K8s-数据存储-Volume

数据存储

我们知道容器的生命周期可能很短,会被频繁地创建和销毁。那么容器在销毁时,保存在容器中的数据也会被清除。这种结果对用户来说,在某些情况下是不乐意看到的。为了持久化保存容器的数据,kubernetes引入了Volume的概念。

Volume是Pod中能够被多个容器访问的共享目录,它被定义在Pod上,然后被一个Pod里的多个容器挂载到具体的文件目录下,kubernetes通过Volume实现同一个Pod中不同容器之间的数据共享以及数据的持久化存储。Volume的生命周期不与Pod中单个容器的生命周期相关,当容器终止或者重启时,Volume中的数据也不会丢失。

kubernetes的Volume支持多种类型,比较常见的有下面几个:

  • 简单存储:EmptyDir、HostPath、NFS
  • 高级存储:PV、PVC
  • 配置存储:ConfigMap、Secret

基本存储

EmptyDir

EmptyDir是最基础的Volume类型,一个EmptyDir就是Host上的一个空目录

EmptyDir是在Pod被分配到Node时创建的,它的初始内容为空,并且无须指定宿主机上对应的目录文件,因为kubernetes会自动分配一个目录,当Pod销毁时, EmptyDir中的数据也会被永久删除。 EmptyDir用途如下:

  • 临时空间,例如用于某些应用程序运行时所需的临时目录,且无须永久保留
  • 一个容器需要从另一个容器中获取数据的目录(多容器共享目录)

接下来,通过一个容器之间文件共享的案例来使用一下EmptyDir。

在一个Pod中准备两个容器nginx和busybox,然后声明一个Volume分别挂在到两个容器的目录中,然后nginx容器负责向Volume中写日志,busybox中通过命令将日志内容读到控制台。

创建一个volume-emptydir.yaml:

[root@k8s-master01 ~]# vim 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: volume-emptydir
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    ports:
    - containerPort: 80
    volumeMounts:  # 将logs-volume挂在到nginx容器中,对应的目录为 /var/log/nginx
    - name: logs-volume
      mountPath: /var/log/nginx
  - name: busybox
    image: busybox:1.30
    command: ["/bin/sh","-c","tail -f /logs/access.log"] # 初始命令,动态读取指定文件中内容
    volumeMounts:  # 将logs-volume 挂在到busybox容器中,对应的目录为 /logs
    - name: logs-volume
      mountPath: /logs
  volumes: # 声明volume,name为logs-volume,类型为emptyDir
  - name: logs-volume
    emptyDir: {}

# 创建Pod
[root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f volume-emptydir.yaml
pod/volume-emptydir created

# 查看pod
[root@k8s-master01 ~]# kubectl get pods volume-emptydir -n dev -o wide
NAME                  READY   STATUS    RESTARTS   AGE      IP       NODE   ......
volume-emptydir       2/2     Running   0          97s   10.42.2.9   node1  ......

# 通过podIp访问nginx
[root@k8s-master01 ~]# curl 10.42.2.9

......

# 通过kubectl logs命令查看指定容器的标准输出
[root@k8s-master01 ~]# kubectl logs -f volume-emptydir -n dev -c busybox
10.42.1.0 - - [27/Jun/2021:15:08:54 +0000] "GET / HTTP/1.1" 200 612 "-" "curl/7.29.0" "-"

HostPath

EmptyDir中数据不会被持久化,它会随着Pod的结束而销毁,如果想简单的将数据持久化到主机中,可以选择HostPath。

HostPath就是将Node主机中一个实际目录挂在到Pod中,以供容器使用,这样的设计就可以保证Pod销毁了,但是数据依据可以存在于Node主机上。

创建一个volume-hostpath.yaml:

