文档章节

从零入门 Serverless | 一文详解 Serverless 架构模式

阿里巴巴云原生
 阿里巴巴云原生
发布于 06/29 11:26
字数 4536
阅读 4.9K
收藏 10

精选30+云产品,助力企业轻松上云!>>>

tom-winckels-I7oLRdM9YIw-unsplash.jpg

作者 | Hongqi  阿里云高级技术专家

本文整理自《Serverless 技术公开课》,关注“Serverless”公众号,回复 入门 ,即可获取 Serverless 系列文章 PPT。

什么是 Serverless 架构?按照 CNCF 对 Serverless 计算的定义,Serverless 架构应该是采用 FaaS(函数即服务)和 BaaS(后端服务)服务来解决问题的一种设计。这个定义让我们对 Serverless 的理解稍显清晰,同时可能也造成了一些困扰和争论。

  • 随着需求和技术的发展,业界出现了一些 FaaS 以外的其它形态的 Serverless 计算服务,比如 Google Cloud Run,阿里云推出的面向应用的 Serverless 应用引擎服务以及 Serverless K8s,这些服务也提供了弹性伸缩能力和按使用计费的收费模式,具备 Serverless 服务的形态,可以说进一步扩大了 Serverless 计算的阵营;
  • 为了消除冷启动影响,FaaS 类服务如阿里云的函数计算和 AWS 的 Lambda 相继推出了预留功能,变得不那么“按使用付费”了;
  • 一些基于服务器(Serverful)的后端服务也推出了 Serverless 形态产品,比如 AWS Serverless Aurora,阿里云 Serverless HBase 服务。

这样看来,Serverless 的界线是有些模糊的,诸多云服务都向着 Serverless 方向演进。一个模糊的东西如何指导我们解决业务问题呢?Serverless 有一个根本的理念是一直没有改变的,即让用户最大化地专注业务逻辑,其它的特征如不关心服务器、自动弹性、按使用计费等,都是为了实现这个理念而服务。

著名的 Serverless 实践者 Ben Kehoe 这样描述 Serverless 原生心智,当我们在业务中考虑做什么时可以体会一下这种心智:

  • 我的业务是什么?
  • 做这件事情能不能让我的业务出类拔萃?
  • 如果不能,我为什么要做这件事情而不是让别人来解决这个问题?
  • 在解决业务问题之前没有必要解决技术问题。

在实践 Serverless 架构时,最重要的心智不是选择哪些流行服务和技术,攻克哪些技术难题,而是时刻将专注业务逻辑铭记在心,这样更容易让我们选择合适的技术和服务,明确如何设计应用架构。人的精力是有限的,组织的资源是有限的,Serverless 的理念可以让我们更好地用有限的资源解决真正需要解决的问题,正是因为我们少做了一些事情,转而让别人做这些事情,我们才可以在业务上做的更多。

接下来我们介绍一些常见的场景,并探讨如何使用 Serverless 架构支持这些场景。我们主要会采用计算、存储和消息通信等技术来设计架构,从可运维性、安全性、可靠性、可扩展性、成本几个角度来衡量架构的优劣。为了让这种讨论不过于抽象,我们会用一些具体的服务作为参考,但是这些架构的思想是通用的,可以用其它类似产品实现。

静态 Web 站点

1.JPG

假如我们要做一个信息展示的网站,需求很简单,就像早年的中国黄页那样,信息更新很少,大概有以下几种主要选择:

  • 买台服务器放在 IDC 机房里托管,运行站点;
  • 去云厂商上买台云服务器运行站点,为了解决高可用的问题又买了负载均衡服务和多个服务器;
  • 采用静态站点方式,直接由对象存储服务(如 OSS)支持,并使用 CDN 回源 OSS。

2.JPG

这三种方式由云下到云上,由管理服务器到无需管理服务器,即 Serverless。这一系列的转变给使用者带来了什么变化呢?前两种方案需要预算,需要扩展,需要实现高可用,需要自行监控等,这些都不是马老师当年想要的,他只想去展示信息,让世界了解中国,这是他的业务逻辑。Serverless 正是这样一种理念,最大化地让人去专注业务逻辑。第三种方式就是采用了 Serverless 架构去构建一个静态站点,它有其它方案无法比拟的优势,比如:

  • 可运维性:无需管理服务器,比如操作系统的安全补丁升级、故障升级、高可用性,这些云服务(OSS,CDN)都帮着做了;
  • 可扩展性:无需对资源做预估和考虑未来的扩展,因为 OSS 本身是弹性的,使用 CDN 使得系统延迟更小、费用更低、可用性更高;
  • 成本:按实际使用的资源付费,包括存储费用和请求费用,没有请求时不收取请求费用;
  • 安全性:这样一个系统甚至看不到服务器,不需要通过 SSH 登录,DDoS 攻击也交给云服务来解决。

