原文链接 https://lingxiankong.github.io/2017-03-05-faas-fission.html
注：以下为加速网络访问所做的原文缓存，经过重新格式化，可能存在格式方面的问题，或偶有遗漏信息，请以原文为准。
这篇博客需要你懂Kubernetes和Docker
之前就一直关注FaaS，简单分析过AWS Lambda和其他几个FaaS项目。我最初关注FaaS是因为我想在Mistral（OpenStack项目）中引入执行自定义代码的能力，来增强Mistral的可用性。AWS Lambda是Amazon在2016年对外发布的项目，发布之后就一直是serverless领域的标杆，后来的的FaaS项目基本都是参照AWS Lambda设计和实现。
恰逢我在学习Golang语言，就一点一点的把iron-functions的代码啃完了，发现iron.io对于开源FaaS还是不太有诚意，至少从他开源的这部分代码看，跟他们的商业软件还是差的很远，他们开源也许仅仅是为了吸引更多的注意力而已，毕竟他们仅靠FaaS活着。时间进入2017年，Planform9也对外开源了一个项目：fission，是基于Kubernetes平台实现的FaaS。又恰逢我在阅读Kubernetes的文档，而且fission也是Go语言实现，所以我就又读了一下它的源代码。作为一个新项目，fission的实现还是比较简单，但代码看着却比iron-functions清爽许多。所以还是秉承做笔记的态度，介绍一下fission的架构和实现。
目前只能从fission的代码库中找到一点相关的文档，我也是读完代码才做出如下总结。
Fission Services的部署
fission基于Kubernetes平台，它的安装很简单，就是使用kubectl命令创建一系列fission管理资源，所有的资源都创建在名为fission的namespace中（而通过fission创建的资源都在fission-function命名空间中）。在代码库中有fission-bundle文件夹，根据 Dockerfile 创建出 fission service 的 docker image，就可以容器化部署 fission 了。在 fission 容器中，通过 import fission 的 github repo 来获取 fission 的代码从而启动各个服务进程。
其中包含4个service：
etcd
controller，是fission对外提供管理API的组件。除了用户创建function时需要存储代码文件之外，其他的操作都只在etcd中存储数据结构。
router，fission通过router这一个独立的service来实现真正FaaS，router实现了根据用户的http请求运行code的能力。 router 是类似于 AWS 中的 API Gateway 的作用。
router会与controller和poolmgr打交道，会监听 controller 中triggers的更新，动态的更新web service的route定义。router内部以缓存的形式维护了一个从function到一个url的映射，这样对于调用过的function，router会很快的拿到返回值。
当用户第一次发送 HTTP 请求调用一个 function 时，消息的接受者是router，router 会调用 poolmgr API 获取function 对应的 service URL
- poolmgr，维护environment与Kubernetes中deployment的映射关系。poolmgr与controller和kubernetes打交道，同时对外（主要是对router）提供API。
对于用户创建的environment，poolmgr中有循环的线程自动在kubernetes中根据env的镜像创建包含三副本pod的deployment，每个pod中有两个container，一个使用env的镜像创建，另一个是fission中的辅助container，镜像是fission/fetcher。两个container共享一个volume。因为env是定义基础镜像，而一个env可能会关联许多function，所以需要fetcher根据具体的function在通用的container里运行不同的code。
poolmgr会维护几个映射缓存：function到service，function到environment，environment到pool(也就是deployment)。
poolmgr还会定期清理“不活跃”的deployment，比如env被删了。还会定期删除不活跃的pod，让kubernetes自动创建新的、干净的pod供其他function使用。
poolmgr提供的API只有两个，一个是根据function获取对应的service url，另一个是类似心跳API帮助维护缓存。因为router里也维护有function到service url的缓存，所以当function被调用时，router会通知poolmgr更新一下对应service对象的时间，避免被误删。
所以，在fission中，不同的function可能对应同一个environment，这个environment对应kubernetes中的一个deployment，deployment中有一些pod，每一个pod会服务于某一个function。为了快速响应，一个function被调用后，pod并不会立即被清理。如果某个function长时间没有被调用，它对应的pod就会被自动清理掉。
通过命令查看安装完后fission命名空间的服务：
$ kubectl --namespace fission get services
NAME CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
controller 10.0.0.99 <nodes> 80:31313/TCP 11d