[root@k8s-master01 ~]# vim volume-hostpath.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: volume-hostpath
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    ports:
    - containerPort: 80
    volumeMounts:
    - name: logs-volume
      mountPath: /var/log/nginx
  - name: busybox
    image: busybox:1.30
    command: ["/bin/sh","-c","tail -f /logs/access.log"]
    volumeMounts:
    - name: logs-volume
      mountPath: /logs
  volumes:
  - name: logs-volume
    hostPath:
      path: /root/logs
      type: DirectoryOrCreate  # 目录存在就使用,不存在就先创建后使用
关于type的值的一点说明:
    DirectoryOrCreate 目录存在就使用,不存在就先创建后使用
    Directory   目录必须存在
    FileOrCreate  文件存在就使用,不存在就先创建后使用
    File 文件必须存在
    Socket  unix套接字必须存在
    CharDevice  字符设备必须存在
    BlockDevice 块设备必须存在

# 创建Pod
[root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f volume-hostpath.yaml
pod/volume-hostpath created

# 查看Pod
[root@k8s-master01 ~]# kubectl get pods volume-hostpath -n dev -o wide
NAME                  READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP             NODE   ......
pod-volume-hostpath   2/2     Running   0          16s   10.42.2.10     node1  ......

#访问nginx
[root@k8s-master01 ~]# curl 10.42.2.10

# 接下来就可以去host的/root/logs目录下查看存储的文件了
###  注意: 下面的操作需要到Pod所在的节点运行(案例中是node1)
[root@node1 ~]# ls /root/logs/
access.log  error.log

# 同样的道理,如果在此目录下创建一个文件,到容器中也是可以看到的

NFS

HostPath可以解决数据持久化的问题,但是一旦Node节点故障了,Pod如果转移到了别的节点,又会出现问题了,此时需要准备单独的网络存储系统,比较常用的用NFS、CIFS。

NFS是一个网络文件存储系统,可以搭建一台NFS服务器,然后将Pod中的存储直接连接到NFS系统上,这样的话,无论Pod在节点上怎么转移,只要Node跟NFS的对接没问题,数据就可以成功访问。

首先要准备nfs的服务器,这里为了简单,直接是master节点做nfs服务器:

# 在nfs上安装nfs服务
[root@nfs ~]# yum install nfs-utils -y

# 准备一个共享目录
[root@nfs ~]# mkdir /root/data/nfs -pv

# 将共享目录以读写权限暴露给192.168.100.0/24网段中的所有主机
[root@nfs ~]# vim /etc/exports
[root@nfs ~]# more /etc/exports
/root/data/nfs     192.168.100.0/24(rw,no_root_squash)

# 启动nfs服务
[root@nfs ~]# systemctl restart nfs-server

接下来,要在的每个node节点上都安装下nfs,这样的目的是为了node节点可以驱动nfs设备:

# 在node上安装nfs服务,注意不需要启动
[root@k8s-master01 ~]# yum install nfs-utils -y

接下来,就可以编写pod的配置文件了,创建volume-nfs.yaml:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: volume-nfs
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    ports:
    - containerPort: 80
    volumeMounts:
    - name: logs-volume
      mountPath: /var/log/nginx
  - name: busybox
    image: busybox:1.30
    command: ["/bin/sh","-c","tail -f /logs/access.log"]
    volumeMounts:
    - name: logs-volume
      mountPath: /logs
  volumes:
  - name: logs-volume
    nfs:
      server: 192.168.100.100  # nfs服务器地址
      path: /root/data/nfs # 共享文件路径

最后,运行下pod,观察结果:

# 创建pod
[root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f volume-nfs.yaml
pod/volume-nfs created

# 查看pod
[root@k8s-master01 ~]# kubectl get pods volume-nfs -n dev
NAME                  READY   STATUS    RESTARTS   AGE
volume-nfs        2/2     Running   0          2m9s

# 查看nfs服务器上的共享目录,发现已经有文件了
[root@k8s-master01 ~]# ls /root/data/
access.log  error.log

高级存储

使用NFS提供存储,就要求用户会搭建NFS系统,并且会在yaml配置nfs。由于kubernetes支持的存储系统有很多,要求客户全都掌握,显然不现实。为了能够屏蔽底层存储实现的细节,方便用户使用, kubernetes引入PVPVC两种资源对象。

