隨著2014年AWS Lambda的發(fā)布和流行，近年來有關(guān)Serverless的話題和討論越來越頻繁。究竟什么是Serverless?為什么需要Serverless? Serverless是否意味著從此不再需要服務(wù)器了？Serverless究竟能為開發(fā)運(yùn)維帶來哪些便利呢?

[[215205]]

回溯本源

讓我們先來回顧一下常見的應(yīng)用服務(wù)開發(fā)上線流程。

一、直接使用物理設(shè)備

開發(fā)者將應(yīng)用程序開發(fā)測(cè)試完畢后，直接將程序和相關(guān)軟件部署在物理設(shè)備上。服務(wù)器直接使用物理機(jī)。這種方式將不可避免地需要大量人工運(yùn)維和重復(fù)勞動(dòng)。比方說，用戶數(shù)量逐漸增長(zhǎng)時(shí)，我們需要擴(kuò)容物理設(shè)備以應(yīng)對(duì)更高的網(wǎng)站訪問壓力。這時(shí)候我們需要購(gòu)置更多的物理服務(wù)器，并且搬運(yùn)到機(jī)房的對(duì)應(yīng)機(jī)架機(jī)柜中。然后，我們需要手動(dòng)為新購(gòu)置的物理服務(wù)器安裝各種運(yùn)行軟件，填寫好配置文件，手動(dòng)部署啟動(dòng)好需要運(yùn)行的應(yīng)用程序。這些大量的重復(fù)運(yùn)維勞動(dòng)造成產(chǎn)品上線慢，迭代周期長(zhǎng)。其次，使用物理設(shè)備直接部署應(yīng)用程序?qū)?dǎo)致資源浪費(fèi)。如今的物理服務(wù)器的配置越來越強(qiáng)大，64核128G在今天看來也不過是普通配置。很難想象你買了一臺(tái)32核的物理機(jī)，卻只想搭建個(gè)人博客。此外，電商行業(yè)經(jīng)常為了應(yīng)對(duì)促銷秒殺等活動(dòng)準(zhǔn)備大量的物理資源，然而在非促銷等流量低谷時(shí)段，大量物理資源處理閑置狀態(tài)，不利于節(jié)約成本。

最后，為了解決資源浪費(fèi)的問題，我們很容易想到，可以將多個(gè)應(yīng)用程序部署在同一臺(tái)服務(wù)器上來充分利用資源。但由此又導(dǎo)致了新的麻煩，不同的應(yīng)用程序經(jīng)常會(huì)搶占CPU，磁盤IO，內(nèi)存，難以做到隔離資源，各行其是，互不干擾。

二、IaaS托管硬件

虛擬化技術(shù)的成熟直接解決了上述直接使用物理設(shè)備的幾個(gè)痛點(diǎn)。

首先，使用IaaS平臺(tái)，服務(wù)器由物理機(jī)變成了虛擬機(jī)。申請(qǐng)服務(wù)器資源僅需要調(diào)用IaaS平臺(tái)的API或者點(diǎn)擊控制臺(tái)頁面就可以輕松完成。CPU個(gè)數(shù)，內(nèi)存大小，網(wǎng)絡(luò)帶寬，存儲(chǔ)磁盤大小都可以按需指定，隨心所欲。虛擬機(jī)被玩壞了也不需要重裝系統(tǒng)修復(fù)，刪除重建新虛擬機(jī)即可。擴(kuò)容服務(wù)器不再需要大量的重復(fù)人工運(yùn)維勞動(dòng)，加速了產(chǎn)品上線和迭代。

其次，使用IaaS平臺(tái)一定程度上減輕了資源浪費(fèi)。在IaaS平臺(tái)上很容易申請(qǐng)和刪除虛擬機(jī)，升降帶寬配置等操作，這樣當(dāng)業(yè)務(wù)低谷時(shí)段直接刪除多余的虛擬機(jī)，降低帶寬購(gòu)買配額，就能節(jié)約不少成本。

最后，IaaS平臺(tái)解決了資源隔離的問題。不同虛擬機(jī)之間有獨(dú)立CPU，內(nèi)存，磁盤，網(wǎng)卡，不同虛擬機(jī)之間的程序不會(huì)進(jìn)行資源搶占。

然而，IaaS平臺(tái)僅僅為開發(fā)者做好了硬件托管的工作。開發(fā)者依然需要為虛擬機(jī)安裝操作系統(tǒng)和各種軟件，填寫配置并部署應(yīng)用;依然需要關(guān)注服務(wù)器，帶寬，存儲(chǔ)等資源的使用量和擴(kuò)容縮容。此外，IaaS平臺(tái)沒有完全解決資源浪費(fèi)的問題，實(shí)際上，大量虛擬機(jī)在日常運(yùn)行中依然存在超低負(fù)載運(yùn)行的情況。

