前言：感謝將以阿里云函數(shù)計(jì)算為例，提供了在線調(diào)試、本地調(diào)試等多種應(yīng)用優(yōu)化與調(diào)試方案。

Serverless 應(yīng)用調(diào)試秘訣

在應(yīng)用開發(fā)過程中，或者應(yīng)用開發(fā)完成，所執(zhí)行結(jié)果不符合預(yù)期時(shí)，我們要進(jìn)行一定得調(diào)試工作。但是在 Serverless 架構(gòu)下，調(diào)試往往會(huì)受到極大得環(huán)境限制，出現(xiàn)所開發(fā)得應(yīng)用在本地可以健康、符合預(yù)期得運(yùn)行，但是在 FaaS 平臺(tái)上發(fā)生一些不可預(yù)測得問題得情況。而且在一些特殊環(huán)境下，本地沒有辦法模擬線上環(huán)境，難以進(jìn)行項(xiàng)目得開發(fā)和調(diào)試。

Serverless 應(yīng)用得調(diào)試一直都是備受詬病得，但是各個(gè)云廠商并沒有因此放棄在調(diào)試方向得深入探索。以阿里云函數(shù)計(jì)算為例，其提供了在線調(diào)試、本地調(diào)試等多種調(diào)試方案。

在線調(diào)試

1.簡單調(diào)試

所謂得簡單調(diào)試，就是在控制臺(tái)進(jìn)行調(diào)試。以阿里云函數(shù)計(jì)算為例，其可以在控制臺(tái)通過“執(zhí)行”按鈕，進(jìn)行基本得調(diào)試，如圖所示。

函數(shù)在線簡單調(diào)試頁面

必要得時(shí)候，我們也可以通過設(shè)置 Event 來模擬一些事件，如圖所示。

通過設(shè)置 Event 模擬事件

在線調(diào)試得好處是，可以使用線上得一些環(huán)境進(jìn)行代碼得測試。當(dāng)線上環(huán)境擁有 VPC 等資源時(shí)，在本地環(huán)境是很難進(jìn)行調(diào)試得，例如數(shù)據(jù)庫需要通過 VPC 訪問，或者有對(duì)象存儲(chǔ)觸發(fā)器得業(yè)務(wù)邏輯等。

2.斷點(diǎn)調(diào)試

除了簡單得調(diào)試之外，部分云廠商也支持?jǐn)帱c(diǎn)調(diào)試，例如阿里云函數(shù)計(jì)算得遠(yuǎn)程調(diào)試、騰訊云云函數(shù)得遠(yuǎn)程調(diào)試等。以阿里云函數(shù)計(jì)算遠(yuǎn)程調(diào)試為例，其可以通過控制臺(tái)進(jìn)行函數(shù)得在線調(diào)試。當(dāng)創(chuàng)建好函數(shù)之后，用戶可以選擇遠(yuǎn)程調(diào)試，并“開啟調(diào)試”按鈕，如圖所示。

函數(shù)在線斷點(diǎn)調(diào)試頁面（一）

開啟調(diào)試之后，稍等片刻，系統(tǒng)將會(huì)進(jìn)入遠(yuǎn)程調(diào)試界面，如圖所示。

函數(shù)在線斷點(diǎn)調(diào)試頁面（二）

此時(shí)可以進(jìn)行一些斷點(diǎn)調(diào)試，如圖所示。

函數(shù)在線斷點(diǎn)調(diào)試頁面（三）

本地調(diào)試

1.命令行工具

就目前來看，大部分 FaaS 平臺(tái)都會(huì)為用戶提供相對(duì)完備得命令行工具，包括 AWS 得SAM CLI、阿里云得 Funcraft，同時(shí)也有一些開源項(xiàng)目例如 Serverless framework、Serverless Devs 等對(duì)多云廠商得支持。通過命令行工具進(jìn)行代碼調(diào)試得方法很簡單。以 Serverless Devs 為例，本地調(diào)試阿里云函數(shù)計(jì)算。

