通通透透看無(wú)服務(wù)器計算：由來(lái)、場(chǎng)景和問(wèn)題

本文分享自天翼云開(kāi)發(fā)者社區@《通通透透看無(wú)服務(wù)器計算：由來(lái)、場(chǎng)景和問(wèn)題》，作者: 我是小朋友

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一、 無(wú)服務(wù)器（Serverless）計算是什么

云計算涌現出很多改變傳統IT架構和運維方式的新技術(shù)，比如虛擬機、容器、微服務(wù)，無(wú)論這些技術(shù)應用在哪些場(chǎng)景，降低成本、提升效率是云服務(wù)永恒的主題。過(guò)去十年來(lái)，我們已經(jīng)把應用和環(huán)境中很多通用的部分變成了服務(wù)。Serverless的出現，帶來(lái)了跨越式變革。Serverless把主機管理、操作系統管理、資源分配、擴容，甚至是應用邏輯的全部組件都外包出去，把它們看作某種形式的商品——廠(chǎng)商提供服務(wù)，我們掏錢(qián)購買(mǎi)。過(guò)去是“構建一個(gè)框架運行在一臺服務(wù)器上，對多個(gè)事件進(jìn)行響應”，Serverless則變?yōu)椤皹嫿ɑ蚴褂靡粋€(gè)微服務(wù)或微功能來(lái)響應一個(gè)事件”，做到當訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，調入相關(guān)資源開(kāi)始運行，運行完成后，卸載所有開(kāi)銷(xiāo)，真正做到按需按次計費。這是云計算向縱深發(fā)展的一種自然而然的過(guò)程。

Serverless是一種構建和管理基于微服務(wù)架構的完整流程，允許你在服務(wù)部署級別而不是服務(wù)器部署級別來(lái)管理你的應用部署。它與傳統架構的不同之處在于，完全由第三方管理，由事件觸發(fā)，存在于無(wú)狀態(tài)（Stateless）、暫存（可能只存在于一次調用的過(guò)程中）計算容器內。構建無(wú)服務(wù)器應用程序意味著(zhù)開(kāi)發(fā)者可以專(zhuān)注在產(chǎn)品代碼上，而無(wú)須管理和操作云端或本地的服務(wù)器或運行時(shí)。Serverless真正做到了部署應用無(wú)需涉及基礎設施的建設，自動(dòng)構建、部署和啟動(dòng)服務(wù)。

國內外的各大云廠(chǎng)商 Amazon、微軟、Google、IBM、阿里云、騰訊云、華為云相繼推出Serverless產(chǎn)品，Serverless也從概念、愿景逐步走向落地，在各企業(yè)、公司應用開(kāi)來(lái)。

二、 理解Serverless技術(shù)---FaaS和BaaS

Serverless由開(kāi)發(fā)者實(shí)現的服務(wù)端邏輯運行在無(wú)狀態(tài)的計算容器中，它由事件觸發(fā)， 完全被第三方管理，其業(yè)務(wù)層面的狀態(tài)則被開(kāi)發(fā)者使用的數據庫和存儲資源所記錄。

Serverless涵蓋了很多技術(shù)，分為兩類(lèi)：FaaS和BaaS。

1）Function-as-a-Service (FaaS)

? 小段代碼，按需執?，按需擴展，無(wú)需管理任何基礎實(shí)施相關(guān)的部分。

? 事件驅動(dòng)型計算。函數被事件觸發(fā)或者被HTTP請求調用。

2）Backend-as-a-Service (BaaS)

? 第三方基于A(yíng)PI的服務(wù)，實(shí)現應用開(kāi)發(fā)中的基礎功能模塊。

? 這些API像服務(wù)一樣，自動(dòng)擴展，無(wú)需管理。

1.Faas

FaaS意在無(wú)須自行管理服務(wù)器系統或自己的服務(wù)器應用程序，即可直接運行后端代碼。其中所指的服務(wù)器應用程序，是該技術(shù)與容器和PaaS（平臺即服務(wù)）等其他現代化架構最大的差異。

FaaS可以取代一些服務(wù)處理服務(wù)器（可能是物理計算機，但絕對需要運行某種應用程序），這樣不僅不需要自行供應服務(wù)器，也不需要全時(shí)運行應用程序。

FaaS產(chǎn)品不要求必須使用特定框架或庫進(jìn)行開(kāi)發(fā)。在語(yǔ)言和環(huán)境方面，FaaS函數就是常規的應用程序。例如AWS Lambda的函數可以通過(guò)Javascript、Python以及任何JVM語(yǔ)言（Java、Clojure、Scala）等實(shí)現。然而Lambda函數也可以執行任何捆綁有所需部署構件的進(jìn)程，因此可以使用任何語(yǔ)言，只要能編譯為Unix進(jìn)程即可。FaaS函數在架構方面確實(shí)存在一定的局限，尤其是在狀態(tài)和執行時(shí)間方面。

