無服務(wù)器計(jì)算助力高校快速開發(fā)應(yīng)用

文/李俊峰 胡丹丹

隨著云計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，越來越多的行業(yè)已經(jīng)或者正在進(jìn)行著數(shù)字化轉(zhuǎn)型，云計(jì)算的應(yīng)用也逐漸深入核心應(yīng)用當(dāng)中。高校在智慧校園的建設(shè)過程中，無論是自建私有云還是使用公有云，都已經(jīng)開始充分利用云計(jì)算技術(shù)構(gòu)建智慧校園的基礎(chǔ)架構(gòu)，但是目前高校云計(jì)算的應(yīng)用大部分還是基于IaaS。隨著云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，云原生、微服務(wù)等技術(shù)的不斷成熟，高校智慧校園建設(shè)對(duì)敏捷開發(fā)需求的增多，無服務(wù)器計(jì)算將在高校信息化建設(shè)中發(fā)揮出相應(yīng)的作用。

無服務(wù)器計(jì)算介紹

無服務(wù)器計(jì)算概念

無服務(wù)器計(jì)算是一個(gè)由業(yè)界創(chuàng)造的術(shù)語[1]，作為一種基于云計(jì)算的新的軟件開發(fā)方式正變得隨處可見。無服務(wù)器計(jì)算不是沒有或者不用服務(wù)器，而是指我們的應(yīng)用程序使用第三方的函數(shù)（Function）和服務(wù)來進(jìn)行計(jì)算，但是不需要管理計(jì)算所需的服務(wù)器。無服務(wù)計(jì)算架構(gòu)主要包含以下兩種類型：

其一，F(xiàn)aaS（Function as a Service，函數(shù)及服務(wù)）：主要是指包括服務(wù)器端業(yè)務(wù)邏輯運(yùn)行的無狀態(tài)函數(shù)（Function）。這些函數(shù)是在容器里面獨(dú)立運(yùn)行的，是基于事件驅(qū)動(dòng)的，并且是由第三方廠商進(jìn)行托管的，例如AWS Lambda，華為云FunctionGraph，阿里云函數(shù)計(jì)算等[2]。事件驅(qū)動(dòng)型計(jì)算、FaaS和Serverless FaaS之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 事件驅(qū)動(dòng)型計(jì)算、FaaS和Serverless FaaS之間的關(guān)系

其二，BaaS（Backend as a Service，后端及服務(wù)）：主要是指為移動(dòng)和Web應(yīng)用程序來提供后端的云服務(wù)，這里包括了云數(shù)據(jù)庫、文件存儲(chǔ)、消息推送等。同樣，這些服務(wù)也是運(yùn)行在第三方公有云。

無服務(wù)器計(jì)算架構(gòu)存在以下特點(diǎn)：無需管理服務(wù)器、無狀態(tài)、自動(dòng)伸縮、無運(yùn)營成本、事件驅(qū)動(dòng)、首次啟動(dòng)存在延時(shí)和安全性較高[3]。

無服務(wù)器計(jì)算生命周期及架構(gòu)

無服務(wù)器計(jì)算的生命周期主要分為五個(gè)部分，分別是事件觸發(fā)、尋找可運(yùn)行容器、啟動(dòng)運(yùn)行容器、響應(yīng)函數(shù)運(yùn)行、運(yùn)行結(jié)束或進(jìn)入等待狀態(tài)。在整個(gè)生命周期中，如圖2所示，如果在第二步中沒有找到可運(yùn)行的容器，才會(huì)進(jìn)入第三步新啟動(dòng)運(yùn)行容器。

圖2 無服務(wù)器計(jì)算的生命周期

由于事件驅(qū)動(dòng)，無服務(wù)器計(jì)算的運(yùn)行邏輯架構(gòu)則更加簡單，只需創(chuàng)建好需要運(yùn)行的代碼，定義好觸發(fā)代碼運(yùn)行的事件源和觸發(fā)條件，如圖3所示。

圖3 無服務(wù)器計(jì)算運(yùn)行架構(gòu)

觸發(fā)無服務(wù)器運(yùn)行的事件源可以有很多種，包括API網(wǎng)關(guān)、短信網(wǎng)關(guān)等，甚至也可以是另外一個(gè)無服務(wù)器計(jì)算的函數(shù)。那么無服務(wù)器計(jì)算的結(jié)果也可以發(fā)送至其他的服務(wù)器，例如可以發(fā)送至OBS存儲(chǔ)保存、加入SQS消息隊(duì)列、觸發(fā)另一個(gè)無服務(wù)器函數(shù)等。

無服務(wù)器計(jì)算在高校的應(yīng)用

智慧校園是高校信息化建設(shè)的核心任務(wù)。高校在建設(shè)智慧校園的時(shí)候都會(huì)建設(shè)各類應(yīng)用系統(tǒng)，例如教務(wù)、科研、學(xué)工、人事、財(cái)務(wù)系統(tǒng)等，同時(shí)還包括統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)交換平臺(tái)、統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺(tái)、數(shù)據(jù)治理平臺(tái)等大量的基礎(chǔ)服務(wù)平臺(tái)，通過以上系統(tǒng)滿足高校各類復(fù)雜而又個(gè)性化的需求。在智慧校園的實(shí)際建設(shè)中高校需要采購多個(gè)廠家的軟件產(chǎn)品，雖然不同軟件廠家的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)接和共享，但還是會(huì)有一些個(gè)性化需求無法得到及時(shí)滿足，往往需要學(xué)校自己進(jìn)行相應(yīng)開發(fā)工作。而無服務(wù)器計(jì)算可以為高校快速開發(fā)軟件帶來一定幫助。

