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Fission：Kubernetes 的无服务器函数即服务

作者：Soam Vasani（Platform9 Systems） |

Fission 是一个构建在 Kubernetes 上的函数即服务 (FaaS) / 无服务器函数框架。

Fission 允许您轻松地从函数在 Kubernetes 上创建 HTTP 服务。它在源代码级别工作，并抽象出容器镜像（在大多数情况下）。它还简化了 Kubernetes 的学习曲线，使您能够在不了解太多 Kubernetes 的情况下创建有用的服务。

要使用 Fission，您只需创建函数并使用 CLI 添加它们。您可以将函数与 HTTP 路由、Kubernetes 事件或其他触发器关联。Fission 目前支持 NodeJS 和 Python。

当触发器触发时，会调用函数，并且它们仅在运行时才消耗 CPU 和内存。空闲函数不消耗任何资源，除了存储。

为什么要在 Kubernetes 上创建一个 FaaS 框架？

我们认为需要一个可以在各种基础设施（包括公共云和本地基础设施）上运行的 FaaS 框架。接下来，我们必须决定是从头开始构建它，还是在现有编排系统的基础上构建它。很快就清楚我们不应该从头开始构建它 -- 我们最终将不得不重新发明集群管理、调度、网络管理以及更多内容。

Kubernetes 提供了一个强大而灵活的编排系统，具有全面的 API，并由一个强大且不断壮大的社区支持。基于它构建意味着 Fission 可以将容器编排功能留给 Kubernetes，并专注于 FaaS 功能。

我们不想要单独的 FaaS 集群的另一个原因是 FaaS 与其他基础设施结合使用效果最佳。例如，它可能适合小型 REST API，但它需要与其他服务协同工作以存储状态。FaaS 也非常适合作为事件处理程序，用于处理来自存储、数据库和 Kubernetes 本身的通知。Kubernetes 是所有这些服务在其上互操作的绝佳平台。

部署和使用 Fission

可以使用 kubectl create 命令安装 Fission：有关说明，请参阅项目 README。

以下是如何编写“Hello World”HTTP 服务的方法

$ cat \> hello.py

def main(context):

    print "Hello, world!"


$ fission function create --name hello --env python --code hello.py --route /hello


$ curl http://\<fission router\>/hello

Hello, world!

Fission 负责将函数加载到容器中，将请求路由到该容器等等。我们将在下一节中详细介绍。

Fission 如何在 Kubernetes 上实现

FaaS 框架的核心必须 (1) 将函数转换为服务，以及 (2) 管理这些服务的生命周期。

有很多方法可以实现这些目标，每种方法都有不同的权衡。框架应该在源代码级别运行，还是在 Docker 镜像级别运行（或介于两者之间的级别，例如“buildpack”）？函数首次运行时可接受的开销是多少？此处做出的选择会影响平台的灵活性、易用性、资源使用和成本，当然还有性能。

打包、源代码和镜像

我们的目标之一是让 Fission 对新用户来说非常容易使用。我们选择在
源代码级别运行，以便用户可以避免处理容器镜像构建、将镜像推送到注册表、管理注册表凭据、镜像版本控制等等。

但是，容器镜像是打包应用程序的最灵活方式。例如，纯粹的源代码级别接口不允许用户打包二进制依赖项。

因此，Fission 采用混合方法 -- 包含函数动态加载器的容器镜像。这种方法允许大多数用户纯粹在源代码级别使用 Fission，但允许他们在需要时自定义容器镜像。

这些镜像（在 Fission 中称为“环境镜像”）包含语言的运行时（例如 NodeJS 或 Python）、一组常用依赖项以及函数的动态加载器。如果这些依赖项对于用户正在编写的函数来说足够，则无需重建镜像。否则，可以修改依赖项列表，并重建镜像。