在遷往FaaS的過(guò)程中，唯一需要修改的代碼是“主方法/啟動(dòng)”代碼，其中可能需要刪除頂級消息處理程序的相關(guān)代碼（“消息監聽(tīng)器接口”的實(shí)現），但這可能只需要更改方法簽名即可。在FaaS的世界中，代碼的其余所有部分（例如向數據庫執行寫(xiě)入的代碼）無(wú)須任何變化。

相比傳統系統，部署方法會(huì )有較大變化 – 將代碼上傳至FaaS供應商，其他事情均可由供應商完成。目前這種方式通常意味著(zhù)需要上傳代碼的全新定義（例如上傳zip或JAR文件），隨后調用一個(gè)專(zhuān)有API發(fā)起更新過(guò)程。

FaaS中的函數可以通過(guò)供應商定義的事件類(lèi)型觸發(fā)。對于亞馬遜AWS，此類(lèi)觸發(fā)事件可以包括S3（文件）更新、時(shí)間（計劃任務(wù)），以及加入消息總線(xiàn)的消息（例如Kinesis）。通常你的函數需要通過(guò)參數指定自己需要綁定到的事件源。

大部分供應商還允許函數作為對傳入Http請求的響應來(lái)觸發(fā)，通常這類(lèi)請求來(lái)自某種該類(lèi)型的API網(wǎng)關(guān)（例如AWS API網(wǎng)關(guān)、Webtask）。

2.Baas

BaaS（Backend as a Service，后端即服務(wù)）是指我們不再編寫(xiě)或管理所有服務(wù)端組件，可以使用領(lǐng)域通用的遠程組件（而不是進(jìn)程內的庫）來(lái)提供服務(wù)。理解BaaS，需要搞清楚它與PaaS的區別。

首先BaaS并非PaaS，它們的區別在于：PaaS需要參與應用的生命周期管理，BaaS則僅僅提供應用依賴(lài)的第三方服務(wù)。典型的PaaS平臺需要提供手段讓開(kāi)發(fā)者部署和配置應用，例如自動(dòng)將應用部署到Tomcat容器中，并管理應用的生命周期。BaaS不包含這些內容，BaaS只以API的方式提供應用依賴(lài)的后端服務(wù)，例如數據庫和對象存儲。BaaS可以是公共云服務(wù)商提供的，也可以是第三方廠(chǎng)商提供的。其次從功能上講，BaaS可以看作PaaS的一個(gè)子集，即提供第三方依賴(lài)組件的部分。

BaaS服務(wù)還允許我們依賴(lài)其他人已經(jīng)實(shí)現的應用邏輯。對于這點(diǎn)，認證就是一個(gè)很好的例子。很多應用都要自己編寫(xiě)實(shí)現注冊、登錄、密碼管理等邏輯的代碼，而對于不同的應用這些代碼往往大同小異。完全可以把這些重復性的工作提取出來(lái)，再做成外部服務(wù)，而這正是Auth0和Amazon Cognito等產(chǎn)品的目標。它們能實(shí)現全面的認證和用戶(hù)管理，開(kāi)發(fā)團隊再也不用自己編寫(xiě)或者管理實(shí)現這些功能的代碼。

三、 無(wú)服務(wù)器（Serverless）計算如何工作？

與使用虛擬機或一些底層的技術(shù)來(lái)部署和管理應用程序相比，無(wú)服務(wù)器計算提供了一種更高級別的抽象。因為它們有不同的抽象和“觸發(fā)器”的集合。

拿計算來(lái)講，這種抽象有一個(gè)特定函數和抽象的觸發(fā)器，它通常是一個(gè)事件。以數據庫為例，這種抽象也許是一個(gè)表，而觸發(fā)器相當于表的查詢(xún)或搜索，或者通過(guò)在表中做一些事情而生成的事件。

比如一款手機游戲，允許用戶(hù)在不同的平臺上為全球頂級玩家使用高分數表。當請求此信息時(shí)，請求從應用程序到API接口。API接口或許會(huì )觸發(fā)AWS的Lambda函數，或者無(wú)服務(wù)器函數，這些函數再從數據庫表中獲取到數據流，返回包含前五名分數的一定格式的數據。