PV(Persistent Volume)是持久化卷的意思,是对底层的共享存储的一种抽象。一般情况下PV由kubernetes管理员进行创建和配置,它与底层具体的共享存储技术有关,并通过插件完成与共享存储的对接。

PVC(Persistent Volume Claim)是持久卷声明的意思,是用户对于存储需求的一种声明。换句话说,PVC其实就是用户向kubernetes系统发出的一种资源需求申请。

使用了PV和PVC之后,工作可以得到进一步的细分:

  • 存储:存储工程师维护
  • PV: kubernetes管理员维护
  • PVC:kubernetes用户维护

PV

PV是存储资源的抽象,下面是资源清单文件:

apiVersion: v1  
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv2
spec:
  nfs: # 存储类型,与底层真正存储对应
  capacity:  # 存储能力,目前只支持存储空间的设置
    storage: 2Gi
  accessModes:  # 访问模
  storageClassName: # 存储类别
  persistentVolumeReclaimPolicy: # 回收策略

PV的关键配置参数说明:

  • 存储类型

底层实际存储的类型,kubernetes支持多种存储类型,每种存储类型的配置都有所差异

  • 存储能力(capacity)

目前只支持存储空间的设置(storage=1Gi),不过未来可能会加入IOPS、吞吐量等指标的配置

  • 访问模式(accessModes)

用于描述用户应用对存储资源的访问权限,访问权限包括下面几种方式:

  • ReadWriteOnce(RWO):读写权限,但是只能被单个节点挂载
  • ReadOnlyMany(ROX): 只读权限,可以被多个节点挂载
  • ReadWriteMany(RWX):读写权限,可以被多个节点挂载

需要注意的是,底层不同的存储类型可能支持的访问模式不同。

  • 回收策略(persistentVolumeReclaimPolicy)

当PV不再被使用了之后,对其的处理方式。目前支持三种策略:

  • Retain (保留) 保留数据,需要管理员手工清理数据
  • Recycle(回收) 清除 PV 中的数据,效果相当于执行 rm -rf /thevolume/*
  • Delete (删除) 与 PV 相连的后端存储完成 volume 的删除操作,当然这常见于云服务商的存储服务

需要注意的是,底层不同的存储类型可能支持的回收策略不同

  • 存储类别

PV可以通过storageClassName参数指定一个存储类别

  • 具有特定类别的PV只能与请求了该类别的PVC进行绑定
  • 未设定类别的PV则只能与不请求任何类别的PVC进行绑定
  • 状态(status)

一个 PV 的生命周期中,可能会处于4中不同的阶段:

  • Available(可用): 表示可用状态,还未被任何 PVC 绑定
  • Bound(已绑定): 表示 PV 已经被 PVC 绑定
  • Released(已释放): 表示 PVC 被删除,但是资源还未被集群重新声明
  • Failed(失败): 表示该 PV 的自动回收失败

实验

使用NFS作为存储,来演示PV的使用,创建3个PV,对应NFS中的3个暴露的路径。

准备NFS环境:

# 创建目录
[root@nfs ~]# mkdir /root/data/{pv1,pv2,pv3} -pv

# 暴露服务
[root@nfs ~]# more /etc/exports
/root/data/pv1     192.168.5.0/24(rw,no_root_squash)
/root/data/pv2     192.168.5.0/24(rw,no_root_squash)
/root/data/pv3     192.168.5.0/24(rw,no_root_squash)

# 重启服务
[root@nfs ~]#  systemctl restart nfs

创建pv.yaml:

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name:  pv1
spec:
  capacity:
    storage: 1Gi
  accessModes:
  - ReadWriteMany
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  nfs:
    path: /root/data/pv1
    server: 192.168.5.6

