serverless是不是下一代計(jì)算范式

這篇文章給大家介紹serverless是不是下一代計(jì)算范式，內(nèi)容非常詳細(xì)，感興趣的小伙伴們可以參考借鑒，希望對(duì)大家能有所幫助。

引子

剛過(guò)去的HC2020，華為面向多樣化算力的時(shí)代，發(fā)布了DC分布式計(jì)算的三個(gè)開(kāi)發(fā)套件，其中一個(gè)是元戎組件。元戎是基于函數(shù)計(jì)算的分布式并行應(yīng)用開(kāi)發(fā)框架，希望能夠幫助開(kāi)發(fā)者定義DC分布式計(jì)算的開(kāi)發(fā)模式和運(yùn)行模式。關(guān)于的這里的函數(shù)計(jì)算，不斷有同事詢(xún)問(wèn)這個(gè)和Serverless的關(guān)系或者區(qū)別呢？

在公司不同的場(chǎng)景，推動(dòng)serverless技術(shù)的使用也有兩年時(shí)間了，現(xiàn)在也是借這個(gè)引子，說(shuō)說(shuō)自己的理解。

1.Serverless的本質(zhì)

Serverless當(dāng)前相對(duì)比較正式的定義（CNCF白皮書(shū)）有幾個(gè)特征：是云計(jì)算形態(tài)的進(jìn)一步發(fā)展，相對(duì)于當(dāng)前云計(jì)算，它帶來(lái)兩個(gè)關(guān)鍵好處：NoOPS和Pay as You Run。現(xiàn)階段Serverless技術(shù)的實(shí)現(xiàn)形態(tài)，以AWS發(fā)布的Lambda為代表，其他還包括微軟Azure Function，谷歌Cloud Functions等。在2019年伯克利發(fā)布《Cloud Programming Simplified》展望中，把Serverless定義為云計(jì)算的下一代計(jì)算范式。云計(jì)算從微服務(wù)技術(shù)主導(dǎo)到Serverless技術(shù)的演進(jìn)，我們看看云計(jì)算的本質(zhì)就可以比較好的理解這些技術(shù)背后的邏輯，也就能理解為什么伯克利繼成功斷言云計(jì)算的興起之后，把目光聚焦在Serverless技術(shù)上呢？

圖1：當(dāng)前serverless技術(shù)的階段和形態(tài)

1.1云計(jì)算興起到云原生生態(tài)的演進(jìn)

云計(jì)算的興起，在CPU硬件能力大力發(fā)展之后，得益于OS+ISV的軟件生態(tài)和虛擬化技術(shù)的成熟。云計(jì)算巧妙地延續(xù)OS+ISV生態(tài)，把ISV可以無(wú)縫地遷移到云上。云vendor利用虛擬化技術(shù)，對(duì)客戶(hù)提供IAAS服務(wù)。滿(mǎn)足客戶(hù)：1、應(yīng)用軟件運(yùn)行條件沒(méi)有發(fā)生變化；2、不用維護(hù)物理主機(jī)，只需要關(guān)注應(yīng)用軟件本身。

首先，從云計(jì)算的服務(wù)形態(tài)來(lái)看，對(duì)于企業(yè)應(yīng)用及其基礎(chǔ)設(shè)施，現(xiàn)在變成了用戶(hù)和基礎(chǔ)設(shè)施提供商兩個(gè)層次，如下圖所示。這個(gè)邏輯層次的劃分很重要，在軟件生態(tài)中原來(lái)基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)和應(yīng)用軟件都是由用戶(hù)自己管理和維護(hù)，這時(shí)出現(xiàn)了專(zhuān)業(yè)的平臺(tái)提供者的角色，來(lái)提供基礎(chǔ)設(shè)施。