一旦構建完成，應用程序的功能就可以在基于移動(dòng)和基于 Web 的游戲版本中重用。

這跟設置服務(wù)器不同，不是必須要有Amazon EC2實(shí)例或服務(wù)器，然后等待請求。環(huán)境由事件觸發(fā)，而響應事件所需的邏輯只在響應時(shí)執行。這意味著(zhù)，運行函數的資源只有在函數運行時(shí)被創(chuàng )建，產(chǎn)生一種非常高效的方法來(lái)構建應用程序。

四、 無(wú)服務(wù)器（Serverless）適用于哪些場(chǎng)景？

在現階段，Serverless主要應用在以下幾個(gè)場(chǎng)景。首先在Web及移動(dòng)端服務(wù)中，可以整合API網(wǎng)關(guān)和Serverles服務(wù)構建Web及移動(dòng)后端，幫助開(kāi)發(fā)者構建可彈性擴展、高可用的移動(dòng)或 Web后端應用服務(wù)。在IoT場(chǎng)景下可高效的處理實(shí)時(shí)流數據，由設備產(chǎn)生海量的實(shí)時(shí)信息流數據，通過(guò)Serverles服務(wù)分類(lèi)處理并寫(xiě)入后端處理。另外在實(shí)時(shí)媒體資訊內容處理場(chǎng)景里，用戶(hù)上傳的音視頻到對象存儲OBS，通過(guò)上傳事件觸發(fā)多個(gè)函數，分別完成高清轉碼、音頻轉碼等功能，滿(mǎn)足用戶(hù)對實(shí)時(shí)性和并發(fā)能力的高要求。無(wú)服務(wù)器計算還適合于任何事件驅動(dòng)的各種不同的用例，這包括物聯(lián)網(wǎng)，移動(dòng)應用，基于網(wǎng)絡(luò )的應用程序和聊天機器人等。這里簡(jiǎn)單說(shuō)兩個(gè)場(chǎng)景，方便大家思考。

場(chǎng)景一：應用負載有顯著(zhù)的波峰波谷

Serverless 應用成功與否的評判標準并不是公司規模的大小，而是其業(yè)務(wù)背后的具體技術(shù)問(wèn)題，比如業(yè)務(wù)波峰波谷明顯，如何實(shí)現削峰填谷。一個(gè)公司的業(yè)務(wù)負載具有波峰波谷時(shí)，機器資源要按照峰值需求預估；而在波谷時(shí)期機器利用率則明顯下降，因為不能進(jìn)行資源復用而導致浪費。

業(yè)界普遍共識是，當自有機器的利用率小于 30%，使用 Serverless 后會(huì )有顯著(zhù)的效率提升。對于云服務(wù)廠(chǎng)商，在具備了足夠多的用戶(hù)之后，各種波峰波谷疊加后平穩化，聚合之后資源復用性更高。比如，外賣(mài)企業(yè)負載高峰是在用餐時(shí)期，安防行業(yè)的負載高峰則是夜間，這是受各個(gè)企業(yè)業(yè)務(wù)定位所限的；而對于一個(gè)成熟的云服務(wù)廠(chǎng)商，如果其平臺足夠大，用戶(hù)足夠多，是不應該有明顯的波峰波谷現象的。

場(chǎng)景二：典型用例 - 基于事件的數據處理

視頻處理的后端系統，常見(jiàn)功能需求如下：視頻轉碼、抽取數據、人臉識別等，這些均為通用計算任務(wù)，可由函數計算執行。

開(kāi)發(fā)者需要自己寫(xiě)出實(shí)現邏輯，再將任務(wù)按照控制流連接起來(lái)，每個(gè)任務(wù)的具體執行由云廠(chǎng)商來(lái)負責。如此，開(kāi)發(fā)變得更便捷，并且構建的系統天然高可用、實(shí)時(shí)彈性伸縮，用戶(hù)不需要關(guān)心機器層面問(wèn)題。

五、Serverless 的問(wèn)題

對于企業(yè)來(lái)說(shuō)，支持Serverless計算的平臺可以節省大量時(shí)間和成本，同時(shí)可以釋放員工，讓開(kāi)發(fā)者得以開(kāi)展更有價(jià)值的工作，而不是管理基礎設施。另一方面可以提高敏捷度，更快速地推出新應用和新服務(wù)，進(jìn)而提高客戶(hù)滿(mǎn)意度。但是Serverless不是完美的，它也存在一些問(wèn)題，需要慎重應用在生產(chǎn)環(huán)境。