单体和微服务应用

3.JPG

静态页面和站点适合用于内容少、更新频率低的场景,反之,就需要动态站点了。比如淘宝的商品页面,采用静态页面方式管理商品信息是不现实的。如何根据用户请求动态地返回结果呢?我们来看两种常见的解决方案:

  • Web 单体应用:所有的应用逻辑都在一个应用中完成,结合数据库,这种分层架构可以快速实现一些复杂度较低的应用;
  • 微服务应用:随着业务发展,功能多了,访问量高了,团队大了,这时候一般就需要将单体应用中的逻辑拆分成多个执行单元,比如商品页面上的评论信息、售卖信息、配送信息等,都可以对应一个单独的微服务。这种架构的好处是每个单元是高度自治的,易于开发(比如使用不同技术)、部署和扩展。但是这种架构也引入了分布式系统的一些问题,如服务间通信的负载均衡、失败处理等。

处在不同阶段不同规模的组织可以选择适合自身的方式,来解决它面临的首要业务问题,淘宝最初被人们接受一定不是因为它使用了哪种技术架构。但是无论选择哪种架构,上面提到的 Serverless 原生心智都有助于我们专注业务。比如:

  • 是否需要自己购置服务器安装数据库,实现高可用、管理备份、升级版本等,还是可以把这些事情交给托管的服务如 RDS;是否可以使用表格存储、Serverless HBase 等 Serverless 数据库服务,实现按使用的弹性扩容缩容和付费;
  • 单体应用是需要自己购置服务器运行,还是可以交给托管服务,如函数计算和 Serverless 应用引擎;
  • 是否可以通过函数来实现轻量级微服务,依赖函数计算提供的负载均衡、自动伸缩、按需付费、日志采集、系统监控等能力;
  • 基于 Spring Cloud、Dubbo、HSF 等实现的微服务应用是否需要自己购置服务器部署应用,管理服务发现,负载均衡,弹性伸缩,熔断,系统监控等,还是可以将这些工作交给诸如 Serverless 应用引擎服务。

4.JPG

上图右侧的架构引入了 API 网关、函数计算或者 Serverless 应用引擎来实现计算层,将大量的工作交给了云服务完成,让用户最大程度上专注实现业务逻辑。其中系统内部多个微服务的交互如下图所示,通过提供一个商品聚合服务,将内部的多个微服务统一呈现给外部。这里的微服务可以通过 SAE 或者函数实现。

5.JPG

这样的架构还可以继续扩展,比如如何支持不同客户端的访问,如上图右侧所示。现实中这种需求是常见的,不同的客户端需要的信息可能是不同的,手机可以根据位置信息做相关推荐。如何让手机客户端和不同浏览器都能受益于 Serverless 架构呢?这又牵扯出了另一个词——Backend for fronted(BFF),即为前端定做的后端,这受到了前端开发工程师的推崇,Serverless 技术让这个架构广泛流行,因为前端工程师可以从业务角度出发直接编写 BFF,而无需管理服务器相关的令前端工程师更加头疼的事情。更多实践可以参见:基于函数计算的 BFF 架构

事件触发

前面提到的动态页面生成是同步请求完成的,还有一类常见场景,其中请求处理通常需要较长时间或者较多资源,比如用户评论中的图片和视频内容管理,涉及到如何上传图片和处理图片(缩略图、水印、审核等)及视频,以适应不同客户端的播放需求。

6.JPG

如何对上传多媒体文件实时处理呢?这个场景的技术架构大体经历了以下演变:

7.JPG

  • 基于服务器的单体架构:多媒体文件被上传到服务器,由服务器处理,对多媒体的显示请求也由服务器完成;
  • 基于服务器的微服务架构:多媒体文件被上传到服务器,服务器处理转存到 OSS,然后将文件地址加入消息队列,由另一组服务器处理文件,将处理结果保存到 OSS,对多媒体的显示请求由 OSS 和 CDN 完成;
  • Serverless 架构:多媒体直接上传到 OSS,由 OSS 的事件触发能力直接触发函数,函数处理结果保存到 OSS,对多媒体的显示请求由 OSS 和 CDN 完成。

基于服务器的单体架构面临以下问题:

  • 如何处理海量文件?单台服务器空间有限,购买更多的服务器;
  • 如何扩展 Web 应用服务器?Web 应用服务器是否适合 CPU 密集型任务?
  • 如何解决上传请求的高可用?
  • 如果解决显示请求的高可用?
  • 如何应对请求负载的波峰波谷?