etcd 10.0.0.229 <none> 2379/TCP 11d
poolmgr 10.0.0.83 <none> 80/TCP 11d
router 10.0.0.63 <nodes> 80:31314/TCP 11d
$ kubectl --namespace fission get deployments
NAME DESIRED CURRENT UP-TO-DATE AVAILABLE AGE
controller 1 1 1 1 11d
etcd 1 1 1 1 11d
kubewatcher 1 1 1 1 11d
poolmgr 1 1 1 1 11d
router 1 1 1 1 11d
下面的命令行基本都是在'fission' namespace下工作，我是后来才知可以设置默认的namespace，这样就不用在每个命令里都指定了，方法如下。
export CONTEXT=$(kubectl config view | awk '/current-context/ {print $2}') kubectl config set-context $CONTEXT --namespace=fission kubectl config view | grep namespace:
Fission Resources
fission中的对象也很简单，包括：
- environment，定义一个镜像，目前仅支持dockerhub
- function，定义基于env的代码
- httpTrigger，定义http请求到function的映射
- watch，定义kubernetes事件与function的映射，让用户有机会监听kubernetes本身的事件。
Call Functions
FaaS的主要功能，其实就是一个http调用，运行用户定义的函数，拿到返回结果。所以对于fission来说，核心的代码逻辑就是根据用户的HTTP请求，找到一个container运行用户自定义的代码，这部分功能由router服务实现。这里有几个映射关系需要理清楚：
- function与service url。router服务需要快速的根据function获取一个url，调用并返回给用户结果。
- env与deployment。poolmgr需要快速根据env中定义的镜像获取一个可用的container来运行用户的代码。
router服务启动时，就会根据系统所有的trigger建立web service路由信息（当然，也会定期更新）。用户发送http请求，router服务通过映射关系找到与哪个function关联，进而试图找到function对应的service url（这里的service其实就是kubernetes的service）：
- 如果router的缓存中找到了function对应的service url，那么router会直接将请求消息转发到该url，并代理消息的返回。相当于是kubernetes内部一个pod访问另一个pod的service。
- 如果缓存中没有，router就会调用poolmgr的API获取这个url，poolmgr会根据function找到它的env对应的deployment，进而找到一个空闲的pod，打上label。pod里有两个container，那个fetcher会从controller获取function的代码。最终返回pod的地址。
如何初始化Function Pod
默认情况，deployment创建好之后，里面的pod都是generic的，只有两个container而已。
当function被调用时，poolmgr获取到空闲的、可用的pod，就会向pod发送一个HTTP请求，请求参数中包含function的代码获取地址和要创建的代码文件名（默认是user），该请求由fetcher container处理，将代码下载到共享路径。
然后向pod发送第二个HTTP请求，该请求由function container处理（在制作镜像时，需要做前置工作），（以python为例）加载code的main函数（但不调用），这里使用了imp.load_source方法加载代码module。
最终返回pod的IP地址。
实战
根据fission的文档，使用fission一系列简单的命令行操作如下（这里我已经创建了一系列资源）：
$ export FISSION_URL=http://$(minikube ip):31313
There is a newer version of minikube available (v0.17.1). Download it here:
https://github.com/kubernetes/minikube/releases/tag/v0.17.1
To disable this notification, run the following:
minikube config set WantUpdateNotification false
$ export FISSION_ROUTER=$(minikube ip):31314
$ fission env list
NAME UID IMAGE
nodejs ee5985c7-5d2d-4d35-9b1a-602a3d8e854f fission/node-env
$ fission function list
NAME UID ENV
hello 37f2a34c-8117-4bf7-82e3-1a6a4e95ff63 nodejs
$ fission route list
NAME METHOD URL FUNCTION_NAME FUNCTION_UID
59b49c66-ea93-4136-8f43-c09fd02ce3c2 GET /hello hello
$ curl http://$FISSION_ROUTER/hello
Hello, world!
