Serverless：云计算的标配（云计算 sla）
Serverless，字面意思就是不需要服务器，由Iron公司在2012年第一次提出。被大家熟知是2015年，AWS推出Lambda的时候，Lambda产品的推出开启了云计算时代，之后国内外云计算市场一片红火，微软、谷歌、IBM都推出了自己的Serverless产品，
国内的阿里云和腾讯云早在2017年也推出了Serverless平台，那个时候被称之为Faas(Function as a Service) 。国内2018年，Serverless的概念突然火了起来，更多的还是支付宝小程序和微信小程序的云开发平台，随后到2019年，国内包括华为、百度也都开始做Serverless，现在Serverless已经成了各大云厂商的标配。
2019年2月，加州大学伯克利分校发表了名为《Cloud Programming Simplified: A Berkerley View on Serverless Computing》的论文，对Serverless的形成、现状以及未来进行了全面的梳理和总结，并预言Serverless将成为云计算标配。
“We predict that serverless computing will grow to dominate the future of cloud computing” – Berkeley CS Dept
Serverless是什么？
早在2009年，伯克利曾对当时兴起的云计算做评论，帮助解释围绕云计算的兴奋点，提出运用云计算的6个潜在优势：
- 无限可用的计算资源
- 用户再也不需要承担服务器运维的工作和责任
- 服务的按需付费成为可能
- 超大型数据中心的使用成本显著降低
- 通过可视化资源管理，运维操作的难度大大降低
- 得益于分时复用，物理硬件的利用率大大提高
2019年伯克利发表对Serverless计算的观点时，认为这些优势基本实现，但云用户仍然承受着来自复杂操作和的负担，这些不足主要源于未能实现最后两个潜在优势。
虽然云计算减轻了用户对物理基础设施的管理，但他们却需要管理大量的虚拟资源，为了保障云上服务的稳定性，研发或运维团队需要解决很多问题，如：
- 提供冗余容错能力，保证一台机器出现故障时不会影响到整个服务
- 异地容灾和备份机制
- 能够有效利用硬件资源的负载均衡方案
- 响应式地调整服务的规模，实现自动扩容
- 实时监控服务器是否正常运行
- 记录足够的日志信息，方便debug和性能调优
- 系统升级问题，包括安全补丁
- 能够快速将服务迁移到新实例的能力
上面每一个问题复杂度都非常高，需要云用户投入大量的人力物力资源来解决，对小规模的公司而言，全靠自己来解决几乎不太可能；另一方面，基于底层硬件虚拟化的方案导致单个服务的开发成本非常高，如简单的业务功能，却需要添加庞大的框架和中间件，如RPC、缓存、数据库、监控、日志等，此案能在云实例上运行，这严重拖慢了开放效率。
为了解决这些问题，亚马逊在2015年推出了AWS Lambda服务，提出Cloud Function的概念，并引起业界对Serverless的广泛关注。Cloud Function最终被平台打包成FaaS（Function as a Service，函数即服务）的形式，它代表了Serverless的核心理念，当然云平台也提供以BaaS（Backend as a Service，后端即服务）形式的Serverless服务，简单来说，Serverless Computing = FaaS BaaS。
Serverless计算的架构图，如下所示：
Serverless应用通过Cloud Function及基础BaaS服务，如Object Storage、KV、DataBase、Messaging等，提高了应用交付的效率。Serverless 相对于 Serverful，对业务用户强调 noserver（serverless 并不是说没有服务器，只是业务人员无需关注服务器了，代码仍然是运行在真实存在的服务器上）的运维理念，业务人员只需要聚焦业务逻辑代码。
伯克利认为，Serverless相比Serverful，有三个显著的改变：
- 弱化了存储和计算之间的联系，服务的存储和计算被分开部署和收费，服务的存储不再是它本身的一部分，而是演变成了独立的云服务，这使得计算变得无状态，更容易调度和扩缩容，同时降低了数据丢失的风险。
- 代码的执行不再需要手动分配资源，我们再也不需要为服务器的运行指定所需的资源，如使用几台服务器、多大带宽、多大磁盘，只需要提交代码，剩下的由Serverless平台去处理就行了。
- 按使用量计费，Serverless按照服务的使用量进行计费，如调用次数、时长等，而不像serverful服务那样，按照使用的资源计费，如ECS实例数量、规格等。
总结：Serverless让开发人员只需关注业务逻辑代码，不需要再关注服务器，Serverless应用可以自动扩缩容，按量计费，并由服务提供方托管运维职责。
Serverless的价值
对云用户来说，Serverless计算带来的主要收益是编程生产力的提高，以及许多场景下节省支出。开发者不需要完全理解云基础设施如何运作，也能快速编写出可用的代码，而且Serverless节省了他们部署和运维的时间，让开发者专注于解决和优化应用本身的问题。