基于服务器的微服务架构很好地解决了上述的大部分问题,但是仍然面临一些问题:

  • 管理应用服务器的高可用性和弹性;
  • 管理文件处理服务器的弹性;
  • 管理消息队列的弹性。

而第三种 Serverless 架构很好地解决了上述所有问题。开发人员原来需要做的负载均衡、服务器的高可用和弹性伸缩、消息队列都转移到了服务内部。我们可以看到随着架构的演进,开发人员做的事情越来越少,系统更加成熟,业务上更加聚焦,大大提升了交付速度。

这里的 Serverless 架构主要体现的价值是:

  • 事件触发能力:函数计算服务与事件源(OSS)的原生集成让使用者无需管理队列资源,队列自动扩展,实时处理上传的多媒体文件;
  • 高弹性和按需付费:图片和视频(不同大小的视频)需要的计算资源规格是不同的,流量的波峰波谷对资源的需求是不同的,现在这种弹性由服务提供,按照用户的真实使用去扩容缩容,让用户 100% 地利用资源,无需为闲置资源付费。

事件触发能力是 FaaS 服务的一个重要特性,这种 Pub-Sub 事件驱动模式不是一个新的概念,但是在 Serverless 流行之前,事件的生产者、消费者以及中间的连接枢纽都是用户负责的,就像前面架构演进中的第二个架构。

Serverless 让生产者发送事件,维护连接枢纽都从用户职责中省略了,而只需关注消费者的逻辑,这就是 Serverless 的价值所在。

函数计算服务还集成其它云服务事件源,让你更方便地在业务中使用一些常见的模式,如 Pub/Sub、事件流模式、Event Sourcing 模式。关于更多的函数组合模式可以参见:函数组合的 N 种方式

8.JPG

服务编排

前面的商品页面虽然复杂,但是所有的操作都是读操作,聚合服务 API 是无状态、同步的。我们来看一下电商中的一个核心场景——订单流程。

9.JPG

这个场景涉及到多个分布式写的问题,这是引入微服务架构导致的最麻烦的一个问题。单体应用在一定程度上可以比较容易地处理这个流程,因为使用了一个数据库,可以通过数据库事务保持数据一致性。但是现实中可能不得不去跟一些外部服务打交道,需要一定的机制保证流程的前进和回退顺利完成,解决这个问题的一个经典模式是 Saga 模式,而实现这种模式有两种不同架构:

一种做法是采用事件驱动模式,驱动流程完成。在这个架构里,有一个消息总线,感兴趣的服务如库存服务监听事件,监听者可以使用服务器或者函数。借助于函数计算和消息主题的集成,这个架构也可以完全不使用服务器。

这个架构模块是松耦合的,职责清晰。不足之处是随着流程变得更长更加复杂,这个系统变得难以维护。比如很难直观地了解业务逻辑,执行时的状态也不宜跟踪,可运维性比较差。

10.gif

另外一种架构是基于工作流的 Saga 模式。在这个架构里,各个服务之间是独立的,也不通过事件传递信息,而是有一个集中的协调者服务来调度单个业务服务,业务逻辑和状态由集中协调者维护。而实现这个集中的协调者通常面临以下问题:

  • 编写大量代码来实现编排逻辑、状态维护和错误重试等功能,而这些实现又很难被其它应用重用;
  • 维护运行编排应用的基础设施,以确保编排应用的高可用性和可伸缩性;
  • 考虑状态持久性,以支持多步骤长时间运行流程并确保流程的事务性。

依赖于云服务,比如阿里云的 Serverless 工作流服务,这些事情都可以交给平台来做,用户又回到了只需关注业务逻辑的状态。

下图右侧是流程定义,我们可以看到这实现了前面基于事件的 Saga 模式的效果,并且流程大大简化,提升了可观测性。

11.JPG

数据流水线

随着业务的进一步发展,数据变得越来越多,这时候就可以挖掘数据的价值。比如,分析用户对网站的使用行为并做相应的推荐。一个数据流水线包括数据采集、处理、分析等多个环节。这样的服务如果从头搭建虽然是可行的,但是也是复杂的,我们这里讨论的业务是电商,而不是去提供一个数据流水线服务。有了这样一个目标,我们做选择时就会变得简单明确。

  • 日志服务(SLS)提供了数据采集、分析和投递功能;
  • 函数计算(FC)可以对日志服务的数据进行实时处理,将结果写入其它服务,如日志服务、OSS;
  • Serverless 工作流服务可以定时批量处理数据,通过函数定义灵活的数据处理逻辑,构建 ETL 作业;
  • 数据湖分析(DLA)提供了 Serverless 化的交互式查询服务,它使用标准 SQL分析对象存储(OSS)、数据库(PostgreSQL / MySQL等)、NoSQL(TableStore 等)等多个数据源的数据。