應(yīng)用場(chǎng)景

由于學(xué)校智慧校園所使用的軟件并不能100%滿足學(xué)校所有需求，往往存在一些具有極強(qiáng)個(gè)性化的小功能需要定制開發(fā)，而廠家的開發(fā)工作存在周期長、費(fèi)用高、調(diào)試慢等特點(diǎn)，無服務(wù)器計(jì)算因其云原生和CI/CD的特性，具有開發(fā)敏捷高效、運(yùn)行穩(wěn)定、擴(kuò)展容易和維護(hù)簡單的特點(diǎn)，所以特別適合高校用于開發(fā)一些需求緊急、功能單一、并發(fā)量大的功能和應(yīng)用。例如，用戶消息發(fā)送、圖形圖像處理、流數(shù)據(jù)分析等。

實(shí)際案例

1.無服務(wù)器網(wǎng)站案例

利用無服務(wù)器計(jì)算構(gòu)建的網(wǎng)站特別適合負(fù)載不斷變化的應(yīng)用場(chǎng)景。在沒有用戶訪問的情況下，無服務(wù)器架構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生計(jì)算成本。當(dāng)網(wǎng)站的訪問量突然增大時(shí)，無服務(wù)器計(jì)算又能夠通過及時(shí)自動(dòng)擴(kuò)展來滿足需求[4]。

如圖4所示，本案例的Web網(wǎng)站內(nèi)容都是以靜態(tài)頁面的形式保存在OBS對(duì)象存儲(chǔ)中，用戶通過CDN進(jìn)行正常訪問。當(dāng)需要進(jìn)行網(wǎng)站管理和內(nèi)容修改的時(shí)候，可以通過管理域名訪問管理API網(wǎng)關(guān)，觸發(fā)無服務(wù)器計(jì)算的Function邏輯進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，同時(shí)將網(wǎng)頁內(nèi)容靜態(tài)化后存入OBS對(duì)象存儲(chǔ)中。

圖4 Web網(wǎng)站應(yīng)用

2.消息發(fā)送應(yīng)用案例

江西中醫(yī)藥大學(xué)健康填報(bào)系統(tǒng)是學(xué)校基于SaaS平臺(tái)自行開發(fā)的系統(tǒng)，主要用于全校師生每日上報(bào)個(gè)人健康情況，每天有近2萬人使用。根據(jù)實(shí)際使用情況，每天總會(huì)有師生忘記填報(bào)，因此需要每日中午12點(diǎn)通過企業(yè)微信健康填報(bào)應(yīng)用對(duì)仍未填報(bào)健康情況的師生進(jìn)行消息提醒。本功能的實(shí)現(xiàn)正是基于AWS的Lambda，具體工作流程如圖5所示。

圖5 具體工作流程

第一步，新建CloudWatch Events觸發(fā)器并設(shè)定為定時(shí)觸發(fā)。在這里，事件源的定時(shí)觸發(fā)，被設(shè)置為每天的12點(diǎn)。

第二步，Lambda使用代碼GET請(qǐng)求企業(yè)微信https://qyapi.weixin.qq.com/cgibin/gettoke，獲取企業(yè)微信的發(fā)送應(yīng)用token。

第三步，Lambda通過配置VPC連接RDS數(shù)據(jù)庫并獲取表中的教職工數(shù)據(jù)，同時(shí)篩選出還未進(jìn)行健康填報(bào)的人員信息。此項(xiàng)工作基于Python語言實(shí)現(xiàn)，并直接在Lambda工作臺(tái)中運(yùn)行。

第四步，Lambda使用代碼編輯正文內(nèi)容并推送正文至企業(yè)微信接口完成消息推送。此項(xiàng)工作同樣是基于Python語言實(shí)現(xiàn)并直接在Lambda工作臺(tái)中運(yùn)行的。

第五步，Lambda自帶日志CloudWatch，打印輸出即可查看。

成本計(jì)算

在消息發(fā)送案例中使用的是無服務(wù)器計(jì)算，無服務(wù)器計(jì)算的成本是根據(jù)實(shí)際的計(jì)算時(shí)間來計(jì)費(fèi)的，一個(gè)月的運(yùn)行具體情況如圖6所示。

圖6 運(yùn)行記錄數(shù)

2021年10月26日以來，一共運(yùn)行了11293次計(jì)算，每次計(jì)算耗時(shí)2毫秒，根據(jù)AWS計(jì)費(fèi)規(guī)則未產(chǎn)生實(shí)際費(fèi)用（屬于每月免費(fèi)份額）。而如果利用虛擬機(jī)（EC2）來運(yùn)行本應(yīng)用，根據(jù)測(cè)算，需要人民幣500元左右的費(fèi)用。因此，使用無服務(wù)器計(jì)算可以極大地減少公有云的運(yùn)行成本。

總結(jié)

本文介紹了無服務(wù)器計(jì)算的概念和實(shí)際使用案例。無服務(wù)器計(jì)算可以幫助高校在智慧校園建設(shè)中減少服務(wù)器管理成本、運(yùn)營成本，實(shí)現(xiàn)計(jì)算架構(gòu)根據(jù)使用量進(jìn)行自動(dòng)伸縮，方便快速開發(fā)和發(fā)布等，可以解決很多架構(gòu)和運(yùn)營問題，簡化開發(fā)者和運(yùn)維人員的工作[5]。然而，無服務(wù)器架構(gòu)無法直接取代現(xiàn)有組件，在決定是否要采用無服務(wù)器架構(gòu)之前，需要先分析一下自身的業(yè)務(wù)和技術(shù)需求，通盤考慮各種優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。