这些环境镜像只是 Fission 中特定于语言的部分。它们为框架的其余部分提供统一的接口。此设计使 Fission 易于扩展到更多语言。

冷启动性能

无服务器函数的目标之一是函数仅在运行时才使用 CPU/内存资源。这优化了函数的资源成本，但代价是来自空闲状态的启动时存在一些性能开销（“冷启动”开销）。

冷启动开销在许多用例中都很重要。特别是，对于在交互式用例中使用的函数（例如 Web 或移动应用程序，用户正在等待操作完成），几秒钟的冷启动延迟是不可接受的。

为了优化冷启动开销，Fission 为每个环境维护一个正在运行的容器池。当收到函数请求时，Fission 不必部署新容器 -- 它只是选择一个已经运行的容器，将函数复制到容器中，动态加载该函数，并将请求路由到该实例。此过程的开销对于 NodeJS 和 Python 函数大约需要 100 毫秒。

Fission 如何在 Kubernetes 上工作

fission-arch.png Fission 被设计为一组微服务。一个控制器跟踪函数、HTTP
路由、事件触发器和环境镜像。一个池管理器管理空闲环境容器池、将函数加载到这些容器中以及在函数实例空闲时杀死它们。路由器接收 HTTP 请求并将它们路由到函数实例，必要时从池管理器请求实例。

控制器提供 fission API。所有其他组件都监视控制器的更新。路由器以 LoadBalancer 或 NodePort 类型的 Kubernetes 服务公开，具体取决于 Kubernetes 集群的托管位置。

当路由器收到请求时，它会查找缓存以查看此请求是否已有一个应路由到的服务。如果没有，它会查找该函数以将请求映射到该函数，并向 poolmgr 请求一个实例。poolmgr 有一个空闲 pod 池；它选择一个，将函数加载到其中（通过向 pod 中的 sidecar 容器发送请求），并将 pod 的地址返回给路由器。路由器会将请求代理到此 pod。pod 会被缓存以供后续请求使用，如果它已空闲几分钟，则会被杀死。

（目前，Fission 将一个函数映射到一个容器；计划在以后的版本中实现自动缩放到多个实例。还计划重用函数 pod 来托管多个函数，以用于隔离不是必需的情况。）

Fission 的用例

机器人、Webhook、REST API
Fission 是制作小型 REST API、实现 webhook 以及为 Slack 或其他服务编写聊天机器人的一个很好的框架。

作为简单 REST API 的示例，我们制作了一个小型留言簿应用程序，该应用程序使用函数来读取和写入留言簿，并与 redis 实例一起工作以跟踪状态。您可以在 Fission GitHub 存储库中找到该应用程序。

该应用程序包含两个端点 -- GET 端点从 redis 中列出留言簿条目，并将它们呈现为 HTML。POST 端点将新条目添加到 redis 中的留言簿列表。这就是全部 -- 没有要管理的 Dockerfile，更新应用程序就像调用 fission function update 一样简单。

处理 Kubernetes 事件
Fission 还支持根据 Kubernetes 监视触发函数。例如，您可以设置一个函数来监视某个命名空间中所有与特定标签匹配的 pod。该函数在其上下文中获取序列化对象和监视事件类型（已添加/已删除/已更新）。

这些事件处理程序函数可用于简单的监控 -- 例如，您可以在向集群添加新服务时发送一条 Slack 消息。还有更复杂的用例，例如通过监视 Kubernetes 的第三方资源来编写自定义控制器。

状态和路线图

Fission 目前处于早期 alpha 版本（2017 年 1 月）。它尚未准备好用于生产环境。我们正在寻找早期采用者和反馈。

Fission 的未来是什么？我们正在努力使 Kubernetes 上的 FaaS 更加方便、易于使用且更易于集成。在未来几个月内，我们将努力添加对单元测试、与 Git 集成、函数监控和日志聚合的支持。我们还致力于与其他事件源集成。

创建更多语言环境也在进行中。目前支持 NodeJS 和 Python。Klavs Madsen 提供了对 C# .NET 的初步支持。

您可以在我们的 GitHub issues 和 projects 中找到我们当前的路线图。

参与其中

Fission 是开源的，由 Platform9 Systems 公开开发。请在 GitHub 上查看我们的项目，如果您想与我们聊天，请加入我们的 Slack 频道。我们也在 Twitter 上，账号是 @fissionio。