【小程序】通过一个Servless案例，理解FaaS的运行逻辑
为了让你更好地体验 Serverless 带来的变革，这节课我们以 Serverless 版本的"Hello World"实操例子进行展示。鉴于我的熟悉程度，我选择了阿里云，当然，你也可以选择你熟悉的云服务商
Servless 实践案例
另外，需要注意的是，如果你是跟着我一步步实操练习的，那么开通云服务可能会产生少量费用，遇到充值提示你要自行考虑一下。当然，如果你不着急体验，我觉得看我的视频演示也已经足够了。
我们从上面的演示也看到了，会用 Serverless 这个目标我觉得不难实现，但这不是我们这节课的终极目的。今天我就想带着你打开这个 FaaS "Hello World"应用的引擎盖，来看看它内部到底是如何运行的。为什么要急着给你讲原理呢？因为如果你不理解原理的话，后面在应用 Serverless 化的时候就无从下手了。
FaaS 是怎么运行的？
现在大家都觉得 Serverless 是个新东西，是个新风口，刚才在演示的视频里你也能看到，它确实很方便。但你也不用把它想得多复杂，运行应用的那套逻辑还没有变化，Serverless 只是用技术手段帮我们屏蔽了复杂性，这点它和其他的云技术没有任何差别。
你可以想想，在 Serverless 出现之前，我们要部署这样一个"Hello World"应用得何等繁琐。首先为了运行我们的应用，我们要在服务端构建代码的运行环境：我们要购买虚拟机服务，初始化虚拟机运行环境，安装我们需要的应用运行环境，尽量和本地开发环境保持一致；紧接着为了让用户能够访问我们刚刚启动的应用，我们需要购买域名，用虚拟机 IP 注册域名；配置 Nginx，启动 Nginx；最后我们还需要上传应用代码，启动应用。
你可以闭上眼睛想想是不是我说的这样，当然，为了方便你理解，我还画了张图。前面 5 步都准备好了，用户在第 6 步才能成功访问到我们的应用。
与上面传统流程形成鲜明对比的是，我们刚刚的 Serverless 部署只需要简单的 3 步，而且目前这样操作下来，没有产生任何费用。上一课我们讲过，Serverless 是对服务端运维体系的极端抽象。注意，这句话里面有个关键词，“抽象”，我没有用“革新”“颠覆”之类的词语，也就是说，用户 HTTP 数据请求的全链路，并没有质的改变，Serverless 只是将全链路的模型简化了。
具体来说，之前我们需要在服务端构建代码的运行环境，而 FaaS 应用将这一步抽象为函数服务；之前我们需要负载均衡和反向代理，而 FaaS 应用将这一步抽象为 HTTP 函数触发器；之前我们需要上传代码和启动应用，而 FaaS 应用将这一步抽象为函数代码。
触发器、函数服务……咦，是不是发现开始出现了一些陌生名词？不用着急，还是对照着上面这张图，我给你再串下"Hello World"这个纯 FaaS 应用的数据请求链条。理解了这些链条，你自然就理解了这几个新名词的背景了。
咱们先从图的右边开始看，图上我标注了次序。当用户第一次访问 HTTP 函数触发器时，函数触发器就会 Hold 住用户的 HTTP 请求，并产生一个 HTTP Request 事件通知函数服务。
紧接着函数服务就会检查有没有闲置的函数实例；如果没有函数实例，就去函数代码仓库中拉取你的代码；初始化并启动一个函数实例，执行这个函数，传入这个 HTTP Request 对象作为函数的参数，执行函数。
再进一步，函数执行的结果 HTTP Response 返回函数触发器，函数触发器再将结果返回给等待的用户客户端。如果你还记得的话，我们刚刚的视频演示，你可以看到我们的纯 FaaS "Hello World"应用例子中，默认创建了 3 个服务。
- 第一个"GreetingServiceGreetingFunctionhttpTrigger"函数触发器，函数触发器是所有请求的统一入口，当请求发生时，它会触发事件通知函数服务，并且等待函数服务执行返回后，将结果返回给等待的请求。
- 第二个"GreetingService"函数服务，当函数触发器通知的“事件”到来，它会查看当前有没有闲置的函数实例，如果有则调用函数实例处理；如果没有，则会创建函数实例，等实例创建完毕后，再调用函数实例处理事件。
- 第三个"GreetingServiceGreetingFunction"函数代码，“函数服务”在第一次实例化函数时，就会从这个代码仓库中拉取代码，并构建函数实例。
理解了 FaaS 应用调用链路，我想你可能会问：“真够复杂，折腾来折腾去，怎么感觉它的这套简化逻辑很像以前新浪的 SAE 或者 Heroku 那样的 NoOps 应用托管 PaaS 平台？”不知道你是不是有这样的问题，反正我当时第一次接触 Serverless 时就有类似的疑问。
其实，FaaS 与应用托管 PaaS 平台对比，最大的区别在于资源利用率，这也是 FaaS 最大的创新点。FaaS 的应用实例可以缩容到 0，而应用托管 PaaS 平台则至少要维持 1 台服务器或容器。
你注意看的话，在上面"Hello World"例子中，函数在第一次调用之前，实际的服务器占用为 0。因为直到用户第一次 HTTP 数据请求过来时，函数服务才被 HTTP 事件触发，启动函数实例。也就是说没有用户请求时，函数服务没有任何的函数实例，也就不占用任何的服务器资源。而应用托管 PaaS 平台，创建应用实例的过程通常需要几十秒，为了保证你的服务可用性，必须一直维持着至少一台服务器运行你的应用实例。