---

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name:  pv2
spec:
  capacity:
    storage: 2Gi
  accessModes:
  - ReadWriteMany
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  nfs:
    path: /root/data/pv2
    server: 192.168.5.6
    
---

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name:  pv3
spec:
  capacity:
    storage: 3Gi
  accessModes:
  - ReadWriteMany
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  nfs:
    path: /root/data/pv3
    server: 192.168.5.6

# 创建 pv
[root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f pv.yaml
persistentvolume/pv1 created
persistentvolume/pv2 created
persistentvolume/pv3 created

# 查看pv
[root@k8s-master01 ~]# kubectl get pv -o wide
NAME   CAPACITY   ACCESS MODES  RECLAIM POLICY  STATUS      AGE   VOLUMEMODE
pv1    1Gi        RWX            Retain        Available    10s   Filesystem
pv2    2Gi        RWX            Retain        Available    10s   Filesystem
pv3    3Gi        RWX            Retain        Available    9s    Filesystem

PVC

PVC是资源的申请,用来声明对存储空间、访问模式、存储类别需求信息。

资源清单文件:

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc
  namespace: dev
spec:
  accessModes: # 访问模式
  selector: # 采用标签对PV选择
  storageClassName: # 存储类别
  resources: # 请求空间
    requests:
      storage: 5Gi

PVC的关键配置参数说明:

  • 访问模式(accessModes)

用于描述用户应用对存储资源的访问权限

  • 选择条件(selector)

通过Label Selector的设置,可使PVC对于系统中己存在的PV进行筛选

  • 存储类别(storageClassName)

PVC在定义时可以设定需要的后端存储的类别,只有设置了该class的pv才能被系统选出

  • 资源请求(Resources )

描述对存储资源的请求

实验

创建pvc.yaml,申请pv

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc1
  namespace: dev
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi

---

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc2
  namespace: dev
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi

---

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc3
  namespace: dev
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi

# 创建pvc
[root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f pvc.yaml
persistentvolumeclaim/pvc1 created
persistentvolumeclaim/pvc2 created
persistentvolumeclaim/pvc3 created

# 查看pvc
[root@k8s-master01 ~]# kubectl get pvc  -n dev -o wide
NAME   STATUS   VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE   VOLUMEMODE
pvc1   Bound    pv1      1Gi        RWX                           15s   Filesystem
pvc2   Bound    pv2      2Gi        RWX                           15s   Filesystem
pvc3   Bound    pv3      3Gi        RWX                           15s   Filesystem

# 查看pv
[root@k8s-master01 ~]# kubectl get pv -o wide
NAME  CAPACITY ACCESS MODES  RECLAIM POLICY  STATUS    CLAIM       AGE     VOLUMEMODE
pv1    1Gi        RWx        Retain          Bound    dev/pvc1    3h37m    Filesystem
pv2    2Gi        RWX        Retain          Bound    dev/pvc2    3h37m    Filesystem
pv3    3Gi        RWX        Retain          Bound    dev/pvc3    3h37m    Filesystem   

创建pods.yaml, 使用pv

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod1
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox:1.30
    command: ["/bin/sh","-c","while true;do echo pod1 >> /root/out.txt; sleep 10; done;"]
    volumeMounts:
    - name: volume
      mountPath: /root/
  volumes:
    - name: volume
      persistentVolumeClaim:
        claimName: pvc1
        readOnly: false

---

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod2
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox:1.30
    command: ["/bin/sh","-c","while true;do echo pod2 >> /root/out.txt; sleep 10; done;"]
    volumeMounts:
    - name: volume
      mountPath: /root/
  volumes:
    - name: volume
      persistentVolumeClaim:
        claimName: pvc2
        readOnly: false

# 创建pod
[root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f pods.yaml
pod/pod1 created
pod/pod2 created

# 查看pod
[root@k8s-master01 ~]# kubectl get pods -n dev -o wide
NAME   READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE   
pod1   1/1     Running   0          14s   10.244.1.69   node1   
pod2   1/1     Running   0          14s   10.244.1.70   node1  

