Serverless 的运行原理与组件架构

Serverless 的运行原理与组件架构

上周我们分享了「Serverless 基本概念入门」,本章将不再赘述 Serverless 的基础知识和优势。
我们将重点探讨下现阶段,开发者使用 Serverless 时经常遇到的一些问题,以及腾讯云 Serverless 为此做的一些探索。

过去一年,我们和大量 Serverless 用户进行了线上和线下的交流,了解大家的业务场景、对 Serverless 的看法和使用体验。

大部分用户认为 Serverless 会是云计算下一阶段的必然趋势,但不是现在。为什么呢?因为构成 Serverless 架构的云函数尽管有引以为傲的自动扩缩能力,但是糟糕的开发体验、让人畏惧的冷启动、原有业务的改造难题等等,均降低了使用者的信心。

因此,尽管不少用户认可 Serverless 的价值,但依然认为其很难承载核心业务。

针对这些关键问题,腾讯云在今年 6 月份发布了 Serverless 2.0,全面升级了产品形态、系统调度以及开发者工具。为了便于大家理解,我们就从云函数的运行原理作为切入点,以解释问题产生的原因以及云函数的应对方法。


▎首先,我们看一下云函数,或者说 FaaS 和 IaaS、PaaS 的区别。

如下图所示,FaaS 不仅给用户提供了标准的 Runtime,同时在应用层也帮用户管理了请求的调度。开发者只需要聚焦在核心业务逻辑开发,按照函数的粒度去编写代码。而与底层硬件相关的资源维护,则交给更加专业的云厂商来搞定。

因此,对于用户来讲,可以把更多的精力和时间放在业务上。而 IaaS 和 PasS,则均需要用户去运维云主机或者容器集群、搭建业务所需的运行环境。


▎其次,我们来看下云函数如何构成 Serverless 架构,以及云函数如何帮助用户做资源管理和请求调度。

在这里我们也将解答云函数的冷启、降低核心业务迁移复杂度等问题。

如下图所示,开发者在实际使用时,可以借助 Web IDE 或者本地 IDE 完成代码开发,然后通过插件、工具等方式把代码及其相关依赖,一起打包部署到云函数平台,用户可以自行选择部署为函数形态或者服务形态。

在代码里,用户需要自己实现业务逻辑,比如访问数据库、对象存储、消息队列、第三方服务接口等。计算逻辑和后端服务共同构成了所谓的 Serverless 应用架构。而终端用户根据平台提供的请求方式,去触发部署在云函数平台上的业务代码,比如发送 http 请求,平台会根据用户的请求量去拉起相应的计算资源运行用户代码。

这里需要重点关注函数形态和服务形态的差异,因为服务的形态可以大大降低复杂业务迁移的成本。

  • 服务形态支持直接部署基于框架开发的核心业务,如 Node.js 的 express、koa 等框架,不用为了应用 Serverless 而拆分成函数。平台会帮用户启动服务进程、端口监听,同时服务形态不会限制业务的实际运行时长。
  • 函数形态和服务形态在收到用户请求的时候,均能实现自动扩缩。
    • 函数形态会针对用户的每个请求都分配一个运行实例,因此所有请求的执行体验是一样的。当没有请求的时候,平台是没有实例在运行的,所以可以做到按需请求,但是这也会造成所谓的冷启动 —— 即当用户的首次请求进入平台的时候,平台会临时拉起资源,而这个过程会消耗一定的时间。为了消除冷启,云函数平台会预先初始化一批不同规格的实例放在资源池中,当用户有请求进入时,可以快速从资源池申请一个实例,直接挂载用户的代码运行,从而降低了资源申请时间。同时,针对函数形态,平台会根据历史并发数据进行预测,帮用户预留一定量的实例,这些实例会预先分配到用户的账号下并且加载好了用户的代码,从而不仅直接消除了冷启,也增加了实例复用几率。
    • 而服务形态可以至少帮用户预留一个常驻实例,并且把用户的所有请求都投递到首个实例,根据实例的使用情况,自动的动态扩缩。
  • 函数形态更适合新建项目,可以敏捷迭代,业务按照函数的粒度开发,不仅可以轻松实现云上多产品的联动,也可以享受函数的高并发及性能一致体验。服务形态更适合已有项目的迁移、重度复杂业务、需要长时运行的业务。


▎最后讲讲 Serverless 2.0 的组件架构。

如下图所示,用户虽然只需要关注绿色部分和业务相关的代码实现,但是平台也需要提供强大的开发者工具来保障开发和使用体验。如云函数推出的 Serverless 本地开发工具、VS Code 插件,与 CODING 联合推出的 Web IDE、DevOps 平台等,均能很大程度上提升开发、部署效率,实现本次开发、本地调试、联动云端调试、本地部署、版本发布等能力。

同时,云函数也完善了配套的监控和告警机制,提供如调用次数、内存使用、并发使用、超时、代码错误等多维度的监控和告警能力。这些基础设施、资源管理、安全、容灾等能力,是云函数平台必备的基础能力,也是开发者关心的核心能力。


Serverless 不仅仅是计算,还需要不断完善周边生态。

随着用户量的增加,Serverless 必然会面临更多的挑战 —— 怎么帮助用户组织管理代码,怎么解决带状态的业务诉求,怎么实现数据库连接数管理,怎么实现应用级部署等等。我们也在不断探索和优化用户的使用体验,计划提供诸如 Serverless DB、性能监控、日志分析、Serverless 框架、函数编排、高性能调用等功能。

后续的专栏文章也将陆续解读更多核心能力,帮助开发者更好地理解和使用 Serverless。

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我们专注于 Serverless 架构的最佳实践!

编辑于 2019-10-17

文章被以下专栏收录

    Serverless 架构是指大量依赖第三方服务(也叫做后端即服务,即「BaaS」)或暂存容器中运行的自定义代码(函数即服务,即「FaaS」)的应用程序,函数是无服务器架构中抽象语言运行时的最小单位。 在这种架构中,我们并不看重运行一个函数需要多少 CPU 或 RAM 或任何其他资源,而是更看重运行函数所需的时间,我们也只为这些函数的运行时间付费。

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