圖2：云計(jì)算帶來(lái)基礎(chǔ)設(shè)施提供商的概念

其次，我們回到云計(jì)算興起的過(guò)程，如圖三所示，云Vendor利用虛擬化技術(shù)的成熟，沒(méi)有改變?cè)瓉?lái)OS+ISV的生態(tài)玩法，對(duì)用戶(hù)提供IAAS服務(wù)，這樣用戶(hù)的軟件幾乎是無(wú)縫遷移到云廠商的基礎(chǔ)設(shè)施之上的。這樣云廠商快速地聚集了一些企業(yè)用戶(hù)上云，在這個(gè)階段之后，云廠商比如AWS快速創(chuàng)新，在IAAS服務(wù)之外，云中間件，云安全，第三方服務(wù)集成大量的云上應(yīng)用運(yùn)行和業(yè)務(wù)邏輯服務(wù)。逐漸構(gòu)建起云原生生態(tài)所需要的生態(tài)環(huán)境。在這個(gè)第一階段之后，容器技術(shù)持續(xù)演進(jìn)，云原生的軟件生態(tài)開(kāi)始形成，可以明顯地看到軟件生態(tài)的界面從GuestOS上升到容器的層次，應(yīng)用軟件的部署也是由平臺(tái)提供商來(lái)完成，用戶(hù)不用再關(guān)注基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行的操作系統(tǒng)是什么了。這個(gè)軟件棧中云廠商即平臺(tái)提供商cover的范圍又上升了一步，這個(gè)變化既是云原生生態(tài)帶來(lái)的變化，又有云廠商商業(yè)邏輯的需要在里面。

圖3：云計(jì)算的產(chǎn)生和演進(jìn)示意圖

為什么這么說(shuō)呢？可以看下一節(jié)。

1.2云計(jì)算的商業(yè)邏輯建立在規(guī)模經(jīng)濟(jì)之上

當(dāng)前云計(jì)算集中在幾個(gè)云廠商，而且成功的廠商都是在自有的消耗大量基礎(chǔ)設(shè)施的業(yè)務(wù)基礎(chǔ)之上，云業(yè)務(wù)才逐漸擴(kuò)大發(fā)展起來(lái)的，比如，AWS和阿里云基于自有的電商服務(wù)平臺(tái)。谷歌云和Azure在分別找到自己的移動(dòng)用戶(hù)服務(wù)和SAAS服務(wù)的規(guī)模運(yùn)營(yíng)之后，兩家也是逐漸占據(jù)市場(chǎng)份額。

觀察云計(jì)算發(fā)展過(guò)程，我們可以說(shuō)云計(jì)算廠商遵循規(guī)模經(jīng)濟(jì)的發(fā)展模式。結(jié)合規(guī)模經(jīng)濟(jì)，有兩個(gè)重要的現(xiàn)象或者規(guī)律，了解這兩個(gè)現(xiàn)象，可以很好地幫助我們了解云技術(shù)的演進(jìn)方向。

首先，可以解釋為規(guī)模經(jīng)濟(jì)性，簡(jiǎn)單地說(shuō)，隨著生產(chǎn)規(guī)模（云計(jì)算）擴(kuò)大，平均單位產(chǎn)出（服務(wù)收益）成本（基礎(chǔ)設(shè)施成本）趨于下降。英國(guó)的杰弗里·韋斯特研究城市的人口和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)律，總結(jié)為規(guī)模經(jīng)濟(jì)體的產(chǎn)出呈超線性，而成本遵循亞線性規(guī)律，如下圖所示。

了解到這個(gè)現(xiàn)象，我們可以理解為什么云廠商極力追求規(guī)模。AWS 2002年推出，持續(xù)推進(jìn)云服務(wù)，到2013年AWS發(fā)布財(cái)報(bào)，才進(jìn)入規(guī)模經(jīng)濟(jì)的盈利期。AWS現(xiàn)在每年投入100億美金的CAPS，持續(xù)構(gòu)建云規(guī)模，全球規(guī)模>500W臺(tái)服務(wù)器?；谝?guī)模成本的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建了長(zhǎng)期價(jià)值成本和技術(shù)生態(tài)驅(qū)動(dòng)的良性循環(huán)，掌握了云服務(wù)的定價(jià)策略，19年reInvent宣稱(chēng)實(shí)現(xiàn)了70+次的降價(jià)正常，同時(shí)還能獲取云計(jì)算業(yè)務(wù)20+%的營(yíng)業(yè)利潤(rùn)率。

圖4：云計(jì)算遵循規(guī)模經(jīng)濟(jì)性的現(xiàn)象

其次，可以解釋為規(guī)模的有效性。生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，當(dāng)基礎(chǔ)設(shè)施單位成本降到最低時(shí)，達(dá)到最佳生產(chǎn)規(guī)模，如果生產(chǎn)技術(shù)沒(méi)有發(fā)生變革，這時(shí)再繼續(xù)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，平均單位產(chǎn)出成本轉(zhuǎn)而逐漸上升。當(dāng)前進(jìn)入規(guī)模效應(yīng)良性循環(huán)的AWS，其capex/收入比基本保持在40-50%左右，雖然相對(duì)穩(wěn)定，也需要尋求繼續(xù)成本下降的空間。