三、 PaaS托管應(yīng)用

使用PaaS平臺(tái)，開發(fā)者無需關(guān)注服務(wù)器的申請(qǐng)采購(gòu)、系統(tǒng)安裝和資源容量。PaaS服務(wù)提供商為開發(fā)者提供好了操作系統(tǒng)和開發(fā)環(huán)境以及支持的SDK和API，還能自動(dòng)調(diào)整資源來幫助應(yīng)用服務(wù)更好的應(yīng)對(duì)突發(fā)流量。有了PaaS平臺(tái)，開發(fā)者僅僅需要把應(yīng)用開發(fā)好，然后在PaaS平臺(tái)完成服務(wù)部署，應(yīng)用服務(wù)即可上線。

相比IaaS平臺(tái)，PaaS平臺(tái)能更加精準(zhǔn)地為應(yīng)用程序所消耗的資源計(jì)費(fèi)。IaaS平臺(tái)僅僅依據(jù)用戶申請(qǐng)的資源量，如CPU核心數(shù)，網(wǎng)絡(luò)帶寬來計(jì)費(fèi)，而不關(guān)注用戶是否實(shí)際真正充分使用到了其所申請(qǐng)到的資源。PaaS平臺(tái)則可以通過統(tǒng)計(jì)應(yīng)用程序所占用的CPU使用率和內(nèi)存使用率來做的更精準(zhǔn)的計(jì)費(fèi)，甚至可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層面的計(jì)費(fèi)，比如服務(wù)響應(yīng)時(shí)間，或者應(yīng)用所消耗的事務(wù)。

1. 什么是Serverless?

Serverless指的是由開發(fā)者實(shí)現(xiàn)的服務(wù)端邏輯運(yùn)行在無狀態(tài)的計(jì)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)則被開發(fā)者使用的數(shù)據(jù)庫(kù)和存儲(chǔ)資源所記錄。

以上圖為例，圖中上半部分描述的是互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用傳統(tǒng)架構(gòu)的模型：用戶客戶端APP與部署在服務(wù)器端的常駐進(jìn)程通信，服務(wù)端進(jìn)程處理該應(yīng)用的大部分業(yè)務(wù)邏輯流程。下半部分則描述了Serverless架構(gòu)模型。與傳統(tǒng)架構(gòu)模型最大的不同在于，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的大部分業(yè)務(wù)邏輯流程被轉(zhuǎn)移到客戶端上，客戶端通過調(diào)用第三方服務(wù)接口來完成諸如登錄、鑒權(quán)、讀取數(shù)據(jù)庫(kù)等通用業(yè)務(wù)場(chǎng)景;高度定制化的業(yè)務(wù)邏輯則通過調(diào)用第三方FaaS平臺(tái)執(zhí)行自定義代碼來完成。總體上看，Serverless架構(gòu)將傳統(tǒng)架構(gòu)中的服務(wù)器端的整串后臺(tái)流程拆分成在客戶端上執(zhí)行一個(gè)個(gè)第三方服務(wù)調(diào)用或FaaS調(diào)用。

回顧之前所述，無論是直接使用物理服務(wù)器設(shè)備部署程序，還是基于IaaS平臺(tái)托管硬件，或者使用PaaS平臺(tái)托管應(yīng)用，開發(fā)部署互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用都離不開傳統(tǒng)的客戶端-服務(wù)器模式，即客戶端向服務(wù)端發(fā)送請(qǐng)求，服務(wù)器運(yùn)行處理各種業(yè)務(wù)邏輯，并響應(yīng)來自客戶端的請(qǐng)求。至于物理機(jī)，IaaS乃至PaaS，歸根結(jié)底只是服務(wù)器程序的部署模式不同。

而在Serverless架構(gòu)中，軟件開發(fā)者和運(yùn)維工程師們不在需要關(guān)心服務(wù)器的部署、架設(shè)、伸縮，這些問題交給云平臺(tái)商來解決，程序員們得以將精力投入用代碼來實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯中，而不是管理服務(wù)器。Serverless并不意味著不再需要服務(wù)器了，只是服務(wù)器資源的申請(qǐng)、使用、調(diào)度、伸縮由云服務(wù)商自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用開發(fā)者無需關(guān)心。