# 查看pvc
[root@k8s-master01 ~]# kubectl get pvc -n dev -o wide
NAME   STATUS   VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES      AGE   VOLUMEMODE
pvc1   Bound    pv1      1Gi        RWX               94m   Filesystem
pvc2   Bound    pv2      2Gi        RWX               94m   Filesystem
pvc3   Bound    pv3      3Gi        RWX               94m   Filesystem

# 查看pv
[root@k8s-master01 ~]# kubectl get pv -o wide
NAME   CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM       AGE     VOLUMEMODE
pv1    1Gi        RWX            Retain           Bound    dev/pvc1    5h11m   Filesystem
pv2    2Gi        RWX            Retain           Bound    dev/pvc2    5h11m   Filesystem
pv3    3Gi        RWX            Retain           Bound    dev/pvc3    5h11m   Filesystem

# 查看nfs中的文件存储
[root@nfs ~]# more /root/data/pv1/out.txt
node1
node1
[root@nfs ~]# more /root/data/pv2/out.txt
node2
node2

生命周期

PVC和PV是一一对应的,PV和PVC之间的相互作用遵循以下生命周期:

  • 资源供应:管理员手动创建底层存储和PV
  • 资源绑定:用户创建PVC,kubernetes负责根据PVC的声明去寻找PV,并绑定

在用户定义好PVC之后,系统将根据PVC对存储资源的请求在已存在的PV中选择一个满足条件的

  • 一旦找到,就将该PV与用户定义的PVC进行绑定,用户的应用就可以使用这个PVC了
  • 如果找不到,PVC则会无限期处于Pending状态,直到等到系统管理员创建了一个符合其要求的PV

PV一旦绑定到某个PVC上,就会被这个PVC独占,不能再与其他PVC进行绑定了

  • 资源使用:用户可在pod中像volume一样使用pvc

Pod使用Volume的定义,将PVC挂载到容器内的某个路径进行使用。

  • 资源释放:用户删除pvc来释放pv

当存储资源使用完毕后,用户可以删除PVC,与该PVC绑定的PV将会被标记为“已释放”,但还不能立刻与其他PVC进行绑定。通过之前PVC写入的数据可能还被留在存储设备上,只有在清除之后该PV才能再次使用。

  • 资源回收:kubernetes根据pv设置的回收策略进行资源的回收

对于PV,管理员可以设定回收策略,用于设置与之绑定的PVC释放资源之后如何处理遗留数据的问题。只有PV的存储空间完成回收,才能供新的PVC绑定和使用

配置存储

ConfigMap

ConfigMap是一种比较特殊的存储卷,它的主要作用是用来存储配置信息的

创建configmap.yaml,内容如下:

[root@k8s-master01 ~]# vim configmap.yaml
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: configmap
  namespace: dev
data:
  info: |
    username:admin
    password:123456
接下来,使用此配置文件创建configmap
# 创建configmap
[root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f configmap.yaml
configmap/configmap created

# 查看configmap详情
[root@k8s-master01 ~]# kubectl describe cm configmap -n dev
Name:         configmap
Namespace:    dev
Labels:       <none>
Annotations:  <none>

Data
====
info:
----
username:admin
password:123456

Events:  <none>
接下来创建一个pod-configmap.yaml,将上面创建的configmap挂载进去
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-configmap
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    volumeMounts: # 将configmap挂载到目录
    - name: config
      mountPath: /configmap/config
  volumes: # 引用configmap
  - name: config
    configMap:
      name: configmap

# 创建pod
[root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f pod-configmap.yaml
pod/pod-configmap created

# 查看pod
[root@k8s-master01 ~]# kubectl get pod pod-configmap -n dev
NAME            READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod-configmap   1/1     Running   0          6s