根据之前的讲解，此时，kubernetes在fission-function namespace中应该有对应于nodejs的deployment：
$ kubectl --namespace fission-function get deployments
NAME DESIRED CURRENT UP-TO-DATE AVAILABLE AGE
nodejs-ee5985c7-5d2d-4d35-9b1a-602a3d8e854f-fcihuenw 3 3 3 3 7d
$ kubectl --namespace fission-function get pods
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
nodejs-ee5985c7-5d2d-4d35-9b1a-602a3d8e854f-fcihuenw-499673w052 2/2 Running 0 7d
nodejs-ee5985c7-5d2d-4d35-9b1a-602a3d8e854f-fcihuenw-499677hdps 2/2 Running 0 7d
nodejs-ee5985c7-5d2d-4d35-9b1a-602a3d8e854f-fcihuenw-49967c818k 2/2 Running 0 5m
$ kubectl --namespace fission-function describe pod nodejs-ee5985c7-5d2d-4d35-9b1a-602a3d8e854f-fcihuenw-49967c818k
Name: nodejs-ee5985c7-5d2d-4d35-9b1a-602a3d8e854f-fcihuenw-49967c818k
Namespace: fission-function
Node: minikube/192.168.99.100
Start Time: Wed, 08 Mar 2017 23:44:32 +1300
Labels: environmentName=nodejs
environmentUid=ee5985c7-5d2d-4d35-9b1a-602a3d8e854f
pod-template-hash=499675883
poolmgrInstanceId=m7ihOOHO
Status: Running
IP: 172.17.0.14
Controllers: ReplicaSet/nodejs-ee5985c7-5d2d-4d35-9b1a-602a3d8e854f-fcihuenw-499675883
Containers:
nodejs:
Container ID: docker://5a405f4466ad9a5e6b3293681e190a513852dd5c3973705c4f9e760919dd933f
Image: fission/node-env
Image ID: docker://sha256:2f8ec792709163ce836372fa00762cf16cd78cfdc6023982d7d44d8b06b0d709
Port:
State: Running
Started: Wed, 08 Mar 2017 23:44:33 +1300
Ready: True
Restart Count: 0
Volume Mounts:
/userfunc from userfunc (rw)
/var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount from default-token-qd3jh (ro)
Environment Variables: <none>
fetcher:
Container ID: docker://d32139bd0c8b5b6e44a0e16c004a926477cc6046f1e6231c49c9165d5ca29b3f
Image: fission/fetcher
Image ID: docker://sha256:1e18417250a23c44e6ee1ea23a31a15833df996b882010b4bf63c4c78d306781
Port:
Command:
/fetcher
/userfunc
State: Running
Started: Wed, 08 Mar 2017 23:44:33 +1300
Ready: True
Restart Count: 0
Volume Mounts:
/userfunc from userfunc (rw)
/var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount from default-token-qd3jh (ro)
Environment Variables: <none>
Conditions:
Type Status
Initialized True
Ready True
PodScheduled True
Volumes:
userfunc:
Type: EmptyDir (a temporary directory that shares a pod's lifetime)
Medium:
default-token-qd3jh:
Type: Secret (a volume populated by a Secret)
SecretName: default-token-qd3jh
QoS Class: BestEffort
Tolerations: <none>
Events:
FirstSeen LastSeen Count From SubObjectPath Type Reason Message
--------- -------- ----- ---- ------------- -------- ------ -------
10m 10m 1 {default-scheduler } Normal Scheduled Successfully assigned nodejs-ee5985c7-5d2d-4d35-9b1a-602a3d8e854f-fcihuenw-49967c818k to minikube
10m 10m 1 {kubelet minikube} spec.containers{nodejs} Normal Pulled Container image "fission/node-env" already present on machine
10m 10m 1 {kubelet minikube} spec.containers{nodejs} Normal Created Created container with docker id 5a405f4466ad; Security:[seccomp=unconfined]
10m 10m 1 {kubelet minikube} spec.containers{nodejs} Normal Started Started container with docker id 5a405f4466ad
10m 10m 1 {kubelet minikube} spec.containers{fetcher} Normal Pulled Container image "fission/fetcher" already present on machine
10m 10m 1 {kubelet minikube} spec.containers{fetcher} Normal Created Created container with docker id d32139bd0c8b; Security:[seccomp=unconfined]
10m 10m 1 {kubelet minikube} spec.containers{fetcher} Normal Started Started container with docker id d32139bd0c8b
因为是通过minikube安装的kubernetes，所以可以通过minikube ssh登录到kubernetes的controller node上使用docker命令验证这一切，留着当作业吧 :)
开发
如果要对fission做代码修改，该如何测试呢？
因为fission的安装是使用一个名为fission-bundle的image，通过kubectl命令部署在kubernetes上的，所以，修改完代码后，需要重新制作image上传到一个registry（docker-hub或私有），然后更新kubernetes中的pod的image即可。过程如下：
# 将经过修改的fission工程拷贝到$GOPATH/src/github.com/fission/fission目录下
rm -rf $GOPATH/src/github.com/fission/fission
cp -a <fission_code_dir> $GOPATH/src/github.com/fission/fission
cd $GOPATH/src/github.com/fission/fission
# 确保你的系统安装了glide。这里我在运行glide install时碰到了一个问题，
# ‘[ERROR] Update failed for gopkg.in/yaml.v2: Unable to get repository’
# 所以先执行了下面的第一个命令
git config --global http.sslVerify true
glide install
# 成功执行后，会在当前目录下生成一个vendor目录，里面包含了项目所有的依赖
cd fission-bundle
# 生成fission-bundle可执行程序
./build.sh
# 制作image
docker build -t fission-bundle .