对云服务商来说，Serverless计算简化了云端编程模型，能够吸引更多新客户，而对于已有客户，Serverless计算使得它们能够更好地利用云资源。伯克利的一项调查表明，serverless的使用群体中，24%是第一次接触云计算；另外，Serverless计算运算时间短、内存使用少以及无状态的特性让云服务商能够充分利用云资源，进一步提高资源利用率。云服务商甚至可以用一些已经“过保”的旧服务器来运行Serverless服务，增加服务器的折旧年限，从而减少成本。如果ARM或RISC-V能够提供比x86更好的表现，服务商可以很方便地替换指令集，甚至针对特定的开发语言进行加速。
有云厂商说云服务是“超卖”的生意，但“超卖”提高资源利用率的同时也导致业务确定性降低，这对商业客户来说是致命的；而AWS通过Serverless服务给客户提供稳定的服务质量合同，同时提高了资源利用率，实现双赢。
Serverless计算最受欢迎的几个应用场景，如下：
虽然Serverless Cloud Function已经被成功应用于很多不同的场景，但仍然有许多场景无法使用Serverless计算，伯克利的报告也分析目前Serverless的一些局限，如云服务商提供的存储服务仍然存在很大限制（如内存存储成本高，对象存储吞吐量低），难以支撑需要共享精细状态的应用；云服务消息通知能力比较弱，如SQS延迟可能高达上百毫秒；缺乏标准的通信模式，基于函数的通信模型会导致通信泛滥；性能瓶颈，如冷启动、异构硬件性能的差异。
对于是否应该使用Serverless，可以参考Azure计算选型的示意图：
Serverless服务
2015年AWS推出Lambda服务，提出了Cloud Function概念，Serverless正式被业界接受，但Serverless服务形态并不局限于Cloud Function，只要符合Serverless三大特征的服务都可以视为Serverless服务。
Lambda是一项计算服务，可使你无需预置或管理服务器即可运行代码，Lambda在高可用的计算基础设施上运行你的代码，执行计算资源的所有管理工作，其中包括服务器、操作系统维护、容量调配和弹性伸缩、代码监控和记录。除AWS Lambda外，还有其它Cloud Function服务，包括Azure Function、Google Cloud Function、Aliyun 函数计算、腾讯云函数等。
AWS Fargate是适用于容器的无服务器计算，其与ECS（Elastic Container Service）和EKS（Elastic Kubernetes Service）兼容，使客户可以专注于构建应用程序，为其指定资源付费，而无需预置和管理服务器。除AWS Fargate外，还有其他适用于容器的无服务器计算服务，包括Azure Container Apps、Google Cloud Run、Aliyun ASK等。
此外，AWS还提供了与Serverless计算相配合的其他服务，如EventBridge、Step Functions、SQS、API Gateway，以及数据存储服务，如S3、DynamoDB、Aurora Serverless等，当然其他云服务商也有类似服务。
权威咨询机构Forester发布2021年Q1 FaaS评估报告，将Alibaba、Amazon和Microsoft评为领导者。
Serverless的发展状况
# CNCF（Cloud Native Computing Foundation）调查报告
2021年CNCF调查报告表明，39%的受访者正在使用Serverless，其中75%的用户采用托管平台，比2020年增长了24%。
2021年DataDog容器调查报告表明，AWS ECS容器客户40%使用Fargate（无服务器容器）。
# State-of-Serverless报告
2021年DataDog发布Serverless研究报告表明，从云原生初创公司到大型企业都在关注Serverless，Serverless生态已经超越了FaaS，包含数十种服务，可以帮助开发人员构建更快、更动态的应用程序。
Lambda函数调用次数比2年前增长了3.5倍
AWS lambda是最成熟和使用最广泛的FaaS产品，50%以上的AWS用户使用了Lambda，同时Azure Functions的使用率从20%增长到36%，而Google Cloud Functions也有近四分之一的用户使用。
四分之一的CloudFront用户已采用边缘Serverless计算，如Lambda@Edge可以根据用户特征（如设备类型）动态转换图像，或者为不同版本的Web应用程序提供A/B测试。
尽管AWS提供了云开发工具包（CDK）、Serverless应用程序模型（SAM），开源的Serverless Framework是使用最广泛的Lambda部署工具，90%的组织使用它来管理他们使用的AWS CloudFormation的Serverless资源。
Python是最流行的Lambda运行时，尤其是在大型企业中，而小企业中Node.js应用更广泛。
思考题
# Serverless服务锁定问题
通常来说，不同的Serverless服务商所提供的函数语义是不同的，而且Serverless应用还依赖一些非标准化的BaaS服务，如API网关、对象存储、KV数据库、认证等，因此Serverless应用一般都是针对特定平台。如果要实现可移植性，Serverless应用需要使用某种规范化的API，CNCF下Knative项目为开发人员提供了一套统一的、跨部署环境的API，可以作为一个选择。