#进入容器
[root@k8s-master01 ~]# kubectl exec -it pod-configmap -n dev /bin/sh

# cd /configmap/config/

# ls

info

# more info

username:admin
password:123456

# 可以看到映射已经成功,每个configmap都映射成了一个目录
# key--->文件     value---->文件中的内容
# 此时如果更新configmap的内容, 容器中的值也会动态更新

Secret

在kubernetes中,还存在一种和ConfigMap非常类似的对象,称为Secret对象。它主要用于存储敏感信息,例如密码、秘钥、证书等

首先使用base64对数据进行编码:

[root@k8s-master01 ~]# echo -n 'admin' | base64 # 准备username
YWRtaW4=

[root@k8s-master01 ~]# echo -n '123456' | base64 # 准备password
MTIzNDU2

接下来编写secret.yaml,并创建Secret:

[root@k8s-master01 ~]# vim secret.yaml
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: secret
  namespace: dev
type: Opaque
data:
  username: YWRtaW4=
  password: MTIzNDU2

# 创建secret
[root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f secret.yaml
secret/secret created

# 查看secret详情
[root@k8s-master01 ~]# kubectl describe secret secret -n dev
Name:         secret
Namespace:    dev
Labels:       <none>
Annotations:  <none>
Type:  Opaque
Data
====
password:  6 bytes
username:  5 bytes

创建pod-secret.yaml,将上面创建的secret挂载进去:

[root@k8s-master01 ~]# vim pod-secret.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-secret
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    volumeMounts: # 将secret挂载到目录
    - name: config
      mountPath: /secret/config
  volumes:
  - name: config
    secret:
      secretName: secret

# 创建pod
[root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f pod-secret.yaml
pod/pod-secret created

# 查看pod
[root@k8s-master01 ~]# kubectl get pod pod-secret -n dev
NAME            READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod-secret      1/1     Running   0          2m28s

# 进入容器,查看secret信息,发现已经自动解码了
[root@k8s-master01 ~]# kubectl exec -it pod-secret /bin/sh -n dev
/ # ls /secret/config/
password  username
/ # more /secret/config/username
admin
/ # more /secret/config/password
123456