2. Serverless如何工作?

以一個(gè)簡(jiǎn)單需求為例，論壇網(wǎng)站需要對(duì)用戶上傳的圖片生成一個(gè)縮略圖。

我們使用UCloud的通用計(jì)算(UGC)來實(shí)現(xiàn)該功能。

如上圖所示，使用UGC實(shí)現(xiàn)這一功能操作步驟如下：

• 用戶將縮略圖算法代碼打包推送到UGC算法倉(cāng)庫(kù)中;
• 用戶從UFile中讀取原始圖片作為輸入數(shù)據(jù)，調(diào)用UGC SubmitTask API，指定縮略圖算法;
• UGC平臺(tái)執(zhí)行縮略圖轉(zhuǎn)換算法，將轉(zhuǎn)換后的縮略圖返回給用戶;
• 用戶將得到的結(jié)果縮略圖存儲(chǔ)到UFile中。

整個(gè)過程中，開發(fā)者僅僅需要將縮略圖算法實(shí)現(xiàn)函數(shù)代碼鏡像提交到UGC算法倉(cāng)庫(kù)中，然后調(diào)用UGC的提交任務(wù)API，輸入源圖片數(shù)據(jù)，即可獲得計(jì)算結(jié)果。

從以上過程可以總結(jié)出：使用Serverless，開發(fā)者無需考慮服務(wù)器細(xì)節(jié)，只需要負(fù)責(zé)編寫發(fā)生某些事件后所需執(zhí)行的代碼。云供應(yīng)商將負(fù)責(zé)提供用于運(yùn)行這些代碼的服務(wù)器，并在必要時(shí)對(duì)服務(wù)器進(jìn)行縮放。執(zhí)行完畢后，承擔(dān)這些功能的容器會(huì)立刻停用，用戶只需為運(yùn)行代碼過程中所消耗的資源付費(fèi)。這種模式也被稱為做函數(shù)即服務(wù)(Function-as-a-Service，F(xiàn)aaS)。

3. 與非Serverless方案的對(duì)比

上述場(chǎng)景如果使用非Serverless方案，大體架構(gòu)如下：

該方案需要維護(hù)一組UHost服務(wù)集群，服務(wù)器中部署圖片縮略轉(zhuǎn)換程序。UHost的服務(wù)程序先從UFile中讀取源圖片，使用圖形庫(kù)將其轉(zhuǎn)換成縮略圖并再存回UFile中。相比之前的Serverless方案，有以下幾點(diǎn)對(duì)比：

• 開發(fā)者需要關(guān)心服務(wù)器端程序開發(fā)設(shè)計(jì)，將圖片處理程序部署成服務(wù)端程序，并購(gòu)置服務(wù)器部署并運(yùn)維管理這批UHost服務(wù)器。而使用UGC，開發(fā)者無需關(guān)注服務(wù)器端，只需要將圖形庫(kù)函數(shù)提交到UGC算法倉(cāng)庫(kù)中并調(diào)用UGC API完成計(jì)算任務(wù)即可。
• UHost集群無法自動(dòng)為突發(fā)流量自動(dòng)伸縮擴(kuò)容，需要運(yùn)維工程師手動(dòng)購(gòu)置更多的UHost并部署上線擴(kuò)容。而UGC能根據(jù)突發(fā)的流量自動(dòng)伸縮，運(yùn)行更多的函數(shù)容器。
• UHost服務(wù)器只要在運(yùn)行就必須為之付費(fèi)，無論請(qǐng)求量和負(fù)載的高低。UGC只需要為實(shí)際的調(diào)用次數(shù)和函數(shù)實(shí)際執(zhí)行時(shí)間付費(fèi)，真正實(shí)現(xiàn)了按需分配付費(fèi)。

4. Serverless相比PaaS的特點(diǎn)

相比PaaS，Serverless在以下幾個(gè)方面更具優(yōu)勢(shì)：

• 開發(fā)者無需關(guān)注服務(wù)器程序設(shè)計(jì)，部署和運(yùn)維管理，開代碼重心從此轉(zhuǎn)移到調(diào)用方而非服務(wù)器端。
• 更精細(xì)粒度的計(jì)費(fèi)模式，真正實(shí)現(xiàn)了按需付費(fèi)(Pay as you go)。使用PaaS托管應(yīng)用，只要將應(yīng)用部署上去，無論訪問量或者負(fù)載高低，都需要計(jì)費(fèi)。而使用Serverless，用戶僅僅需要為函數(shù)真正調(diào)用到的次數(shù)和執(zhí)行時(shí)間付費(fèi)。

4. 使用Serverless前，你需要了解的Serverless的適用場(chǎng)景特點(diǎn)

