夏日清风 - 基于Docker Swarm的极简Serverless实践

在今年4月份的DockerCon压轴的 Moby's Cool Hack Session上，Alex Ellis给大家展现了一个名为Function as a Service (FaaS)项目。FaaS基于Docker Swarm集群上实现了一个极简的Serverless框架，支持将任意Unix进程作为函数实现来对外提供服务。

FaaS 架构

在 FaaS 原型系统中

1. 任何进程都可以转化成为一个函数，并利用Docker镜像进行打包和交付
2. 利用 Docker Swarm 集群的资源调度和routing mesh的负载均衡能力简洁地实现了函数的调度能力。其中每个函数对应一个Docker集群中的服务
3. 基于 Prometheus 实现函数调用监控和自动伸缩

其设计架构非常简单，其中

• API Gateway 负责接受服务调用，路由请求到后端函数实现，并采集服务调用的指标发送给 Prometheus。 Prometheus 则会根据一段时间内服务调用的次数，回调API Gateway 来动态伸缩服务容器实例数量。
• Function Watchdog 将HTTP请求转发为进程调用，并将请求数据通过 STDIN 传递给进程，而将进程的 STDOUT 作为 HTTP 响应的结果返回给调用者。将函数进程和Function Watchdog打包成一个容器镜像进行部署。其调用流程如下：

FaaS 在本地部署非常简单

首先你需要准备一个本地的Docker Swarm集群，如果没有，可以安装最新Docker Engine并执行下面命令：

docker swarm init

执行如下命令来部署FaaS

git clone https://github.com/alexellis/faas
cd faas
./deploy_stack.sh 

在部署完成之后，我们可以通过如下命令检查FaaS的状态

$ docker stack services func
ID            NAME               MODE        REPLICAS  IMAGE
1a8b2tb19ulk  func_gateway       replicated  1/1       functions/gateway:0.5.6
4jdexem6kppg  func_webhookstash  replicated  1/1       functions/webhookstash:latest
9ju4er5jur9l  func_wordcount     replicated  1/1       functions/alpine:health
e190suippx7i  func_markdown      replicated  1/1       alexellis2/faas-markdownrender:latest
l70j4c7kf99t  func_alertmanager  replicated  1/1       functions/alertmanager:latest
mgujgoa2u8f3  func_decodebase64  replicated  1/1       functions/alpine:health
o44asbnhqbda  func_hubstats      replicated  1/1       alexellis2/faas-dockerhubstats:latest
q8rx49ow3may  func_echoit        replicated  1/1       functions/alpine:health
t1ao5psnsj0s  func_base64        replicated  1/1       functions/alpine:health
vj5z7rpdlo48  func_prometheus    replicated  1/1       functions/prometheus:latest
xmwzd4z7l4dv  func_nodeinfo      replicated  1/1       functions/nodeinfo:latest 

随后通过浏览器来访问 http://127.0.0.1:8080/ui FaaS

整个流程非常简单，就像夏日的清风，让人感到自然愉悦。

在阿里云上测试FaaS

由于FaaS是基于Docker Swarm mode集群进行部署的，你首先需要在阿里云容器服务创建一个Swarm mode集群

然后利用如下模板来部署应用

version: "3"
services:

# Core API services are pinned, HA is provided for functions.
    gateway:
        volumes:
            - "/var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock"
        ports:
            - 8080:8080
        labels:
            aliyun.routing.port_8080: faas
        image: functions/gateway:0.5.6
        networks:
            - functions
        environment:
            dnsrr: "true"  # Temporarily use dnsrr in place of VIP while issue persists on PWD
        deploy:
            placement:
                constraints: [node.role == manager]
 
    prometheus:
        image: functions/prometheus:latest  # autobuild from Dockerfile in repo.
        command: "-config.file=/etc/prometheus/prometheus.yml -storage.local.path=/prometheus -storage.local.memory-chunks=10000 --alertmanager.url=http://alertmanager:9093"
        ports:
            - 9090:9090
        depends_on:
            - gateway
            - alertmanager
        labels:
            aliyun.routing.port_9090: prometheus
        environment:
            no_proxy: "gateway"
        networks:
            - functions
        deploy:
            placement:
                constraints: [node.role == manager]

    alertmanager:
        image: functions/alertmanager:latest    # autobuild from Dockerfile in repo.
        environment:
            no_proxy: "gateway"
        command:
            - '-config.file=/alertmanager.yml'
        networks:
            - functions
        ports:
            - 9093:9093
        deploy:
            placement:
                constraints: [node.role == manager]

    # Sample functions go here.

    # Service label of "function" allows functions to show up in UI on http://gateway:8080/
    webhookstash:
        image: functions/webhookstash:latest
        labels:
            function: "true"
        depends_on:
            - gateway
        networks:
            - functions
        environment:
            no_proxy: "gateway"
            https_proxy: $https_proxy

