无服务器架构技术白皮书(征求意见稿).pdf

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无服务器架构技术白皮书(2019年),云计算开源产业联盟
前言 十几年前云计算技术诞生,掀起了物理主机托管的基础设施变革 风潮,云计算实现了计算资源与物理硬件的解耦,虚拟化技术的发展 运用,使得云主机替代了物理主机,基础设施及服务(IaaS)开始 泛使用。随着容器技术普及,PaS平合逐渐兴起,IaaS的运维工作 持续下沉,PaS平台将开发人员与运维人员进一步的分离,开发人员 能够更加专注于计算与存储资源的分配与使用。尽管PaS平台已经 广泛应用,但仍有优化空问,是否能有一种全新的架构,能将业务与 基础设施完全剥离?无服务器架构( Serverless)应运而生, Serverless将应用与基础设施彻底分离,开发人员无需关心基础设 施的运维工作,只需专注于应用逻辑的开发,仅在事件触发时才调用 计算资源,真正做到了弹性伸缩与按需付费 无服务器架构在我国仍在初级阶段,业界对无服务器架构的认知 尚不清晰,项目实践与成功案例亟待普及。本书将给出无服务器架构 的定义及其涵盖范围,简述无服务器架构的发展历程,剖析架构的优 势与不足,介绍无服务器架构现有的技术生态体系及其体系内的技术 对比,本书还将讨论无服务器架构在众多领域的应用前景 目录 版权声明 初识 Serverless. (一)无服务器架构缘何而来?. (二)无服务器架构技术发展大事记.. 2 (三)无服务器架构概念 二、 Serverless技术生态现状. 平台层 (二)工具链 无服务器架构适用场景 ,,22 (一)应用后端服务 .......,,,,22 (二)大规模数据处理和计算类 23 (二)基于事件的内容处理类应用. 24 四、无服务器架构与主流部署形态的对比. n....,.24 (一)虚拟机部署:稳态业务的首要选择 25 二)容器部署:微服务架构的最佳载体 (三)无服务化部署:事件驱动下的新形态 五、无服务器架构的安全 28 六、无服务器架构技术发展趋势 30 七、落地应用案例∴. (一) Serverless架构助力小米音乐曲库更新效能飙升 (二)无服务器架构实现支付宝小程序后合服务 (三)小程序云开发助力腾讯相册小程序快速成长 云计算开源产业联盟 无服务架构技术白皮书(2019年) 初识 Server less (一)无服务器架的产生背景 基础设施架枃总是伴随软件架构演进。单体架枃时代应用比较简 单,应用的整体部署、业务的迭代更新,物理服务器的资源利用效率 足以支撑业务的部署。随着业务的复杂程度飙升,功能模块复杂且庞 大,单体架构严重阻塞了开发部署的效率,业务功能解耦,单独模块 可并行开发部署的微服务架构逐渐流行开来,业务的精细化管理不可 避免的推动着基础资源利用率的提升。虚拟化技术打通了物理资源的 隔阂,减轻了用户管理基础架构的负担。容器/PaS平合则进一步抽 象,提供了应用的依赖服务、运行环境和底层所需的计算资源。这使 得应用的开发、部署和运维的整体效率再度提升。 Client/serve Microservices Monolithic N-Tl Application Architectures Computing Abstractions Physical Containers Servers Mainframe Server Serverless/ Virtualization FAas 图1:应用架构与计算抽象的演进示意图 云计算开源产业联盟 无服务架构技术白皮书(2019年) 能否有一种更加彻底的架构,能够将应用架构堆栈中的各类资源 的管理全部委托给平合,免去基础设施的运维,使用户能够聚焦高价 值的业务领域,进一步提高软件应用和运营的生产力?无服务器架构 的思想应运而生。 (二)无服务器架构技术发展大事记 无服务器( Serverless)的概念最早要迫溯到2012年, Ken fromm 在《软件和应用的未来是 Serverless》中率先提出了无服务器的概 念,但却并未引起广泛关注。2014年AWS重磅发布函数计算产品 Lambda,开启了无服务器架构的新时代,这使得无服务器架构变得触 手可及并逐步流行开来,无服务器架构开始正式走向云计算的舞台 随后两年国外云计算巨头谷歌、微软、IBM等陆续推出无服务架 构的函数服务,2017年起国内公有云厂商也开始加紧布局 Serverless,开源的无服务器架构框架也日渐丰富,2018年谷歌开源 native,尝试将无服务器架构标准化, Seryerless生态初具规模。 无服务架构广受拥趸,已经悄然成为技术发展的风向标。 