帮你通过AWS的Lambda和API Gateway走向Serverless

近来，在计算领域出现了很多关于 serverless 的讨论。serverless 是一个概念，它允许你提供代码或可执行程序给某个服务，由服务来为你执行它们，而你无需自己管理服务器。这就是所谓的执行即服务execution-as-a-service，它带来了很多机会，同时也遇到了它独有的挑战。

简短回忆下计算领域的发展

早期，出现了……好吧，这有点复杂。很早的时候，出现了机械计算机，后来又有了埃尼阿克 ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer，很早的电子计算机)，但是都没有规模生产。直到大型机出现后，计算领域才快速发展。

• 上世纪 50 年代 - 大型机
• 上世纪 60 年代 - 微型机
• 1994 - 机架服务器
• 2001 - 刀片服务器
• 本世纪初 - 虚拟服务器
• 2006 - 服务器云化
• 2013 - 容器化
• 2014 - serverless(计算资源服务化)

这些日期是大概的发布或者流行日期，无需和我争论时间的准确性。计算领域的演进趋势是执行的功能单元越来越小。每一次演进通常都意味着运维负担的减小和运维灵活性的增加。

发展前景

喔，Serverless!但是，serverless 能给我们带来什么好处? 我们将面临什么挑战呢?

未执行代码时无需付费。我认为，这是个巨大的卖点。当无人访问你的站点或用你的 API 时，你无需付钱。没有持续支出的基础设施成本，仅仅支付你需要的部分。换句话说，这履行了云计算的承诺：“仅仅支付你真正用的资源”。

无需维护服务器，也无需考虑服务器安全。服务器的维护和安全将由你的服务提供商来处理(当然，你也可以架设自己的 serverless 主机，只是这似乎是在向错误的方向前进)。由于你的执行时间也是受限的，安全补丁也被简化了，因为完全不需要重启。这些都应该由你的服务提供商无缝地处理。

无限的可扩展性。这是又一个大的好处。假设你又开发了一个 Pokemon Go, 与其频繁地把站点下线维护升级，不如用 serverless 来不断地扩展。当然，这也是个双刃剑，大量的账单也会随之而来。如果你的业务的利润强依赖于站点上线率的话，serverless 确实能帮上忙。

强制的微服务架构。这也有两面性，一方面，微服务似乎是一种好的构建灵活可扩展的、容错的架构的方式。另一方面，如果你的业务没有按照这种方式设计，你将很难在已有的架构中引入 serverless。

但是现在你被限制在他们的平台上

受限的环境。你只能用服务提供商提供的环境，你想在 Rust 中用 serverless?你可能不会太幸运。

受限的预装包。你只有提供商预装的包。但是你或许能够提供你自己的包。

受限的执行时间。你的 Function 只可以运行这么长时间。如果你必须处理 1TB 的文件，你可能需要有一个解决办法或者用其他方案。

强制的微服务架构。参考上面的描述。

受限的监视和诊断能力。例如，你的代码在干什么? 在 serverless 中，基本不可能在调试器中设置断点和跟踪流程。你仍然可以像往常一样记录日志并发出统计度量，但是这带来的帮助很有限，无法定位在 serverless 环境中发生的难点问题。

竞争领域

自从 2014 年出现 AWS Lambda 以后，serverless 的提供商已经增加了一些。下面是一些主流的服务提供商:

• AWS Lambda - 起步最早的
• OpenWhisk - 在 IBM 的 Bluemix 云上可用
• Google Cloud Functions
• Azure Functions

这些平台都有它们的相对优势和劣势(例如，Azure 支持 C#，或者紧密集成在其他提供商的平台上)。这里面最大的玩家是 AWS。

通过 AWS 的 Lambda 和 API Gateway 构建你的第一个 API

我们来试一试 serverless。我们将用 AWS Lambda 和 API Gateway 来构建一个能返回 Jimmy 所说的“Guru Meditations”的 API。

所有代码在 GitHub 上可以找到。

API文档：

1. POST / 
2. { 
3.     "status": "success", 
4.     "meditation": "did u mention banana cognac shower" 
5. } 

怎样组织工程文件

文件结构树:

1. . 
2. ├── LICENSE 
3. ├── README.md 
4. ├── server 
5. │   ├── __init__.py 
6. │   ├── meditate.py 
7. │   └── swagger.json 
8. ├── setup.py 
9. ├── tests 
10. │   └── test_server 
11. │       └── test_meditate.py 
12. └── tools 
13.     ├── deploy.py 
14.     ├── serve.py 
15.     ├── serve.sh 
16.     ├── setup.sh 
17.     └── zip.sh 