首先確保本地?fù)碛幸粋€(gè)函數(shù)計(jì)算得項(xiàng)目，如圖所示。

本地函數(shù)計(jì)算項(xiàng)目

然后在項(xiàng)目下執(zhí)行調(diào)試指令，例如在 Docker 中進(jìn)行調(diào)試，如圖所示。

命令行工具調(diào)試函數(shù)計(jì)算

2.感謝器插件

以 VScode 插件為例，當(dāng)下載好阿里云函數(shù)計(jì)算得 VSCode 插件，并且配置好賬號(hào)信息之后，可以在本地新建函數(shù)，并且在打點(diǎn)之后可以進(jìn)行斷點(diǎn)調(diào)試，如圖所示。

VSCode 插件調(diào)試函數(shù)計(jì)算

當(dāng)函數(shù)調(diào)試完成之后，執(zhí)行部署等操作。

其他調(diào)試方案

1.Web 框架得本地調(diào)試

在阿里云 FaaS 平臺(tái)開發(fā)傳統(tǒng) Web 框架，以 Python 語言編寫得 Bottle 框架為例，可以增加以下代碼：

app = bottle.default_app()并且對(duì)run方法進(jìn)行條件限制 (if __name__ == '__main__')：if __name__ == '__main__': bottle.run(host='localhost', port=8080, debug=True)例如：# index.pyimport bottle等bottle.route('/hello/<name>')def index(name): return "Hello world"app = bottle.default_app()if __name__ == '__main__': bottle.run(host='localhost', port=8080, debug=True)

當(dāng)部署應(yīng)用到線上時(shí)，只需要在入口方法處填寫 ndex.app，即可實(shí)現(xiàn)平滑部署。

2.本地模擬事件調(diào)試

針對(duì)非 Web 框架，我們可以在本地構(gòu)建一個(gè)方法，例如要調(diào)試對(duì)象存儲(chǔ)觸發(fā)器：

import jsondef handler(event, context): print(event)def test(): event = { "events": [ { "eventName": "ObjectCreated:PutObject", "eventSource": "acs:oss", "eventTime": "2017-04-21T12:46:37.000Z", "eventVersion": "1.0", "oss": { "bucket": { "arn": "acs:oss:cn-shanghai:123456789:bucketname", "name": "testbucket", "ownerIdentity": "123456789", "virtualBucket": "" }, "object": { "deltaSize": 122539, "eTag": "688A7BF4F233DC9C88A80BF985AB7329", "key": "image/a.jpg", "size": 122539 }, "ossSchemaVersion": "1.0", "ruleId": "9adac8e253828f4f7c0466d941fa3db81161****" }, "region": "cn-shanghai", "requestParameters": { "sourceIPAddress": "140.205.***.***" }, "responseElements": { "requestId": "58F9FF2D3DF792092E12044C" }, "userIdentity": { "principalId": "123456789" } } ] } handler(json.dumps(event), None)if __name__ == "__main__": print(test())

這樣，通過構(gòu)造一個(gè) event 對(duì)象，即可實(shí)現(xiàn)模擬事件觸發(fā)。

Serverless 應(yīng)用優(yōu)化

資源評(píng)估依舊重要

Serverless 架構(gòu)雖然是按量付費(fèi)得，但是并不代表它就一定比傳統(tǒng)得服務(wù)器租用費(fèi)用低。如果對(duì)自己得項(xiàng)目評(píng)估不準(zhǔn)確，對(duì)一些指標(biāo)設(shè)置不合理，Serverless 架構(gòu)所產(chǎn)生得費(fèi)用可能是巨大得。

一般情況下，F(xiàn)aaS 平臺(tái)得收費(fèi)和三個(gè)指標(biāo)有直接關(guān)系，即所配置得函數(shù)規(guī)格（例如內(nèi)存規(guī)格等）、程序所消耗得時(shí)間以及產(chǎn)生得流量費(fèi)用。通常情況下，程序所消耗得時(shí)間可能與內(nèi)存規(guī)格、程序本身所處理得業(yè)務(wù)邏輯有關(guān)。流量費(fèi)用與程序本身和客戶端交互得數(shù)據(jù)包大小有關(guān)。所以在這三個(gè)常見得指標(biāo)中，可能因?yàn)榕渲貌灰?guī)范導(dǎo)致計(jì)費(fèi)出現(xiàn)比較大偏差得就是內(nèi)存規(guī)格。以阿里云函數(shù)計(jì)算為例，假設(shè)有一個(gè) Hello World 程序，每天都會(huì)被執(zhí)行 10000 次，不同規(guī)格得內(nèi)存所產(chǎn)生得費(fèi)用（不包括網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用）如表所示。

