探索云原生世界：Serverless 技术的崛起与应用

在云原生架构的浪潮中，Serverless 技术正逐渐崭露头角，成为开发者们极具吸引力的选择。Serverless 的出现颠覆了传统的服务器管理模式，为应用开发带来了全新的可能性。

Serverless 架构是一种无需管理服务器的新型架构，它允许开发人员专注于编写代码，而无需关心服务器的运行和维护。Serverless 技术可以自动扩展和缩减资源，降低运营成本，提高开发效率。Serverless 技术真正做到了在部署应用时无须涉及基础设施的建设，自动构建、部署和启动服务。

IaaS（Infrastructure as a Service，基础设施即服务）和容器技术是云的基础设施，可以为上层应用的运行提供海量低成本的计算资源。以 Kubernetes 为代表的容器编排服务是支撑云原生应用的操作系统，负责高校管理基础设施资源。面向特定领域的后端云服务（Backend as a Service，BaaS）提供了性能高度优化、抽象度更高的 API，成为构建云原生应用的重要元素。随着云原生的发展，存储、数据库、中间件、大数据、AI 等领域出现了越来越多的全托管、Serverless 形态的云服务，而不是自建存储系统和部署数据库软件。

1、Serverless 技术简介

Serverless 技术是一种计算模型，它让开发者无须关心服务器的管理和维护，而是专注于编写业务逻辑，在Serverless 模型中，开发者只需要编写函数，并将其上传云平台，云服务提供商会自动管理函数的运行环境，并根据函数的出发事件动态分配和释放资源。

FaaS（Function as a Service，功能即服务）是 Serverless 中最具代表性的服务形态，它把应用逻辑拆分为多个函数，并通过事件驱动的方式出发执行每个函数。FaaS 这种 Serverless 形态非常适合事件驱动的数据处理、API 服务等场景，但也面临着一些挑战。

2、Serverless 的特点

Serverless 消除了服务器等底层基础设施的运维复杂度，让开发人员能够更好地专注于业务逻辑的设计与实现，包含以下特点：

全托管的计算服务

客户只需要编写代码构建应用，而无须关注同质化的、负担繁重的服务器等基础设施的开发和运维等工作。

通用性

结合丰富的 BaaS 云服务能力，支持云上所有重要类型的应用。

自动的弹性伸缩

云平台会根据函数的出发事件动态调整资源，以满足应用的需求，大幅度降低用户资源容量规划的难度。

按量计费

开发者只需要为实际使用的资源付费，而不需要预先购买或租用服务器，企业的使用成本得到有效降低，无须为闲置资源付费。

事件驱动

Serverless 函数通常是通过事件触发器来执行的，比如 HTTP 请求、消息队列等。

3、Serverless 典型技术与架构

计算资源弹性调度

为了实现精准、即时的实例伸缩和放置，需要把应用负载的特征作为资源调度的依据，使用“白盒”调度策略，由 Serverless 平台负责管理应用所需的计算资源。平台要能够识别应用负载的特征，在负载快速上升时，及时扩容计算资源，保证应用性能的稳定性；在负载下降时，及时回收计算资源，加快资源在不同账户函数间的流转，提高数据中心的利用率。因此，更实时、更主动、更智能的弹性伸缩能力是函数计算服务获得良好用户体验的关键。计算资源的弹性调度，可以帮助用户实现指标收集、在线决策、离线分析、决策优化的闭环。

在创建新实例时，系统需要判断如何将应用实例放置在下层计算节点上。放置算法应当满足多方面的目标，具体列举如下：

容错：当有多个实例时，将其分布在不同的计算节点和可用区上，以提高应用的可用性
资源利用率：在不损失性能的前提下，将计算密集型、I/O密集型等应用调度到相同的计算节点上，尽可能充分地利用节点的计算、存储和网络资源，动态迁移不同节点上的碎片化实例，进行“碎片整理”，以提高资源的利用率
性能：例如，复用启动相同应用实例或函数的节点，利用缓存数据缩短应用的启动时间等
数据驱动：除了在线调度之外，系统还可以将天、周或更大时间范围的数据用于离线分析。离线分析的目的是利用全量数据验证在线调度算法的效果，为参数调优提供依据，通过数据驱动的方式加快资源流转的速度，提高集群整体资源的利用率

流量控制

在多租户环境下，流量控制是保证服务质量的关键。以函数计算为例，当函数调用量超过预期值时，如果问题是函数逻辑错误导致大量的非预期调用，那么系统应当及时进行流量控制，以确保用户的费用可控。函数计算允许用户配置最大函数运行实例数来限制应用负载。当应用负载上升、系统扩容时，如果函数实例数到达配额上限，那么系统将停止扩容并返回流控错误。除了用户层面的流量控制，当函数的负载动态变化导致系统节点过载时，也应当及时进行流量控制，以避免用户间互相影响。例如，当多个用户流量陡增、超过节点服务能力时，即使每个用户都未用满配额，系统也需要控制流量。该场景下的流量控制不但要及时，而且要公平。流量陡增越大的函数，计算请求被流量控制的概率应当越高。

安全性

Serverless 计算平台的定位是通用计算服务，要能够执行任意用户代码，因此安全是不可逾越的底线。系统应当从权限管理、网络安全、数据安全、运行时安全等各个维度全面保障应用的安全性。轻量安全容器等新的虚拟化技术实现了更小的资源隔离粒度、更快的启动速度以及更小的系统开销，使数据中心的资源使用变得更加细粒度和动态化，大幅提升了资源的使用效率。