至此,已经实现了利用secret实现了信息的编码。

思维导图

飞思卡尔智能车竞赛是一项备受关注的科技赛事,旨在激发学生的创新和实践能力,尤其是在嵌入式系统、自动控制和机器人技术等关键领域。其中的“电磁组”要求参赛队伍设计并搭建一辆能够自主导航的智能车,通过电磁感应线圈感知赛道路径。本压缩包文件提供了一套完整的电磁组智能车程序,这是一套经过实战验证的代码,曾在校级比赛中获得第二名的优异成绩。 该程序的核心内容可能涉及以下关键知识点: 传感器处理:文件名“4sensor”表明车辆配备了四个传感器,用于获取环境信息。这些传感器很可能是电磁感应传感器,用于探测赛道上的导电线圈。通过分析传感器信号的变化,车辆能够判断自身的行驶方向和位置。 数据采集与滤波:在实际运行中,传感器读数可能受到噪声干扰,因此需要进行数据滤波以提高精度。常见的滤波算法包括低通滤波、高斯滤波和滑动平均滤波等,以确保车辆对赛道的判断准确无误。 路径规划:车辆需要根据传感器输入实时规划行驶路径。这可能涉及PID(比例-积分-微分)控制、模糊逻辑控制或其他现代控制理论方法,从而确保车辆能够稳定且快速地沿赛道行驶。 电机控制:智能车的驱动通常依赖于直流电机或无刷电机,电机控制是关键环节。程序中可能包含电机速度和方向的调节算法,如PWM(脉宽调制)控制,以实现精准的运动控制。 嵌入式系统编程:飞思卡尔智能车的控制器可能基于飞思卡尔微处理器(例如MC9S12系列)。编程语言通常为C或C++,需要掌握微控制器的中断系统、定时器和串行通信等功能。 软件架构:智能车软件通常具有清晰的架构,包括任务调度、中断服务程序和主循环等。理解和优化这一架构对于提升整体性能至关重要。 调试与优化:程序能够在比赛中取得好成绩,说明经过了反复的调试和优化。这可能涉及代码效率提升、故障排查以及性能瓶颈的识别和解决。 团队协作与版本控制:在项目开发过程中,团队协作和版本控制工具(如Git)的应用不可或缺,能够保
双闭环直流电机调速系统是一种高效且应用广泛的直流调速技术。通过设置转速环和电流环两个闭环,系统能够对电机的转速和电流进行精准控制,从而提升动态响应能力和稳定性,广泛应用于工业自动化领域。 主电路设计:主电路采用三相全控桥整流电路,将交流电转换为可调节的直流电,为电机供电。晶闸管作为核心元件,通过调节控制角α实现输出电压的调节。 元部件设计:包括整流变压器、晶闸管、电抗器等元件的设计与参数计算,这些元件的性能直接影响系统的稳定性和效率。 保护电路:设计过载保护、短路保护等保护电路,确保系统安全运行。 驱动电路:设计触发电路和脉冲变压器,触发电路用于触发晶闸管导通,脉冲变压器用于传递触发信号。 控制器设计:系统核心为转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR),分别对转速和电流进行调控。检测电路用于采集实际转速和电流值并反馈给调节器。 仿真分析:利用MATLAB/SIMULINK等工具对系统进行仿真分析,验证其稳定性和性能指标是否达标。 方案确定与框图绘制:明确系统构成及各模块连接方式。 主电路设计:选择整流电路形式,设计整流变压器、晶闸管等元部件并计算参数。 驱动电路设计:设计触发电路和脉冲变压器,确保晶闸管准确触发。 控制器设计: 转速调节器(ASR):根据转速指令调整实际转速。 电流调节器(ACR):根据ASR输出指令调整电流,实现快速响应。 参数计算:计算给定电压、调节器、检测电路、触发电路和稳压电路的参数。 仿真分析:通过软件模拟系统运行状态,评估性能。 电气原理图绘制:完成调速控制电路的电气原理图绘制。 双闭环控制策略:转速环在外,电流环在内,形成嵌套结构,提升动态响应能力。 晶闸管控制角调节:通过改变控制角α调节输出电压,实现转速平滑调节。 仿真分析:借助专业软件验证设计的合理性和有效性。 双闭环直流电机调速系统设计涉及主电路、驱动电路和控制器设计等多个环节,通过仿
