本文对Serverless架构的基础概念,具体产品,应用场景,工作原理进行详细解析。
Serverless: 无服务器架构,即在无需管理服务器等底层资源的情况下完成应用的开发和运行,是云原生架构的核心组成部分。
通俗来说,如果将购买一台物理服务器比作买车,购买云服务器就类似于租车(租赁期间需要驾驶和维护,且即使闲置也需付费),那么Serverless则类似于出租车(只需乘坐,按里程计费)。
从技术层面来说,我们可以简单理解为:Serverless = FaaS + BaaS。一个完整的Serverless应用一般由FaaS层的云函数负责无状态的计算,由BaaS层组件负责状态的维护:
特点及优势:
劣势及适用场景:
云函数之所以能做到按量计费和弹性扩容,与其实现机制是分不开的。核心原理是在函数被调用时才动态的启动容器实例去执行,容器的生命周期很短,执行完后一定时间就会被回收,所以没有调用时是不消耗任何资源的。而面对同一时间的并行调用,会启动多个实例来完成执行,这也实现了单个请求级别的弹性扩容,且理论上是可以无限扩容的。
由于容器启动本身需要耗时,所以一般的实现会在实例执行完之后保留一定时间窗口。大致的工作流程如下图,其中步骤(1) (2) (3) (4) 为冷启动调用流程,(5) 为非冷启动调用。
1.函数注册
用户在控制台(或命令行)提交函数代码到云平台,并进行函数配置。代码一般会被作为静态资源保存(如对象存储),而函数的元信息会被存入数据库中(如mysql)。
2.函数触发
云函数的触发可以分为同步和异步两种情况:
3.函数执行
云函数的执行可以分为冷启动和非冷启动两种情况:
冷启动问题
前面说到云函数的实现机制必须要在函数调用时才去启动运行环境,需要面临冷启动问题。虽然保留一定时间可以让后续的请求无需加载,但如果在极短时间内并发大量请求,还是会同时启动多个容器,影响首个请求的响应时间。前面也说到,云函数的特性和机制决定了它的应用场景,对于同时要求高并发、低时延的场景并不是特别适合。
对于冷启动问题,下面以腾讯云的云函数SCF为例进行验证。使用Postman的批量测试功能(Collection Runner)对云上部署的一个Hello World函数进行串行测试。
从图中可以看出,一段时间内的首次请求耗时会比其他请求的耗时高出一个数量级。
冷启动优化
冷启动的优化主要针对同步的请求,首先分析下冷启动耗时的组成,主要是容器的拉起和代码的下载(当然也有资源调度和网络配置等,这里暂不讨论)。
1.代码缓存:可以设计多级缓存,比如在宿主机上进行代码包缓存,以及在可用区(AZ)内部进行缓存,这样后续的首次启动就可以快速就近获取,而无需再次从对象存储下载。
2.容器预创建:一个优化思路就是预加载,也就是预测将会到来的请求,提前拉起容器实例,从而减少耗时。有以下几种可能的方案:
1.Rest API
利用云函数可以快速部署一个Rest API应用,目前的云厂商基本都支持大部分node,python和php的web框架,如koa、Express.js、Next.js、Flask、Django、Laravel等等。
这种web架构是前后端分离,即云函数中的后台接口只提供数据,页面的渲染在浏览器进行。可以将前端的代码部署到对象存储中,并使用相关云数据库作为数据存储,这就成为一个完整的云上Full Stack应用。
2.SSR
SSR(Server-Side Rendering):后端渲染,即页面直接在后台进行渲染,浏览器只负责显示。这种比较传统的web架构很适合应用于Serverless,只需将整个后端代码部署到云函数即可,好处有:1.利于SEO,2.降低系统复杂度,易于部署。
Serverless很适合用于流量分布不均的轻量应用,比如一些活动页面,可能一个周期内只有很短的一段时间会有大量访问,且需要长期的维护,此时为这个应用去购买高配置的服务器显然是不划算的。使用Serverless之后则可以完全解决这个问题,按量计费降低了成本,既免去了长期运维又不需要担心扩容问题。
3.任务执行
云函数本身是无状态的,所以天然适合无状态任务,如果需要状态存储则需要借助BaaS层的组件。云函数的优势是可以与云提供商下的其他服务(比如数据库、缓存、对象存储、CDN、AI、转码等)打通,在函数中使用SDK连接各个组件(但这同样意味着将在云产商绑定的道路上越走越远)。以下是一些适用场景:
下面以腾讯云上的Serverless产品为例介绍具体的使用实践。
SCF云函数
SCF (Serveless Cloud Function)是腾讯云Serverless的核心产品,部署一个可以从公网访问的云函数只需简单两步:
1.函数编写:可以直接在控制台上的编辑器中编写函数代码,下图就是一个Hello World云函数:
2.创建触发器:如果想通过浏览器进行函数调用,则创建一个API网关触发器,会分配一个公网地址供访问。API网关还支持绑定自定义域名,可实现通过 "{自定义域名}/{函数名}" 的方式访问云函数,例如 http://apigw.zhayujie.com/test。
除了网关触发,SCF还支持对象存储(COS)、消息队列(Ckafka、CMQ)、定时任务等触发器,方便云函数与这些组件打通,可以衍生出很多应用场景。
Serverless Framework
Serverless framework是Serverless官方提供的标准化框架,目前支持该框架的产商有腾讯云、AWS、Azure、Google等等。其目的一是完善Serverless项目的devops流程,包括开发、测试、管理、部署、监控等生命周期;二是提供一个标准接口,降低serveless应用对云厂商的绑定,减小迁移成本。
对于简单的函数可以在控制台直接编写和部署,但对于有一定规模的项目肯定是不能满足的,我们不可能每次都在网页上手动修改代码,也不可能一一手动创建和管理所依赖的云产品。
于是Serverless framework提供了基于命令行和IDE的一站式开发部署,方便快速构建Serverless应用。且腾讯云将SCF、COS、CDN、数据库等BaaS层的云产品都抽象为组件(Serverless framework components),在应用中可以方便的对这些资源进行创建、配置和管理。
CloudBase
云开发CloudBase最初多用于为小程序提供BaaS能力,使开发者可以免于维护服务器,采用全托管的方式开发小程序,如今云开发还支持公众号、web应用、Flutter客户端等。
云开发其实提供了一体化的开发环境,集成了FaaS层的云函数和常用的BaaS层组件(NoSQL数据库,COS云存储),以及提供了监控和日志能力,基本涵盖了应用开发所需的核心环境和工具。
本文首先介绍了Serverless的概念,可简单理解为FaaS和BaaS的结合,并阐述了其优势(免运维、按量计费、弹性伸缩),以及劣势(延时、复杂应用支持、云产商绑定)。
工作原理部分,介绍了云函数的工作流程,包括函数注册、函数触发、函数执行,分析了冷启动的问题,并提出了一些优化方案猜想(代码缓存、容器预创建)。
应用场景部分,对web应用托管(Rest API、SSR)和任务执行这两种常见应用场景提出了具体的实例。
最后介绍了腾讯云上的Serverless产品,包括SCF云函数、Serveless Framework、CloudBase云开发,其中使用SCF创建了一个可从公网访问的云函数demo。希望读完本文能对Serverless无服务架构有一个形象具体的认识。
原创声明:本文系作者授权腾讯云开发者社区发表,未经许可,不得转载。
如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。
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