圖5：規(guī)模經(jīng)濟(jì)LAC曲線

而同時(shí)，當(dāng)前云廠商主體服務(wù)IAAS，為租戶(hù)提供虛擬機(jī)資源，都遇到了資源利用率低的問(wèn)題，包括CPU利用率和內(nèi)存利用率。業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)：云廠商提供的數(shù)據(jù)中心，CPU資源利用率不高于20-30%。租戶(hù)購(gòu)買(mǎi)固定VCPU和內(nèi)存配置的虛擬機(jī)，云廠商實(shí)際在平臺(tái)使用的是裝箱算法，按照租戶(hù)的需求，裝配到數(shù)據(jù)中心的空余空間中去。租戶(hù)按照其業(yè)務(wù)峰值購(gòu)買(mǎi)了資源，在這種情況下，大量租戶(hù)資源長(zhǎng)時(shí)間處于業(yè)務(wù)非峰值態(tài)，云廠商對(duì)于資源利用率這個(gè)問(wèn)題基本都是無(wú)能為力。而同時(shí)，云廠商自運(yùn)營(yíng)的業(yè)務(wù)，通過(guò)不同業(yè)務(wù)的混部，SLA的調(diào)度等技術(shù)，比如谷歌很早就已經(jīng)宣稱(chēng)Brog的改進(jìn)版可以在數(shù)據(jù)中心獲得90%的CPU資源利用率。這樣一個(gè)現(xiàn)狀，也是云廠商不約而同地提出共享計(jì)算實(shí)例的原因，比如AWS T實(shí)例等。通過(guò)用戶(hù)SLA策略，在用戶(hù)知情的情況下，獲得對(duì)VCPU的共享的控制權(quán)，實(shí)現(xiàn)高CPU利用率。

回到前面我們提到用戶(hù)和平臺(tái)提供商兩個(gè)角度。首先，云廠商希望能夠獲得更多的對(duì)資源的控制權(quán)，讓超大規(guī)模的云計(jì)算繼續(xù)享有規(guī)模的經(jīng)濟(jì)性，能夠做到單位資源成本繼續(xù)下降。其次，租戶(hù)擔(dān)一方面心其業(yè)務(wù)運(yùn)行的平穩(wěn)性，另一方面也希望能夠更加聚焦業(yè)務(wù)本身。所以我們可以理解了云計(jì)算技術(shù)的方向：云廠商管理的軟件棧層次肯定會(huì)越來(lái)越高，云計(jì)算技術(shù)必須能夠解決用戶(hù)業(yè)務(wù)的彈性和高可擴(kuò)展。云廠商獲得應(yīng)用運(yùn)行資源的最大控制權(quán)，追求高資源利用率和低成本，租戶(hù)獲得業(yè)務(wù)SLA保證的應(yīng)用。

Serverless技術(shù)正是云廠商的基于規(guī)模經(jīng)濟(jì)的一個(gè)選擇。

1.3 Serverless技術(shù)是匹配云原生規(guī)模經(jīng)濟(jì)的選擇

如圖3所示，Serverless在容器Runtime之后，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)計(jì)算抽象，云廠商負(fù)責(zé)管理的軟件棧進(jìn)一步提升到Runtime。這里筆者把函數(shù)計(jì)算和Serverless技術(shù)分開(kāi)。函數(shù)計(jì)算是一種計(jì)算范式的抽象，把計(jì)算抽象進(jìn)一步為兩個(gè)層次，函數(shù)（代碼邏輯）和函數(shù)運(yùn)行時(shí)（函數(shù)運(yùn)行需要的資源，庫(kù)等），即

函數(shù)計(jì)算= 函數(shù)+函數(shù)運(yùn)行時(shí)

Serverless計(jì)算也是利用函數(shù)計(jì)算上述的抽象，在云原生生態(tài)下，進(jìn)一步讓用戶(hù)聚焦到業(yè)務(wù)代碼邏輯，直接使用云廠商提供的Runtime，相比容器，云廠商管理的軟件棧又提升了一個(gè)層次。筆者把Serverless技術(shù)歸到云原生的技術(shù)，因?yàn)閟erverless為租戶(hù)提供服務(wù)，必須依賴(lài)云廠商提供的大量后臺(tái)的服務(wù)及其運(yùn)行時(shí)，即