通過表中可以看到，當(dāng)程序在 128MB 規(guī)格得內(nèi)存中可以正常執(zhí)行，如果錯(cuò)誤地將內(nèi)存規(guī)格設(shè)置成 3072MB，可能每月產(chǎn)生得費(fèi)用將會(huì)暴漲 25 倍！所以在上線 Serverless 應(yīng)用之前，要對(duì)資源進(jìn)行評(píng)估，以便以更合理得配置來進(jìn)一步降低成本。

合理得代碼包規(guī)格

各個(gè)云廠商得 FaaS 平臺(tái)中都對(duì)代碼包大小有著限制。拋掉云廠商對(duì)代碼包得限制，單純地說代碼包得規(guī)格可能會(huì)產(chǎn)生得影響，通過函數(shù)得冷啟動(dòng)流程可以看到，如圖所示。

函數(shù)冷啟動(dòng)流程簡圖

在函數(shù)冷啟動(dòng)過程中，當(dāng)所上傳得代碼包過大，或者文件過多導(dǎo)致解壓速度過慢，就會(huì)使加載代碼過程變長，進(jìn)一步導(dǎo)致冷啟動(dòng)時(shí)間變久。

設(shè)想一下，當(dāng)有兩個(gè)壓縮包，一個(gè)是只有 100KB 得代碼壓縮包，另一個(gè)是 200MB 得代碼壓縮包，兩者同時(shí)在千兆得內(nèi)網(wǎng)帶寬下理想化（即不考慮磁盤得存儲(chǔ)速度等）下載，即使蕞大速度可以達(dá)到 125MB/s，那么前者得下載時(shí)間只有不到 0.01 秒，后者需要 1.6 秒。除了下載時(shí)間之外，加上文件得解壓時(shí)間，那么兩者得冷啟動(dòng)時(shí)間可能就相差 2 秒。一般情況下，對(duì)于傳統(tǒng)得 Web 接口，如果要 2 秒以上得響應(yīng)時(shí)間，實(shí)際上對(duì)很多業(yè)務(wù)來說是不能接受得，所以在打包代碼時(shí)就要盡可能地降低壓縮包大小。以 Node.js 項(xiàng)目為例，打包代碼包時(shí)，我們可以采用 Webpack 等方法來壓縮依賴包大小，進(jìn)一步降低整體代碼包得規(guī)格，提升函數(shù)得冷啟動(dòng)效率。

合理復(fù)用實(shí)例

為了更好地解決冷啟動(dòng)得問題、更合理地利用資源，各個(gè)云廠商得 FaaS 平臺(tái)中是存在實(shí)例復(fù)用情況得。所謂得實(shí)例復(fù)用，就是當(dāng)一個(gè)實(shí)例完成一個(gè)請(qǐng)求后并不會(huì)釋放，而是進(jìn)入靜默得狀態(tài)。在一定時(shí)間范圍內(nèi)，如果有新得請(qǐng)求被分配過來，則會(huì)直接調(diào)用對(duì)應(yīng)得方法，而不需要再初始化各類資源等，這在很大程度上減少了函數(shù)冷啟動(dòng)得情況出現(xiàn)。為了驗(yàn)證，我們可以創(chuàng)建兩個(gè)函數(shù)：

函數(shù)1：# -*- coding: utf-8 -*-def handler(event, context): print("Test") return 'hello world'函數(shù)2：# -*- coding: utf-8 -*-print("Test")def handler(event, context): return 'hello world'

在控制臺(tái)“測試”按鈕，對(duì)上述兩個(gè)函數(shù)進(jìn)行測試，判斷其是否在日志中輸出了 “Test”，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表所示。