• Serverless平臺(tái)運(yùn)行的是代碼函數(shù)的片段，而不是整個(gè)程序。例如生成縮略圖場(chǎng)景中，UGC僅僅運(yùn)行的是用圖形庫(kù)處理圖片這段代碼。
• 代碼必須做徹底的無狀態(tài)改造。Serverless平臺(tái)會(huì)自動(dòng)為突發(fā)的流量自動(dòng)擴(kuò)展運(yùn)行函數(shù)代碼所需要的容器，但用戶代碼中無法得知其容器的部署環(huán)境情況。兩次不同的Serverless調(diào)用必須是非耦合無關(guān)聯(lián)的。
• 用戶無需關(guān)注水平擴(kuò)展，Serverless平臺(tái)會(huì)自動(dòng)根據(jù)調(diào)用量擴(kuò)展運(yùn)行代碼所需要的容器，輕松做到高并發(fā)調(diào)用。
• 僅僅需要上傳代碼文件或者代碼容器鏡像即可完成應(yīng)用部署。
• 代碼運(yùn)行的生命周期非常短暫。通常Serverless服務(wù)商，會(huì)限制代碼的最大運(yùn)行時(shí)間，例如AWS Lambda為5分鐘。
• 每次Serverless調(diào)用，Serverless平臺(tái)都會(huì)啟動(dòng)容器來運(yùn)行對(duì)應(yīng)代碼，調(diào)用結(jié)束后將容器銷毀。因?yàn)槿萜鲃?chuàng)建存在一定開銷，所以Serverless不太適合對(duì)延遲要求及其苛刻的場(chǎng)景。

5. 不是銀彈

Serveless架構(gòu)在某些場(chǎng)景下?lián)碛忻黠@的優(yōu)勢(shì)，但它不是解決一切架構(gòu)問題的靈丹妙藥，更不是傳統(tǒng)架構(gòu)的革命者和替代者。架構(gòu)上說，Serverless更像是一種粘合劑。以下是一些常見的不適用Serverless的情況。

Serverless平臺(tái)需要為每次FaaS調(diào)用創(chuàng)建一個(gè)容器運(yùn)行對(duì)應(yīng)代碼。前面提到過，由于創(chuàng)建容器并初始化代碼運(yùn)行環(huán)境存在一定程度的開銷和延時(shí)(通常在10ms級(jí))，Serverless架構(gòu)難以勝任對(duì)延遲要求非?？量痰膱?chǎng)景。

同樣的，由于啟動(dòng)容器進(jìn)程開銷較高，Serverless架構(gòu)難以應(yīng)對(duì)非常高的并發(fā)請(qǐng)求場(chǎng)景。通常云服務(wù)商會(huì)對(duì)用戶的并發(fā)調(diào)用數(shù)做限制，比如AWS Lambda是1000。

通常FaaS平臺(tái)會(huì)對(duì)代碼運(yùn)行時(shí)間做最大時(shí)間限制。如果你的代碼需要運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間才能返回結(jié)果，需要慎重考慮使用Serverless。例如剛才提到的，AWS Lambda對(duì)代碼最大運(yùn)行時(shí)間限制為5分鐘。

由于代碼容器在Serverless平臺(tái)部署位置環(huán)境的不確定性，使用Serverless時(shí)，我們必須對(duì)代碼做無狀態(tài)改造。如果你兩次調(diào)用存在關(guān)聯(lián)偶合，同樣請(qǐng)慎重考慮Serverless。

6. 其他主流公有云服務(wù)商Serverless產(chǎn)品

除了眾所周知的AWS Lambda，目前常見的Serverless產(chǎn)品還有前文提到的UCloud的通用計(jì)算 (UGC)，官網(wǎng)：https://www.ucloud.cn/site/product/ugc.html。

UCloud通用計(jì)算UGC具備以下特性：

• 用戶無需關(guān)心計(jì)算資源的的交付部署，以用戶算法代碼為中心;計(jì)算資源服務(wù)化，用戶通過API使用計(jì)算資源;
• 按需付費(fèi)(Pay As You Go)。用戶僅需要為實(shí)際消耗的計(jì)算資源付費(fèi);
• 提供十萬核級(jí)的海量計(jì)算資源，輕松支持高并發(fā)計(jì)算任務(wù)請(qǐng)求，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)資源分配和擴(kuò)展;
• 具備高可用和跨可用區(qū)自動(dòng)容災(zāi)能力。

作為UCloud研發(fā)的分布式大規(guī)模并行計(jì)算服務(wù)，UGC能夠充分利用UCloud多個(gè)區(qū)域內(nèi)的多個(gè)可用區(qū)的計(jì)算資源，提供基于UCloud云平臺(tái)的高可用性和高并發(fā)性，同時(shí)滿足圖片處理、機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)處理、生物數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域的計(jì)算需求。