服务商锁定你，顶多问你多要几分钱，如果不选择优秀服务商，各种服务都选择自建的话，你的产品可能没有竞争对手迭代快，而竞争对手会要你的命。
# SAM与Serverless
Serverless Application Model（SAM）是AWS提出的Serverless应用模型，Serverless应用包括函数（lambda）、事件源（event）以及共同执行任务的其他资源，其定义了Serverless应用相关的基础设施，以在AWS上准备、构建和部署Serverless应用，可以将SAM看作Serverless Infrastructure as a Code，一个简单的SAM示例如下：
基础架构即代码（IaC）是通过代码来管理和配置基础架构的方法，Serverless应用中服务提供商来负责基础架构管理，客户按SAM模型定义应用，SAM将相应的配置转换为AWS的CloudFormation语法，以控制相关的资源。
从上文DataDog的报告中，我们看到Serverless Framework是比SAM应用更广泛的交付工具。
# Kubernetes与Serverless
Kubernetes是一个容器调度平台，通过声明式配置自动管理容器负载，其本身并不是Serverless，目前一些K8S平台提供商基于Kubernetes平台提供了全托管Serverless计算服务，如Google Cloud Run 以容器和Knative开放式标准为基础构建，客户不需要关心基础架构的运维，并支持各种开发语言；阿里云提供ASK服务，客户不需要购买即可直接部署应用，也无需对集群进行节点和容量规划，根据应用配置的规格按需付费，并根据应用负载自动弹性伸缩。
# WebAssembly与Serverless
Serverless主流技术是采用沙箱容器来实现强隔离的安全执行环境，但也带来了更多的性能损耗。如AWS沙箱经过优化启动时间已经可以实现低于300ms的冷启动速度，但仍无法满足函数服务毫秒级的启动要求，目前需要投入通过调度策略，预留一定的“Warn-up”实例才能满足，但这样也引入了更多的资源消耗。
WebAssembly（WASM）是由W3C定义的全新的Web格式规范，是一个通用、开放、高效、安全的底层虚拟机抽象，它的设计初衷是为了解决JavaScript的性能问题，使得Web应用有接近本机原生应用的性能，可以将现有编程语言，如C/C 、Rust、Golang等，编译成WASM字节码，运行在浏览器的沙箱环境。2019年，Mozilla推出WebAssembly System Interface（WASI），它提供类似POSIX这样的标准API来标准化WebAssembly与系统资源的交互抽象，如文件系统、内存管理、GPU等，WASI的出现拓展了WASM的应用场景，可以让其作为一个虚拟机运行各种类型的服务器端应用。
WebAssembly所具备的安全、可移植、高效率、轻量化的特点，为应用沙箱的发展带来了全新的思路。WASM可以轻松实现毫秒级冷启动时间和极低的资源消耗，同时WASM字节码比原生机器码有更高的安全级别。此外WASM实现了细粒度基于能力的安全模型，遵循最小权限原则，在执行过程中，WASI应用只能访问由依赖注入的确切资源，相比传统的操作系统级别隔离，进一步是收敛了安全攻击面。
正因如此，WASM/WASI得到Serverless、Edge社区的广泛关注，Fastly、Cloudflare等厂商相继发布基于WebAssembly技术实现了更轻量级的Serverless服务器，如Fastly发布lucet 运行时支持WASM，冷启动时间只有几十微秒，Cloudflare的Workers采用V8 Engine支持WASM。
Docker创始人在2019年发推，回答WASM是否会代替Docker？
WebAssembly也许不会很快取代Docker，但它在有些方面会有很大的应用，包括需要高性能和轻量级的，如JamStack、Edge、Serverless等。
吐槽大会（国内云厂商的Serverless服务专场）
# 阿里云：“业内首发实例级别可观测性和调试” 骄傲了
2021年云栖大会，阿里云针对Serverless 聚焦行业规模化落地难点，发布7大技术突破，其中一条“业内首发实例级别可观测性和调试”。
为什么要引入实例级别指标？阿里云的说法是方便用户评估并发数，以及排查实例问题，实例指标包括hostname、cpuPercent、memoryUsageMB、concurrentRequest等，一瞬间感觉又回到了Serverful的监控场景，用户要怎么理解cpuPercent跟账单上的执行时间之间的关系。
我们看一下DataDog对WatchCloud做了哪些增强指标，阿里云的产品经理要不要反思一下？
# 腾讯云：云函数接口不全，难道要托关系？
腾讯云Serverless接口一团浆糊，触发器有Create没有Update，有List没有Get，异步事件管理中连Create都没有，却有Terminate，这样服务是面向开发人员的吗？已经上线的那些Serverless应用是不是都是托关系找到接口的？
本文介绍了Serverless及其价值，云服务商提供的Serverless服务，客户的使用状况，当然目前Serverless仍然有其局限性，具体业务场景是否适用于Serverless需要具体问题具体分析，希望本文对您理解Serverless及是否采用Serverless有些帮助。