1、不適合長(cháng)時(shí)間運行應用

Serverless 在請求到來(lái)時(shí)才運行。這意味著(zhù)，當應用不運行的時(shí)候就會(huì )進(jìn)入 “休眠狀態(tài)”，下次當請求來(lái)臨時(shí)，應用將會(huì )需要一個(gè)啟動(dòng)時(shí)間，即冷啟動(dòng)時(shí)間。如果你的應用需要一直長(cháng)期不間斷的運行、處理大量的請求，那么你可能就不適合采用 Serverless 架構。如果你通過(guò) CRON 的方式或者 CloudWatch 來(lái)定期喚醒應用，又會(huì )比較消耗資源。這就需要我們對它做優(yōu)化，如果頻繁調用，這個(gè)資源將會(huì )常駐內存，第一次冷啟之后，就可以一直服務(wù)，直到一段時(shí)間內沒(méi)有新的調用請求進(jìn)來(lái)，則會(huì )轉入“休眠”狀態(tài)，甚至被回收，從而不消耗任何資源。

2、完全依賴(lài)于第三方服務(wù)

當你所在的企業(yè)云環(huán)境已經(jīng)有大量的基礎設施的時(shí)候，Serverless 對于你來(lái)說(shuō)，并不是一個(gè)好東西。當我們采用某云服務(wù)廠(chǎng)商的 Serverless 架構時(shí)，我們就和該服務(wù)供應商綁定了，那么我們再將服務(wù)遷到別的云服務(wù)商上就沒(méi)有那么容易了。

我們需要修改一下系列的底層代碼，能采取的應對方案，便是建立隔離層。這意味著(zhù)，在設計應用的時(shí)候，就需要隔離 API 網(wǎng)關(guān)、隔離數據庫層，考慮到市面上還沒(méi)有成熟的 ORM 工具，讓你既支持Firebase，又支持 DynamoDB等等。這些也將帶給我們一些額外的成本，可能帶來(lái)的問(wèn)題會(huì )比解決的問(wèn)題多。

3、缺乏調試和開(kāi)發(fā)工具

當我使用 Serverless Framework 的時(shí)候，遇到了這樣的問(wèn)題：缺乏調試和開(kāi)發(fā)工具。后來(lái)，我發(fā)現了 serverless-offline、dynamodb-local 等一系列插件之后，問(wèn)題有一些改善。然而，對于日志系統來(lái)說(shuō)，這仍然是一個(gè)艱巨的挑戰。

每次你調試的時(shí)候，你需要一遍又一遍地上傳代碼。而每次上傳的時(shí)候，你就好像是在部署服務(wù)器，并不能總是快速地定位出問(wèn)題在哪。后來(lái)，找了一個(gè)類(lèi)似于 log4j 這樣的可以分級別記錄日志的 Node.js 庫 winston。它可以支持 error、warn、info、verbose、debug、silly 六個(gè)不同級別的日志，再結合大數據進(jìn)行日志分析過(guò)濾，才能快速定位問(wèn)題。

4、構建復雜

Serverless 很便宜，但是這并不意味著(zhù)它很簡(jiǎn)單。AWS Lambda的 CloudFormation配置是如此的復雜，并且難以閱讀及編寫(xiě)（JSON 格式），雖然CloudFomation提供了Template模板，但想要使用它的話(huà)，需要創(chuàng )建一個(gè)Stack，在Stack中指定你要使用的Template,然后aws才會(huì )按照Template中的定義來(lái)創(chuàng )建及初始化資源。

而Serverless Framework的配置更加簡(jiǎn)單，采用的是 YAML 格式。在部署的時(shí)候，Serverless Framework 會(huì )根據我們的配置生成 CloudFormation 配置。然而這也并非是一個(gè)真正用于生產(chǎn)的配置,真實(shí)的應用場(chǎng)景遠遠比這復雜。

六、總結

云計算經(jīng)過(guò)這么多年的發(fā)展，逐漸進(jìn)化到用戶(hù)僅需關(guān)注業(yè)務(wù)和所需的資源。比如，通過(guò)K8S這類(lèi)編排工具，用戶(hù)只要關(guān)注自己的計算和需要的資源（CPU、內存等）就行了，不需要操心到機器這一層。

Serverless架構讓人們不再操心運行所需的資源，只需關(guān)注自己的業(yè)務(wù)邏輯，并且為實(shí)際消耗的資源付費?？梢哉f(shuō)，隨著(zhù)Serverless架構的興起，真正的云計算時(shí)代才算到來(lái)了。

任何新概念新技術(shù)的落地，本質(zhì)上都是要和具體業(yè)務(wù)去結合，去真正解決具體問(wèn)題。雖然Serverless很多地方不成熟，亟待完善。不過(guò)Serverless自身的優(yōu)越特性，對于開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，吸引力是巨大的。相信隨著(zhù)技術(shù)的飛速發(fā)展，Serverless在未來(lái)還有無(wú)限可能！

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