Serverless= FaaS+BaaS

函數(shù)計(jì)算這個(gè)層次的抽閑，借助于終端用戶(hù)或IOT等事件型的應(yīng)用，將代碼和其運(yùn)行時(shí)分離，云廠商提供函數(shù)代碼的運(yùn)行時(shí)及其物理資源。如下圖所示，平臺(tái)提供商獲得了軟件棧最大可控制的范圍，而用戶(hù)只需要關(guān)注其代碼。因此，函數(shù)粒度的應(yīng)用，讓平臺(tái)提供商獲得了最大的技術(shù)空間，基于這個(gè)空間，讓云計(jì)算的規(guī)模成本進(jìn)一步得到下降，所以Serverless技術(shù)是云廠商必選的選擇項(xiàng)。

圖6：Serverless使平臺(tái)提供商獲得軟件棧中最大的可控制技術(shù)空間

然而，在當(dāng)前階段的Serverless，適用范圍還主要是事件式，短時(shí)間任務(wù)型的應(yīng)用。用戶(hù)編寫(xiě)任務(wù)的函數(shù)，在執(zhí)行時(shí)間，資源上有一個(gè)約束。平臺(tái)提供商基于此獲得最大的調(diào)度權(quán)限，所以提供了按次收費(fèi)，按需收費(fèi)的定價(jià)策略。在海量終端的服務(wù)驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)景獲得很好的應(yīng)用，充分發(fā)揮了serverless按需彈性，按需計(jì)費(fèi)的好處。顯然這樣的應(yīng)用范圍，是不足以滿(mǎn)足云廠商的期待的。所以從Serverless= FaaS+BaaS，另外一個(gè)BaaS方面，云廠商要推動(dòng)serverless計(jì)算的快速演進(jìn)。

Serverless 官方定義中從用戶(hù)角度看到的兩個(gè)關(guān)鍵特征NoOPS和Pay as You Run。符合這兩個(gè)特征的形態(tài)也是Serverless技術(shù)，所以Serverless技術(shù)又比函數(shù)計(jì)算概念廣泛，不一定非得基于函數(shù)計(jì)算的抽象，只要能為用戶(hù)提供NoOPS和Pay as You Run的業(yè)務(wù)也就可以歸到Serverless技術(shù)中去。所以云廠商不斷的推進(jìn)兩件事情。

一件事情是把BaaS serverless化，這個(gè)我們都已經(jīng)看到了，云DB，云存儲(chǔ)的serverless產(chǎn)品都已經(jīng)推出。還有一件事情，云廠商需要推動(dòng)現(xiàn)在的應(yīng)用serverless化，即當(dāng)前用戶(hù)繼續(xù)關(guān)于自己應(yīng)用服務(wù)及其runtime，但是服務(wù)的autoscaling，并行化模板都由云廠商來(lái)提供。這一點(diǎn)谷歌的產(chǎn)品策略中可以清晰地看到這一點(diǎn)。

谷歌對(duì)于Serverless兩條明確的技術(shù)線：一是cloudRun產(chǎn)品，基于K8S容器平臺(tái)演進(jìn)的Serverless平臺(tái)，相當(dāng)于Serverless的應(yīng)用平臺(tái)，推動(dòng)已有的微服務(wù)化應(yīng)用演進(jìn)到serverless化；二是移動(dòng)應(yīng)用的CloudFunction+MBaaS的產(chǎn)品。兩條技術(shù)線推動(dòng)Serverless技術(shù)演進(jìn)。AWS當(dāng)然也不會(huì)落后，雖然AWS沒(méi)有想谷歌一樣的運(yùn)行時(shí)平臺(tái)的強(qiáng)大生態(tài)控制權(quán)，但是AWS也直接提供AutoScaling、ASM等服務(wù)指導(dǎo)應(yīng)用服務(wù)Serverless化。

基于上述我們對(duì)serverless技術(shù)背后的商業(yè)邏輯，所以它成為了云廠商的必選，也是伯克利斷言serverless是云時(shí)代下一代計(jì)算范式的底氣所在。

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