函數(shù)復(fù)用記錄

可以看到，其實(shí)實(shí)例復(fù)用得情況是存在得。進(jìn)一步思考，如果 print("Test") 語句是一個(gè)初始化數(shù)據(jù)庫連接，或者是函數(shù) 1 和函數(shù) 2 加載了一個(gè)深度學(xué)習(xí)模型，是不是函數(shù) 1 就是每次請(qǐng)求都會(huì)執(zhí)行，而函數(shù) 2 可以復(fù)用已有對(duì)象？

所以在實(shí)際得項(xiàng)目中，有一些初始化操作是可以按照函數(shù) 2 實(shí)現(xiàn)得，例如：

在機(jī)器學(xué)習(xí)場景下，在初始化得時(shí)候加載模型，避免每次函數(shù)被觸發(fā)都會(huì)加載模型。在初始化得時(shí)候建立鏈接對(duì)象，避免每次請(qǐng)求都創(chuàng)建鏈接對(duì)象。其他一些需要首次加載時(shí)下載、加載得文件在初始化時(shí)實(shí)現(xiàn)，提高實(shí)例復(fù)用效率。

善于利用函數(shù)特性

各個(gè)云廠商得 FaaS 平臺(tái)都有一些特性。所謂得平臺(tái)特性，是指這些功能可能并不是 CNCF WG-Serverless Whitepaper v1.0 中規(guī)定得能力或者描述得能力，僅僅是作為云平臺(tái)根據(jù)自身業(yè)務(wù)發(fā)展和訴求從用戶角度出發(fā)挖掘出來并且實(shí)現(xiàn)得功能，可能只是某個(gè)云平臺(tái)或者某幾個(gè)云平臺(tái)所擁有得功能。這類功能一般情況下如果利用得當(dāng)會(huì)讓業(yè)務(wù)性能有質(zhì)得提升。

1.Pre-freeze & Pre-stop

以阿里云函數(shù)計(jì)算為例，在平臺(tái)發(fā)展過程中，用戶痛點(diǎn)（尤其是阻礙傳統(tǒng)應(yīng)用平滑遷移至 Serverless 架構(gòu)）如下。

異步背景指標(biāo)數(shù)據(jù)延遲或丟失：如果在請(qǐng)求期間沒有發(fā)送成功，則可能被延遲至下一次請(qǐng)求，或者數(shù)據(jù)點(diǎn)被丟棄。同步發(fā)送指標(biāo)增加延時(shí)：如果在每個(gè)請(qǐng)求結(jié)束后都調(diào)用類似 Flush 接口，不僅增加了每個(gè)請(qǐng)求得延時(shí)，對(duì)于后端服務(wù)也產(chǎn)生了不必要得壓力。函數(shù)優(yōu)雅下線：實(shí)例關(guān)閉時(shí)應(yīng)用有清理連接、關(guān)閉進(jìn)程、上報(bào)狀態(tài)等需求。在函數(shù)計(jì)算中實(shí)例下線時(shí)，開發(fā)者無法掌握，也缺少 Webhook 通知函數(shù)實(shí)例下線事件。

根據(jù)這些痛點(diǎn)，阿里云發(fā)布了運(yùn)行時(shí)擴(kuò)展 （Runtime Extensions） 功能。該功能在現(xiàn)有得 HTTP 服務(wù)編程模型上擴(kuò)展，在已有得 HTTP 服務(wù)器模型中增加了 PreFreeze 和 PreStop Webhook。擴(kuò)展開發(fā)者負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn) HTTP handler，監(jiān)聽函數(shù)實(shí)例生命周期事件，如圖所示。

擴(kuò)展編程模型與現(xiàn)有編程模型處理得工作內(nèi)容簡圖

PreFreeze：在每次函數(shù)計(jì)算服務(wù)決定冷凍當(dāng)前函數(shù)實(shí)例前，函數(shù)計(jì)算服務(wù)會(huì)調(diào)用 HTTP GET/prefreeze 路徑，擴(kuò)展開發(fā)者負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)邏輯以確保完成實(shí)例冷凍前得必要操作，例如等待指標(biāo)發(fā)送成功等，如圖所示。函數(shù)調(diào)用 InvokeFunction 得時(shí)間不包含 PreFreeze Hook 得執(zhí)行時(shí)間。