docker tag fission-bundle lingxiankong/fission-bundle:v0.1
# 上传image，因为我使用的是docker hub，所以先登录
docker login
docker push lingxiankong/fission-bundle:v0.1
因为部署fission在Kubernetes中创建的是Deployment，所以服务的更新就极其简单。因为这里我只修改了controller服务的代码，所以仅升级controller即可。升级过程如下：
$ kubectl --namespace fission get deployments
NAME DESIRED CURRENT UP-TO-DATE AVAILABLE AGE
controller 1 1 1 1 12d
etcd 1 1 1 1 12d
kubewatcher 1 1 1 1 12d
poolmgr 1 1 1 1 12d
router 1 1 1 1 12d
$ kubectl --namespace fission set image deployment/controller controller=lingxiankong/fission-bundle:v0.1
deployment "controller" image updated
$ kubectl --namespace fission rollout status deployment/controller
Waiting for rollout to finish: 0 of 1 updated replicas are available...
deployment "controller" successfully rolled out
$ kubectl --namespace fission get deployments
NAME DESIRED CURRENT UP-TO-DATE AVAILABLE AGE
controller 1 1 1 1 12d
etcd 1 1 1 1 12d
kubewatcher 1 1 1 1 12d
poolmgr 1 1 1 1 12d
router 1 1 1 1 12d
$ kubectl --namespace fission get rs
NAME DESIRED CURRENT READY AGE
controller-1637203237 0 0 0 12d
controller-708033449 1 1 1 1m
etcd-2122244727 1 1 1 12d
kubewatcher-2300228496 1 1 1 12d
poolmgr-3531518326 1 1 1 12d
router-2621354073 1 1 1 12d
$ kubectl --namespace fission describe deployment controller
Name: controller
Namespace: fission
CreationTimestamp: Sat, 25 Feb 2017 22:12:19 +1300
Labels: svc=controller
Selector: svc=controller
Replicas: 1 updated | 1 total | 1 available | 0 unavailable
StrategyType: RollingUpdate
MinReadySeconds: 0
RollingUpdateStrategy: 1 max unavailable, 1 max surge
Conditions:
Type Status Reason
---- ------ ------
Available True MinimumReplicasAvailable
OldReplicaSets: <none>
NewReplicaSet: controller-708033449 (1/1 replicas created)
Events:
FirstSeen LastSeen Count From SubObjectPath Type Reason Message
--------- -------- ----- ---- ------------- -------- ------ -------
2m 2m 1 {deployment-controller } Normal ScalingReplicaSet Scaled up replica set controller-708033449 to 1
2m 2m 1 {deployment-controller } Normal ScalingReplicaSet Scaled down replica set controller-1637203237 to 0
$ kubectl --namespace fission rollout history deployment/controller
deployments "controller"
REVISION CHANGE-CAUSE
1 <none>
2 <none>
升级结束，你可以验证修改的代码了。顺便说一句，Kubernetes提供的auto-update太他妈方便了！关于Kubernetes中的Deployment的update，可以参见这里
但是…
上面的过程还是比较复杂，不能每次修改代码都要做这么多操作，太麻烦。看看python的调试，代码改完、替换、重启服务，一气呵成。于是就有了如下方法：
- 生成fission-bundle还是有必要的
- 有了fission-bundle后，替换container中的文件，重启服务即可
过程如下：
$ kubectl --namespace fission get pods
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
controller-708033449-tt7zj 1/1 Running 0 2h
etcd-2122244727-p4q7m 1/1 Running 0 12d
kubewatcher-2300228496-zvqk6 1/1 Running 0 12d
poolmgr-3531518326-tl95w 1/1 Running 1 12d
router-2621354073-dnv6r 1/1 Running 2 12d
$ kubectl --namespace fission cp ~/workdir/test/fission-bundle controller-708033449-tt7zj:/
$ kubectl --namespace fission exec controller-708033449-tt7zj -it -- /bin/sh
/ # chmod +x fission-bundle
# 或者
$ kubectl --namespace fission exec controller-708033449-tt7zj chmod +x fission-bundle
# 登录kubernetes node，重启container
$ minikube ssh
$ docker ps | grep lingxiankong/fission-bundle:v0.1
2e5bb80b212e lingxiankong/fission-bundle:v0.1 "/fission-bundle --co" 2 hours ago Up 2 hours k8s_controller.250d2e0b_controller-708033449-tt7zj_fission_2ec6ddc8-052d-11e7-8089-080027626135_6315d2ef
$ docker stop 2e5bb80b212e; docker start 2e5bb80b212e
2e5bb80b212e
2e5bb80b212e