AWS 中的信息(想了解这里究竟在做什么的详细信息，可查看源码 tools/deploy.py)。

• API。实际构建的对象。它在 AWS 中表示为一个单独的对象。
• 执行角色。在 AWS 中，每个 Function 作为一个单独的角色执行。在这里就是 meditations。
• 角色策略。每个 Function 作为一个角色执行，每个角色需要权限来干活。我们的 Lambda Function 不干太多活，故我们只添加一些日志记录权限。
• Lambda Function。运行我们的代码的地方。
• Swagger。 Swagger 是 API 的规范。API Gateway 支持解析 swagger 的定义来为 API 配置大部分资源。
• 部署。API Gateway 提供部署的概念。我们只需要为我们的 API 用一个就行(例如，所有的都用生产或者 yolo等)，但是得知道它们是存在的，并且对于真正的产品级服务，你可能想用开发和暂存环境。
• 监控。在我们的业务崩溃的情况下(或者因为使用产生大量账单时)，我们想以云告警查看方式为这些错误和费用添加一些监控。注意你应该修改 tools/deploy.py 来正确地设置你的 email。

代码

Lambda Function 将从一个硬编码列表中随机选择一个并返回 guru meditations，非常简单：

1. import logging 
2. import random 
3.  
4. logger = logging.getLogger() 
5. logger.setLevel(logging.INFO) 
6.  
7. def handler(event, context): 
8.  
9.     logger.info(u"received request with id '{}'".format(context.aws_request_id)) 
10.  
11.     meditations = [ 
12.     "off to a regex/", 
13.     "the count of machines abides", 
14.     "you wouldn't fax a bat", 
15.     "HAZARDOUS CHEMICALS + RKELLY", 
16.     "your solution requires a blood eagle", 
17.     "testing is broken because I'm lazy", 
18.     "did u mention banana cognac shower", 
19.     ]
20.  
21.     meditation = random.choice(meditations) 
22.  
23.     return { 
24.         "status": "success", 
25.         "meditation": meditation, 
26.     } 

deploy.py 脚本

这个脚本相当长，我没法贴在这里。它基本只是遍历上述“AWS 中的信息”下的项目，确保每项都存在。

我们来部署这个脚本

只需运行 ./tools/deploy.py。

基本完成了。不过似乎在权限申请上有些问题，由于 API Gateway 没有权限去执行你的 Function，所以你的 Lambda Function 将不能执行，报错应该是“Execution failed due to configuration error: Invalid permissions on Lambda function”。我不知道怎么用 botocore 添加权限。你可以通过 AWS console 来解决这个问题，找到你的 API, 进到 /POST 端点，进到“integration request”，点击“Lambda Function”旁边的编辑图标，修改它，然后保存。此时将弹出一个窗口提示“You are about to give API Gateway permission to invoke your Lambda function”， 点击“OK”。

当你完成后，记录下 ./tools/deploy.py 打印出的 URL，像下面这样调用它，然后查看你的新 API 的行为：

1. $ curl -X POST https://a1b2c3d4.execute-api.us-east-1.amazonaws.com/prod/ 
2. {"status": "success", "meditation": "the count of machines abides"} 

本地运行

不幸的是，AWS Lambda 没有好的方法能在本地运行你的代码。在这个例子里，我们将用一个简单的 flask 服务器来在本地托管合适的端点，并调用 handler 函数。

1. from __future__ import absolute_import 
2.  
3. from flask import Flask, jsonify 
4.  
5. from server.meditate import handler 
6.  
7. app = Flask(__name__) 
8.  
9. @app.route("/", methods=["POST"]) 
10. def index():
11.  
12.     class FakeContext(object): 
13.         aws_request_id = "XXX" 
14.  
15.     return jsonify(**handler(None, FakeContext())) 
16.  
17. app.run(host="0.0.0.0") 

你可以在仓库中用 ./tools/serve.sh 运行它，像这样调用：

1. $ curl -X POST http://localhost:5000/ 
2. { 
3.     "meditation": "your solution requires a blood eagle", 
4.     "status": "success" 
5. } 

测试

你总是应该测试你的代码。我们的测试方法是导入并运行我们的 handler 函数。这是最基本的 python 测试方法：

1. from __future__ import absolute_import 
2.  
3. import unittest 
4.  
5. from server.meditate import handler 
6.  
7. class SubmitTestCase(unittest.TestCase): 
8.  
9. def test_submit(self): 
10.  
11. class FakeContext(object): 
12.  
13. aws_request_id = "XXX" 
14.  
15. response = handler(None, FakeContext()) 
16.  
17. self.assertEquals(response["status"], "success")  
18. self.assertTrue("meditation" in response) 

你可以在仓库里通过 nose2 运行这个测试代码。

更多前景

• 和 AWS 服务的无缝集成。通过 boto，你可以完美地轻易连接到任何其他的 AWS 服务。你可以轻易地让你的执行角色用 IAM 访问这些服务。你可以从 S3 取文件或放文件到 S3，连接到 Dynamo DB，调用其他 Lambda Function，等等。
• 访问数据库。你也可以轻易地访问远程数据库。在你的 Lambda handler 模块的最上面连接数据库，并在handler 函数中执行查询。你很可能必须从它的安装位置上传相关的包内容才能使它正常工作。可能你也需要静态编译某些库。
• 调用其他 webservices。API Gateway 也是一种把 webservices 的输出从一个格式转换成另一个格式的方法。你可以充分利用这个特点通过不同的 webservices 来代理调用，或者当业务变更时提供后向兼容能力。