现在，你的 docker 镜像已经完全部署在集群上了！

第 5 步：为 Docker 映像使用 CLI 

通过 IBM 云控制台 Kubernetes 导航到您的群集。
点击 Kubernetes 仪表板 页面右上角。

现在，您应该可以看到群集所有不同参数的完整列表，以及 CPU 和内存使用情况。

导航至豆荚并点击您的部署。
点击右上角的 Exec into pod

现在，你已经进入了你的 docker 镜像！你可以为你的工作区提供源代码（如果需要），并运行 ROS2！例如

root@ros2-deployment-xxxxxxxx:/opt/ros/overlay_ws# . install/setup.sh root@ros2-deployment-xxxxxxxx:/opt/ros/overlay_ws# 玫瑰2 启动 演示节点 talker_listener.launch.py

最后评论 

至此，你就可以使用 github 上的 ROS2 软件包创建自己的 docker 镜像了。只要稍加改动，你也可以使用本地的 ROS2 软件包。这可能是另一篇文章的主题。不过，我们建议你查看以下内容 Dockerfile 使用演示软件仓库的本地副本。同样，您也可以使用自己的本地软件包。