打个比方的话，FaaS 就有点像我们的声控灯，有人的时候它可以很快亮起来，没人的时候又可以关着。对比传统的需要人手动开关的灯，声控灯最大的优势肯定就是省电了。但你想想，能省电的前提是有人的时候，声控灯能够找到比较好的方式快速亮起来。
FaaS 也是这样，它优势背后的关键点是可以极速启动。那它是怎么做的呢？要理解极速启动背后的逻辑，这里我就要引入冷启动的概念了。
FaaS 为什么可以极速启动？
冷启动本来是 PC 上的概念，它是指关闭电源后，PC 再启动仍然需要重新加载 BIOS 表，也就是从硬件驱动开始启动，因此启动速度很慢。
现在的云服务商，线上物理服务器断电重启几乎是不太可能的。FaaS 中的冷启动是指从调用函数开始到函数实例准备完成的整个过程。冷启动我们关注的是启动时间，启动时间越短，我们对资源的利用率就越高。现在的云服务商，基于不同的语言特性，冷启动平均耗时基本在 100～700 毫秒之间。得益于 Google 的 JavaScript 引擎 Just In Time 特性，Node.js 在冷启动方面速度是最快的。
100～700 毫秒的冷启动时间，我不知道你听到这个数据的时候是不是震惊了一下。
下面这张图是 FaaS 应用冷启动的过程。其中，蓝色部分是云服务商负责的，红色部分由你负责，而函数代码初始化，一人一半。也就是说蓝色部分在冷启动时候的耗时你不用关心，而红色部分就是你的函数耗时。至于资源调度是要做什么，你可以先忽略，我后面会提到。
例如从刚才演示视频的云服务控制台我们可以看到，"Hello World"的单次函数耗时是 0.0125 CU-S，也就是说耗时 12.5 毫秒，实际我们抓数据包来看，除去建立连接的时间，我们整个 HTTPS 请求到完全返回结果需要 100 毫秒。我们负责的红色部分耗时是 12.5 毫秒，也就是说云服务商负责的蓝色部分耗时是 87.5 毫秒。
注意，FaaS 服务从 0 开始，启动并执行完一个函数，只需要 100 毫秒。这也是为什么 FaaS 敢缩容到 0 的主要原因。通常我们打开一个网页有个关键指标，响应时间在 1 秒以内，都算优秀。这么一对比，100 毫秒的启动时间，对于网页的秒开率影响真的极小。
而且可以肯定的是，云服务商还会不停地优化自己负责的部分，毕竟启动速度越快对资源的利用率就越高，例如冷启动过程中耗时比较长的是下载函数代码。所以一旦你更新代码，云服务商就会偷偷开始调度资源，下载你的代码构建函数实例的镜像。请求第一次访问时，云服务商就可以利用构建好的缓存镜像，直接跳过冷启动的下载函数代码步骤，从镜像启动容器，这个也叫预热冷启动。所以如果我们有些业务场景对响应时间比较敏感，我们就可以通过预热冷启动或预留实例策略，加速或绕过冷启动时间。
了解了冷启动的概念，我们再看看为什么 FaaS 可以极速启动，而应用托管平台 PaaS 不行？
首先应用托管平台 PaaS 为了适应用户的多样性，必须支持多语言兼容，还要提供传统后台服务，例如 MySQL、Redis。
这也意味着，应用托管平台 PaaS 在初始化环境时，有大量依赖和多语言版本需要兼容，而且兼容多种用户的应用代码往往也会增加应用构建过程的时间。所以通常应用托管平台 PaaS 无法抽象出轻量的可复用的层级，只能选择服务器或容器方案，从操作系统层开始构建应用实例。
FaaS 设计之初就牺牲了用户的可控性和应用场景，来简化代码模型，并且通过分层结构进一步提升资源的利用率。学到这里，我们得来看看隐藏在 FaaS 冷启动中最重要的革新技术：分层结构。
FaaS 是怎么分层的？
你的 FaaS 实例执行时，就如上图所示，至少是 3 层结构：容器、运行时 Runtime、具体函数代码。容器你可以理解为操作系统 OS。代码要运行，总需要和硬件打交道，容器就是模拟出内核和硬件信息，让你的代码和 Runtime 可以在里面运行。容器的信息包括内存大小、OS 版本、CPU 信息、环境变量等等。目前的 FaaS 实现方案中，容器方案可能是 Docker 容器、VM 虚拟机，甚至 Sandbox 沙盒环境。
运行时 Runtime [2]，就是你的函数执行时的上下文 context。Runtime 的信息包括代码运行的语言和版本，例如 Node.js v10，Python3.6；可调用对象，例如 aliyun SDK；系统信息，例如环境变量等等。
关于 FaaS 的 3 层结构，你可以这么想象：容器层就像是 Windows 操作系统；Runtime 就像是 Windows 里面的播放器暴风影音；你的代码就像是放在 U 盘里的电影。
这样分层有什么好处呢？容器层适用性更广，云服务商可以预热大量的容器实例，将物理服务器的计算资源碎片化。Runtime 的实例适用性较低，可以少量预热；容器和 Runtime 固定后，下载你的代码就可以执行了。通过分层，我们可以做到资源统筹优化，这样就能让你的代码快速低成本地被执行。
理解了分层，我们再回想一下 FaaS 分层对应冷启动的过程，其实你就不难理解云服务商负责的就是容器和 Runtime 的准备阶段了。而开发者自己负责的则是函数执行阶段。一旦容器 &Runtime 启动后，就会维持一段时间，这段时间内的这个函数实例就可以直接处理用户数据请求。当一段时间内没有用户请求事件发生（各个云服务商维持实例的时间和策略不同），则会销毁这个函数实例。具体你可以看下下面这张图，以辅助你理解。
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