    # Pass a username as an argument to find how many images user has pushed to Docker Hub.
    hubstats:
        image: alexellis2/faas-dockerhubstats:latest
        labels:
            function: "true"
        depends_on:
            - gateway
        networks:
            - functions
        environment:
            no_proxy: "gateway"
            https_proxy: $https_proxy

    # Node.js gives OS info about the node (Host)
    nodeinfo:
        image: functions/nodeinfo:latest
        labels:
            function: "true"
        depends_on:
            - gateway
        networks:
            - functions
        environment:
            no_proxy: "gateway"
            https_proxy: $https_proxy

    # Uses `cat` to echo back response, fastest function to execute.
    echoit:
        image: functions/alpine:health
        labels:
            function: "true"
        depends_on:
            - gateway
        networks:
            - functions
        environment:
            fprocess: "cat"
            no_proxy: "gateway"
            https_proxy: $https_proxy

    # Counts words in request with `wc` utility
    wordcount:
        image: functions/alpine:health
        labels:
            function: "true"
            com.faas.max_replicas: "10"
        depends_on:
            - gateway
        networks:
            - functions
        environment:
            fprocess: "wc"
            no_proxy: "gateway"
            https_proxy: $https_proxy

    # Calculates base64 representation of request body.
    base64:
        image: functions/alpine:health
        labels:
            function: "true"
        depends_on:
            - gateway
        networks:
            - functions
        environment:
            fprocess: "base64"
            no_proxy: "gateway"
            https_proxy: $https_proxy

    # Decodes base64 representation of request body.
    decodebase64:
        image: functions/alpine:health
        labels:
            function: "true"
        depends_on:
            - gateway
        networks:
            - functions
        environment:
            fprocess: "base64 -d"
            no_proxy: "gateway"
            https_proxy: $https_proxy

    # Converts body in (markdown format) -> (html)
    markdown:
        image: alexellis2/faas-markdownrender:latest
        labels:
            function: "true"
        depends_on:
            - gateway
        networks:
            - functions
        environment:
            no_proxy: "gateway"
            https_proxy: $https_proxy

networks:
    functions:
        driver: overlay

和本地部署相比只是增加了两个 label，定义了API Gatway和Prometheus的路由

• "aliyun.routing.port_8080: faas" : API Gatway的虚拟域名
• "aliyun.routing.port_9090: prometheus" : prometheus服务的虚拟域名

然后基于上面模板创建应用，

注：这里的应用名为 “faas_default”，部署完成之后所有函数服务和访问的名空间都基于这个名称。

部署完成之后，我们可以看见相应的服务列表

选择路由列表标签，我们可以看到之前定义的路由地址已经出现在列表中

可以点击连接上面连接访问FaaS的API Gateway和Prometheus服务界面

下面我们来进行一个测试来验证服务的伸缩性，首先，我们参照文档将Prometheus的URL修改为

http://<prometheus-endpoint>/graph?g0.range_input=15m&g0.expr=gateway_service_count&g0.tab=0&g1.range_input=15m&g1.expr=rate(gateway_function_invocation_total%5B20s%5D)&g1.tab=0&g2.range_input=15m&g2.expr=gateway_functions_seconds_sum+%2F+gateway_functions_seconds_count&g2.tab=0

注：其中URL的prometheus-endpoint需要替换为上文中端点地址

然后在本地运行如下命令

while [ true ] ; do curl -X POST http://<faas-endpoint>/function/faas-default_echoit -d 'Hello, Function as a Service'; done

注：命令中路径需要替换faas-endpoint，如果服务名称与faas-default_echoit不同，也请自行调整。

在Prometheus界面可以看到服务调用量的变化

在容器服务的应用服务列表界面，可以看到，faas-default_echoit的容器实例从1个扩容到20个。

当结束测试之后，服务实例也会缩容到一个

如果对创建自己的函数感兴趣，可以参考 Alex 的博客，本文不再赘述

https://blog.alexellis.io/build-and-deploy-with-faas/

总结

FaaS基于Docker Swarm集群技术，实现了一个极简的Serverless框架，支持将任意Unix进程作为函数来对外提供服务。FaaS目前还是一个原型系统，如果大家需要完备的Function as a Service能力，体验无服务器运维，还是建议采用阿里云 FunctionCompute服务。

FaaS框架展示了一些有趣的可能性

• 将现有程序封装成为函数，可以作为服务方便地集成到应用业务逻辑中。将函数计算和现有微服务架构应用有机结合在一起。
• 基于Docker和Swarm集群技术，部署运维非常简单。可以在任何地方部署，甚至是ARM设备上。下图来自RICHARD GEE，演示了在树莓派集群上运行FaaS。