云计算开源产业联盟 无服务架构技术白皮书(2019年) 2012 2016 2017 ron首先提出 Google、|BM、 Microsoft等国 OpenEss、 Tubeless ervine 外云服务商发布云函数产品 ission等 Servere8等开源 无服务框架发布 2017 2014 2018 Google开源 Native AW发布 Lambda开启 CNCF成立 Serverless工作组 Serverlegs商业化时代 阿里云、华为云、腾讯云、百 度云等国内云服务商相练发布 无服务的数产品 图2:无服条器架构发展历程 (三)无服务器架构概念 无服务器是一种架构理念,其核心思想是将提供服务资源的基础 设施抽象成各种服务,以API接口的方式供给用户按需调用,真正做 到按需伸缩、按使用收费。这种架构体系结构消除了对传统的海量持 续在线服务器组件的需求,降低了开发和运维的复杂性,降低运营成 本并缩短了业务系统的交付周期,使得用户能够专注在价值密度更高 的业务逻辑的开发上。由于大量服务均由厂商负责维护,这也使得无 服务器架构的厂商绑定现象较为严重。 目前业界较为公认的无服务器架构主要包含两个方面,即提供计 算资源的函数服务平台FaS,以及提供托管云服务的后端服务BaS: 1)函数即服务( Function as a service) 云计算开源产业联盟 无服务架构技术白皮书(2019年) 函数即服务是一项基于事件驱动的函数托管计算服务。通过函数 服务,开发者只需编写业务函数代码并设置运行的条件,无需配置和 管理服务器等基础设施,函数代码运行在无状态的容器中,由事件触 发且短暂易失,并完全由第三方管理,基础设施对应用开发者完全透 明。函数以弹性、高可靠的方式运行,并且按实际执行资源计费,不 执行不产生费用。 函数即服务带来了前所未有的开发体验。开发交付更加敏捷,开 发人员只需编写应用程序逻辑,计算资源以服务形式提供,无需考虑 资源容量与基础设施运维,进一步缩短了开发交付时间;资源利用更 加高效,函数单元仅在触发时运行,处理完成后迅速释放,几乎没有 闲置时间,资源利用率近乎百分之百 但现阶段函数即服务的局限性也较为明显。代码调试较为复杂, FaaS平台的代码调试大多需要下载到本地,调试成功后上传至函数, 在线调试工具功能尚不完善,调试的复杂度较高;低延时业务暂不适 用,FaS中的代码通过事件触发,如果执行结束一段时问没有再次触 发,执行函数的容器会销毀,再次启动会有启动的开销,增加启动延 迟,所以目前不适用低延迟的业务,如金融交易等 云计算开源产业联盟 无服务架构技术白皮书(2019年) 函数即服务 代码部署 义业务逻 API 后端即服务 数冠库管理 云存储 肖思推送 AF网关 D安全服务 图3:无服务器架构的两个重要组成部分 2)后端即服务( Backend as a service) BaS的概念涵盖范围较广,覆盖了应用有可能依赖的所有第三 方服务,如云数据库、身份验证(如Auth0、 AWS Cognito)、对象存 储等服务,开发人员通过API和由BaS服务商提供的SDK,能够集 成所需的所有后端功能,而无需构建后端应用,更不必管理虚拟机或 容器等基础设施,就能保证应用的正常运行。这在很大程度上省去了 开发人员学习各种相关技术和中间件的成本,降低了开发的复杂度 BaS服务大多有云服务商提供,用户无需关心和运维底层基础资源 目前常见的BaaS服务包括: 数据库管理 云存储 用户认证 推送通知 远程更新 云计算开源产业联盟 无服务架构技术白皮书(2019年) 消息队列 、 Server less技术生态现状 目前我国 Serverless的技术生态主要活跃在公有云的云函数服 务领域,国内主要云服务商都具备云函数产品,与之匹配的BaaS服 务也日臻完善,公有云服务基本可满足用户无服务器应用的搭建。私 有云的解决方案领域仍旧以国外开源技术为主, Serverless私有云 解决方案提供商多处在产品研发阶段。工具层来看,独立BaaS服务 (开源、商业产品)主要由国外服务离提供,目前尚不能很好的兼容 国内公有云产品。国内服务商提供的相关工具主要供给各自产品使用, 普适多云平台的工具产品多集中在开发框架层面。 无服务器架构产品的使用场景大多集中在各大云服务商的内部 业务改造小范围试水,大规模的企业级应用尚属少数。中小企业基于 无服务饔架构的业务应用已初见端倪,未来可期 终端用 气 动香安 DUER S 工 TCSAN snyk Groton 攻 具 公有云函数履务 开源框架 平「幽C3②用am aws riff omission OK 台 图4:中国无服务器架构技术生态图

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