《编译原理》是计算机科学中一门极为重要的课程,主要探讨如何将高级程序设计语言转换成机器可执行的指令。清华大学的张素琴教授在这一领域有着深厚的学术造诣,其编译原理课后习题答案对于学习者而言是非常珍贵的资源。这份压缩文件详细解析了课程中所涉及的概念、理论和方法的实践应用,目的是帮助学生更好地理解编译器设计的核心内容。 编译原理的核心知识点主要包括以下几点: 词法分析:作为编译过程的首要环节,词法分析器会扫描源代码,识别出一个个称为“标记”(Token)的最小语法单位。通常借助正则表达式来定义各种标记的模式。 语法分析:基于词法分析产生的标记流,语法分析器依据文法规则构建语法树。上下文无关文法(CFG)是编译器设计中常用的一种形式化工具。 语义分析:这一步骤用于理解程序的意义,确保程序符合语言的语义规则。语义分析可分为静态语义分析和动态语义分析,前者主要检查类型匹配、变量声明等内容,后者则关注运行时的行为。 中间代码生成:编译器通常会生成一种高级的中间表示,如三地址码或抽象语法树,以便于后续的优化和目标代码生成。 代码优化:通过消除冗余计算、改进数据布局等方式提升程序的执行效率,同时不改变程序的语义。 目标代码生成:根据中间代码生成特定机器架构的目标代码,这一阶段需要考虑指令集体系结构、寄存器分配、跳转优化等问题。 链接:将编译后的模块进行合并,解决外部引用,最终形成一个可执行文件。 错误处理:在词法分析、语法分析和语义分析过程中,编译器需要能够检测并报告错误,例如语法错误、类型错误等。 张素琴教授的课后习题答案覆盖了上述所有核心知识点,并可能包含实际编程练习,比如实现简单的编译器或解释器,以及针对特定问题的解题策略。通过解答这些习题,学生可以加深对编译原理的理解,提升解决问题的能力,为今后参与编译器开发或软件工程实践奠定坚实的基础。这份资源不仅是学习编译原理的有力辅助材料,也是
内容概要:本文介绍了一种基于环形展开架构的全异步7位逐次逼近寄存器(SAR)模数转换器(ADC),其采样速率为1.75 GS/s,采用3纳米CMOS工艺制造。为了降低功耗并减少设计复杂度,提出了一种无存储器的全异步SAR架构,并引入了双尾反馈(DTFB)动态比较器来满足所需速度并最小化热噪声。该ADC实现了37/49 dB的信噪比(SNDR)/无杂散动态范围(SFDR),面积为0.00055平方毫米,功耗仅为0.69毫瓦。此外,它具有最佳的Walden品质因数(FoMw)为6.9 fJ/转换步长,适用于224 Gb/s PAM4 SerDes接收器中的64路时间交织(TI) ADC系统。 适合人群:从事高速模拟电路设计、SerDes接口开发以及对高精度ADC有研究兴趣的专业人士和研究人员。 使用场景及目标:①适用于需要高带宽、低延迟和低功耗的数据中心网络通信设备;②支持大规模时间交织ADC阵列应用,如高速光纤通信系统;③优化ADC性能,特别是针对PAM4信号处理和高速数据传输的应用。 其他说明:本文详细介绍了ADC的关键技术细节,包括但不限于环形展开SAR架构、DTFB比较器设计、门控提升采样保持开关以及各种校准机制。此外,还展示了实测结果并与现有先进技术进行了对比,证明了所提出的ADC在性能和能效方面的优势。该设计方案不仅在单通道ADC中表现出色,在多通道应用场景下同样具备显著的竞争优势。
朴素贝叶斯分类器是一种基于概率理论的机器学习算法,广泛应用于数据挖掘、自然语言处理等领域。它基于贝叶斯定理,并假设特征之间相互独立,这也是其“朴素”之称的由来。本教程将详细介绍如何在Python中实现朴素贝叶斯分类器。 朴素贝叶斯分类器的核心是贝叶斯定理。通过计算给定特征条件下各个类别的后验概率,并选择后验概率最高的类别作为预测结果。在实际应用中,通常采用极大似然估计来确定先验概率和条件概率。 在Python中,可以使用sklearn库中的NaiveBayes类来实现朴素贝叶斯分类器。以下是实现的基本步骤: 导入必要的库: 准备数据集: 假设数据存储在一个CSV文件中,包含特征列和目标列。可以使用pandas库读取数据: 划分训练集和测试集: 选择合适的朴素贝叶斯分类器: 对于连续数值型数据,通常使用高斯朴素贝叶斯(GaussianNB); 对于计数数据(如文本中的词频),可以选择多项式朴素贝叶斯(MultinomialNB); 对于二元特征,可以使用伯努利朴素贝叶斯(BernoulliNB)。 实例化分类器: 训练模型: 使用训练数据拟合模型: 预测与评估: 对测试数据进行预测并评估模型性能: 以上就是使用Python实现朴素贝叶斯分类器的完整流程。在实际项目中,可能需要进行特征缩放、特征选择等预处理步骤,以及调整模型参数以优化性能。朴素贝叶斯分类器的优点在于处理大量特征时效率高,易于理解和实现,但其假设特征独立可能会在某些复杂数据集上导致性能不佳。如果需要进一步深入学习,可以参考NaiveBayesClassifier.py文件,其中可能包含自定义分类器、特征工程、模型调优等更具体的实现细节。
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