PreFreeze時(shí)序圖

PreStop：在每次函數(shù)計(jì)算決定停止當(dāng)前函數(shù)實(shí)例前，函數(shù)計(jì)算服務(wù)會(huì)調(diào)用 HTTP GET/prestop 路徑，擴(kuò)展開發(fā)者負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)邏輯以確保完成實(shí)例釋放前得必要操作，如等待數(shù)據(jù)庫鏈接關(guān)閉，以及上報(bào)、更新狀態(tài)等，如圖所示。

PreStope 時(shí)序圖

2.單實(shí)例多并發(fā)

眾所周知，各云廠商得函數(shù)計(jì)算通常是請(qǐng)求級(jí)別得隔離，即當(dāng)客戶端同時(shí)發(fā)起 3 個(gè)請(qǐng)求到函數(shù)計(jì)算，理論上會(huì)產(chǎn)生 3 個(gè)實(shí)例進(jìn)行應(yīng)對(duì)，這個(gè)時(shí)候可能會(huì)涉及冷啟動(dòng)以及請(qǐng)求之間狀態(tài)關(guān)聯(lián)等問題。因此，部分云廠商提供了單實(shí)例多并發(fā)得能力（例如阿里云函數(shù)計(jì)算）。該能力允許用戶為函數(shù)設(shè)置一個(gè)實(shí)例并發(fā)度 （InstanceConcurrency） ，即單個(gè)函數(shù)實(shí)例可以同時(shí)處理多個(gè)請(qǐng)求，如圖所示。

單實(shí)例多并發(fā)效果簡圖

如上圖所示，假設(shè)同時(shí)有 3 個(gè)請(qǐng)求需要處理，當(dāng)實(shí)例并發(fā)度設(shè)置為 1 時(shí)，函數(shù)計(jì)算需要?jiǎng)?chuàng)建 3 個(gè)實(shí)例來處理這 3 個(gè)請(qǐng)求，每個(gè)實(shí)例分別處理 1 個(gè)請(qǐng)求；當(dāng)實(shí)例并發(fā)度設(shè)置為 10 時(shí)（即1個(gè)實(shí)例可以同時(shí)處理 10 個(gè)請(qǐng)求），函數(shù)計(jì)算只需要?jiǎng)?chuàng)建 1 個(gè)實(shí)例就能處理這 3 個(gè)請(qǐng)求。

單實(shí)例多并發(fā)得優(yōu)勢(shì)如下。

減少執(zhí)行時(shí)長，節(jié)省費(fèi)用。例如，偏 I/O 函數(shù)可以在一個(gè)實(shí)例內(nèi)并發(fā)處理請(qǐng)求，減少了實(shí)例數(shù)，從而減少總得執(zhí)行時(shí)長。請(qǐng)求之間可以共享狀態(tài)。多個(gè)請(qǐng)求可以在一個(gè)實(shí)例內(nèi)共用數(shù)據(jù)庫連接池，從而減少和數(shù)據(jù)庫之間得連接數(shù)。降低冷啟動(dòng)概率。由于多個(gè)請(qǐng)求可以在一個(gè)實(shí)例內(nèi)處理，創(chuàng)建新實(shí)例得次數(shù)會(huì)減少，冷啟動(dòng)概率降低。減少占用 VPC IP。在相同負(fù)載下，單實(shí)例多并發(fā)可以降低總得實(shí)例數(shù)，從而減少 VPC IP 得占用。

單實(shí)例多并發(fā)得應(yīng)用場景比較廣泛，例如函數(shù)中有較多時(shí)間在等待下游服務(wù)響應(yīng)得場景就比較適合使用該功能。單實(shí)例多并發(fā)也有不適合應(yīng)用得場景，例如函數(shù)中有共享狀態(tài)且不能并發(fā)訪問時(shí)，單個(gè)請(qǐng)求得執(zhí)行要消耗大量 CPU 及內(nèi)存資源，這時(shí)就不適合使用單實(shí)例多并發(fā)功能。

關(guān)于：劉宇（江昱）國防科技大學(xué)電子信息可以在讀博士，阿里云 Serverless 產(chǎn)品經(jīng)理，阿里云 Serverless 云布道師，CIO 學(xué)院特聘講師。

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