OpenFunction

“云无关的” 函数计算框架的应用探索

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“云无关的” 函数计算框架的应用探索

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张海立

KubeSphere Ambassador, CNCF OpenFunction TOC Member
驭势科技 UISEE© 云平台研发总监，开源爱好者
云原生专注领域: Kubernetes, DevOps, FaaS, Observability, Service Mesh

zhanghaili

webup

zhanghaili0610

haili.zhang@uisee.com

ServiceUP · 语雀

1⃣️ CNCF OpenFunction 函数计算框架简介

2⃣️ OpenFunction 的一些应用场景探讨

3⃣️ OpenFunction 函数网关的演进及展望

Open? Function！ ☁️

一个 CNCF Sandbox 函数计算平台项目

OpenFunction 的云原生特性：

“云无关”：与云商的 BaaS 松耦合
- 通过 Dapr，简化了对于云商 BaaS 的集成
同时支持同步和异步函数
- 同步函数 Kubernetes Gateway API 支持的高级函数入口和流量管理
- 异步函数可以直接从事件源消耗事件
支持直接从函数源码生成符合 OCI 镜像
- 基于 Cloud Native Buildpacks 生态实现
在 0 和 N 之间灵活的自动缩放
- 充分利用 KEDA、Knative

“云无关”的价值

Cloud Agnostic —— 与云商的 BaaS 解耦

"Serverless computing = FaaS + BaaS." ^[1]

云函数是函数计算的主体
各类后端服务是函数实现业务的重要依托

🔒 云商通过提供 “托管的”（Hosted）函数计算框架（FaaS）和各类中间件服务（BaaS），把开发者锁定在托管的云平台上。

🤔 即使函数计算框架是跨语言跨平台的，谁又来填补各云商平台 BaaS 服务的接口差异？

Cloud Programming Simplified: A Berkeley View on Serverless Computing. Feb 10, 2019. ↩︎

Serverless 平台的战争?

CNCF Annual Survey 2021

"使用 Serverless 技术的受访者，75% 选择了托管平台"

函数？应用！运行时 🎩

借助 Dapr 来集成各云商平台的 BaaS 服务

Dapr Building Blocks

Dapr 是一个可移植的、事件驱动的运行时，它使任何开发人员能够轻松构建出弹性的、无状态和有状态的应用程序，并可运行在云平台或边缘计算中，它同时也支持多种编程语言和开发框架。
Dapr 是和平台无关的，这意味着您可以在 Kubernetes 集群、本地或者其它集成 Dapr 的托管环境中运行应用程序。这使得您能够在云平台和边缘计算中运行微服务应用。

举几个函数的例子 🌰

OpenFunction 现已支持 Go, Node.js, Python, Java, .Net 等多种语言

一个 Node.js 同步函数

index.mjs

// Standard Express style HTTP sync function
export const tryKnative = (req, res) => {
  res.send(`Hello, ${req.query.u || 'World'}!`);
};

🔍 参见 Express 的 request 和 response 对象的使用

package.json

{
  "main": "index.mjs",
  "scripts": {
    "start": "functions-framework --target=tryKnative"
  },
  "dependencies": {
    "@openfunction/functions-framework": "^0.6.0"
  }
}

Function CR (Raw Manifest)

apiVersion: core.openfunction.io/v1beta1
kind: Function
metadata:
  name: sample-node-knative
spec:
  version: v2.0.0
  image: '<image-repo>/<image-name>:<image-tag>'
  build:
    builder: openfunction/builder-node:v2-16.15
    env:
      FUNC_NAME: tryKnative
    srcRepo:
      url: https://github.com/OpenFunction/samples.git
      sourceSubPath: functions/async/mqtt-io-node
      revision: main
  # app port default to "8080"
  port: 8080
  serving:
    runtime: knative
    template:
      containers:
        - name: function
          imagePullPolicy: IfNotPresent
    params:
      FUNCTION_TARGET: tryKnative
      DEBUG: common:*,ofn:*

🔍 参见 OpenFunction Function CRD 定义

一个 Node.js 异步函数

index.mjs

// Standard Express style HTTP sync function
export const tryKnative = (req, res) => {
  res.send(`Hello, ${req.query.u || 'World'}!`);
};

// Async function
export const tryAsync = (ctx, data) => {
  // Function Framework received and parsed "data"  
  console.log('Data received: %o', data);
  // Use "send" utility to broadcast data to outputs
  ctx.send(data);
};

💡 多个函数可以被放在同一个 JS 文件中，并在 CR 中动态指定

Function CR (Raw Manifest)

apiVersion: core.openfunction.io/v1beta1
kind: Function
metadata:
  name: sample-node-async
spec:
  version: v2.0.0
  image: '<image-repo>/<image-name>:<tag>'
  serving:
    # default to knative
    runtime: async
    annotations:
      # default to "grpc"
      dapr.io/app-protocol: http
    template:
      containers:
        - name: function
    params:
      # default to FUNC_NAME value
      FUNCTION_TARGET: tryAsync
    inputs:
      - name: mqtt-input
        component: mqtt-in
    outputs:
      - name: mqtt-output
        component: mqtt-out
        operation: create
    bindings:
      mqtt-in:
        type: bindings.mqtt
        version: v1
        metadata:
          - name: consumerID
            value: '{uuid}'
          - name: url
            value: tcp://admin:public@emqx:1883
          - name: topic
            value: in
      mqtt-out:
        type: bindings.mqtt
        version: v1
        metadata:
          - name: consumerID
            value: '{uuid}'
          - name: url
            value: tcp://admin:public@emqx:1883
          - name: topic
            value: out