总结

限于篇幅,我们只讨论了 Serverless 架构在几个场景中的应用,但是在实践中我们可以看出一种共性,即如何将业务逻辑中与业务不相关的工作剥离出去,交给平台和服务完成。这种各司其职、分工协作的做法在其它场合并不陌生,但是 Serverless 的思想让这种形态更为明确。Less is more,少的不只是 Server 和围绕 Server 相关的负担,还可以是业务以外的方方面面,多的是专注的业务和产品的核心竞争力。

课程推荐

为了更多开发者能够享受到 Serverless 带来的红利,这一次,我们集结了 10+ 位阿里巴巴 Serverless 领域技术专家,打造出最适合开发者入门的 Serverless 公开课,让你即学即用,轻松拥抱云计算的新范式——Serverless。

点击即可免费观看课程:https://developer.aliyun.com/learning/roadmap/serverless

更多详情请关注 Serverless,Serverless 公众号,关注 Serverless 技术趋势,更关注你在落地实践中遇到的问题。

阿里巴巴云原生

阿里巴巴云原生

粉丝 195
博文 419
码字总数 1314901
作品 0
杭州
私信 提问
加载中
此博客有 1 条评论,请先登录后再查看。
从零入门 Serverless | 一文详解 Serverless 架构模式

作者 | Hongqi 阿里云高级技术专家 本文整理自《Serverless 技术公开课》,关注“Serverless”公众号,回复 入门 ,即可获取 Serverless 系列文章 PPT。 什么是 Serverless 架构?按照 CNCF...

阿里系统软件技术
06/29
0
0
从零入门 Serverless | 一文详解 Serverless 架构模式

作者 | Hongqi 阿里云高级技术专家 本文整理自《Serverless 技术公开课》,关注“Serverless”公众号,回复 入门 ,即可获取 Serverless 系列文章 PPT。 什么是 Serverless 架构?按照 CNCF...

阿里巴巴云原生小助手
06/29
0
0
从零入门 Serverless | 一文详解 Serverless 架构模式

作者 | Hongqi 阿里云高级技术专家 本文整理自《Serverless 技术公开课》,关注“Serverless”公众号,回复 入门 ,即可获取 Serverless 系列文章 PPT。 什么是 Serverless 架构?按照 CNCF...

osc_jo2m8l1r
06/30
2
0
带你从零入门 Serverless | 一文详解 Serverless 架构模式

云栖号资讯:【点击查看更多行业资讯】 在这里您可以找到不同行业的第一手的上云资讯,还在等什么,快来! 什么是 Serverless 架构?按照 CNCF 对 Serverless 计算的定义,Serverless 架构应...

云栖号资讯小编
06/29
0
0
从零入门 Serverless | 一文详解 Serverless 技术选型

作者 | 李国强 阿里云资深产品专家 本文整理自《Serverless 技术公开课》,关注“Serverless”公众号,回复“入门”,即可获取 Serverless 系列文章 PPT。 今天来讲,在 Serverless 这个大领...

阿里系统软件技术
06/15
0
0

没有更多内容

加载失败,请刷新页面

加载更多

BIOS开启虚拟化技术支持_MQ

安装虚拟机前开启虚拟化技术支持 1.首先,你需要确认的使你的计算机型号和CPU、BIOS的型号,因为过老的计算机是不支持虚拟化技术的。 2.那么怎么知道呢,方法很简单。开机时按F2、F12、DEL、...

osc_52r4y6wv
23分钟前
14
0
推进BI国产化替代,永洪科技新产品性能提升200%

各行各业已经进入到数字化转型的时间,数字化成为未来企业必须的标签,“国产化替代”成为当今企业的首要选择。 7月9日,以《绽放科技创新力量,推进BI国产化替代》为主题的2020永洪科技新产...

osc_4x0ulctb
25分钟前
16
0
手把手教你Python GUI开发系列之--框架

框架 框架(Frame)相对于其他组件而言,它只是个容器,因为它没有方法,但它可以捕获键盘和鼠标的事件来进行回调。 框架一般用作包含组控件的主体,且可以定制外观。 创建不同样式的框架 再次...

osc_8eb8cps3
26分钟前
13
0
Just test it!!软件测试测起来!!

(图片: josh@unsplash,字数:700,时间:1分钟) (一) 一切的软件质量保障活动,归根结底,就两种类型。 一种是基于代码执行的,一种是不基于代码执行的。 测试之于肉眼自查、静态检查、代...

osc_8cqhsn24
27分钟前
12
0
A Bug's Life POJ - 2492

A Bug's Life Background Professor Hopper is researching the sexual behavior of a rare species of bugs. He assumes that they feature two different genders and that they only inte......

osc_7nzqlmki
29分钟前
16
0

没有更多内容

加载失败,请刷新页面

加载更多

返回顶部
顶部