🔍 OpenFunction 函数定义中的输入输出部分：可以直接引用 Dapr Components 的元数据定义

一个可以触发异步函数的 Node.js 同步函数

index.mjs

// Standard Express style HTTP sync function
export const tryKnative = (req, res) => {
  res.send(`Hello, ${req.query.u || 'World'}!`);
};

// OpenFunction standard function which could 
// set bridge between sync and async function
export const tryKnativeAsync = async (ctx, data) => {
  console.log('Data received: %o', data);

  // Forward HTTP body to Dapr outputs
  await ctx.send(data);

  // Send something back as HTTP response 
  // when necessary
  // ctx.res.send(data);
};

💡 openfunction 函数形态可以同时支持同步和异步函数

Function CR (Raw Manifest)

apiVersion: core.openfunction.io/v1beta1
kind: Function
metadata:
  name: sample-node-knative-async
spec:
  version: v2.0.0
  image: '<image-repo>/<image-name>:<image-tag>'
  serving:
    runtime: knative
    params:
      FUNCTION_TARGET: tryKnativeAsync
      FUNCTION_SIGNATURE_TYPE: openfunction
    outputs:
      - name: mqtt-output
        component: mqtt-out
        operation: create
    bindings:
      mqtt-out:
        type: bindings.mqtt
        version: v1
        metadata:
          - name: consumerID
            value: '{uuid}'
          - name: url
            value: tcp://admin:public@emqx:1883
          - name: topic
            value: out

💡 此场景中 Function CRD 只生效 outputs 输出部分

案例分享：数据桥接

OpenFunction 简化数据预处理

同步：GitLab Webhook ➡️ ChatOps

import (
  // ...
  "github.com/OpenFunction/functions-framework-go/functions"
  "github.com/xanzy/go-gitlab"
)

var GitlabClient *Client

func init() {
  functions.HTTP("HelloWorld", SendBeginUnittest, functions.WithFunctionPath("/sendmsg"))
  GitlabClient, _ = gitlab.NewClient("4g9gZCsex36Z9FFXspwJ", gitlab.WithBaseURL("https://gitlab.uisee.ai/"))
}

func SendBeginUnittest(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  // ...
  projectMergeRequestList, _, err := GitlabClient.MergeRequests.ListProjectMergeRequests(projectId, listGroupMergeRequestsOptions, nil)
  mergeRequest := projectMergeRequestList[0]

  msg := "大佬又提交代码了!! 666666666"
  mergeRequestDiscussion := &CreateMergeRequestDiscussionOptions{ Body: &msg }
  res, _, err := GitlabClient.Discussions.CreateMergeRequestDiscussion(projectId, mergeRequest.IID, mergeRequestDiscussion)
}

异步：消息队列实时数据 ➡️ Prometheus 指标

import (
  ofctx "github.com/OpenFunction/functions-framework-go/context"
  "github.com/prometheus/client_golang/prometheus"
)

var speedGauge prometheus.Gauge

func init() {
  speedGauge = prometheus.NewGauge(prometheus.GaugeOpts{
    Namespace: namespace,
    Subsystem: subsystem,
    Name:      "speed",
    Help:      "vehicle speed",
  })
}

func trackingHandler(ctx ofctx.Context, vehicleTracking VehicleTracking) (ofctx.Out, error) {
  setAndPushGauge(speedGauge, vehicleTracking.Params.Speed)
  return ctx.ReturnOnSuccess(), nil
}

案例分享：实时数据处理

OpenFunction 在无人驾驶业务中的一种应用

聊一聊函数网关 🚪

如何让同步函数可以更方便和更灵活的被访问？

基于 Ingress 的网关

OpenFunction 0.5.0 - 0.6.0 中可使用

🚧 每个函数对应的 Service 不便于外部直接访问，如 sample-serving-d55zz-ksvc-gd64w

💡 直接的想法：由 Ingress 统一函数访问入口

🧑‍💻 通过 Domain CR 为 Knative 同步函数提供 Ingress 访问入口：http://<domain_name>.<domain_ns>/<function_ns>/<function_name>

😵 这个方案可用，但也存在一些问题：

强依赖于 Knative 的网关（OpenFunction 默认随 Knative 安装使用 Kourier）
- Kourier Domain 配置比较麻烦
不易适配未来要引入的其它同步函数运行时

基于 Gateway 的网关

OpenFunction 0.7.0 开始可使用

💡 进一步的想法：直接使用 K8s Gateway API

更强大更灵活的 Kubernetes 原生网关，越来越多的
社区支持：Contour ✅，Istio，Apache APISIX 等等

🧑‍💻 构建新的 OpenFunction Gateway 体系

Domain 体系从 OpenFunction 0.7.0 开始被移除

🚀 OpenFunction Gateway 的一些特性：

开发者可以自定义函数入口，如 {{.Name}}.{{.NS}}.{{.Domain}}
开发者可以自定义每个函数的路由规则
未来可以支持多个函数版本的流量切分

Apache APISIX®

使用 APISIX Ingress Controller 作为函数网关

APISIX Ingress Controller 已经从 1.5.0 版本开始初步支持 Kubernetes Gateway API：
需要通过 enable_gateway_api=true 开启
OpenFunction Gateway 所需要的 HTTPRouteFilter 计划在 1.6.0 中支持

💪 APISIX 强大而丰富的插件生态也正在助力 OpenFunction 的应用和发展：

“最近，APISIX 又新增了不少生态插件，其中就包括与 OpenFunction 集成的无服务插件 openfunction“ 👉 详见集成细节

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