Apache Openwhisk学习（一）

一、背景

最近中途参与的一个项目是和Serverless、Faas相关的，项目的整体架构和实现都参考了开源项目openwhisk，因此，同事们在编码时都会参考openwhisk的源码。因为以前从没有接触过这方面的知识，因此想学习下。关于Serverless和Faas的概念场景等，可以参考下，这两篇博客，Serverless 架构：用服务代替服务器和Serverless应用场景。因为我也是刚刚接触，很多地方不是很了解。

二、Openwhisk简介

OpenWhisk 是属于 Apache 基金会的开源 FaaS 计算平台官网链接, 由 IBM 在2016年公布并贡献给开源社区（github页面），IBM Cloud 本身也提供完全托管的 OpenWhisk FaaS服务 IBM Cloud Function。从业务逻辑上看，OpenWhisk 同 AWS Lambda 一样，为用户提供基于事件驱动的无状态的计算模型，并直接支持多种编程语言（理论上可以将任何语言的 runtime 打包上传，间接调用）。

Openwhisk的特点：

（1）高性能、高扩展性的分布式Faas计算平台

（2）函数的代码及运行是全部在Docker容器中进行，利用Docker引擎实现Faas函数运行的管理、负载均衡和扩展

（3）同时，Openwhisk架构中的所有其他组件（API网关、控制器、触发器）也全部运行在Docker容器中，这使得其全栈可以比较容易的部署在IAAS/PAAS平台上 。

（4）更重要的是，相比其他Faas实现，Openwhisk更像是一套完整Serverless解决方案，除了容易调用和函数管理，Openwhisk还包括了身份验证/鉴权、函数异步触发等功能。

三、系统概览

Openwhisk是一个事件驱动的计算平台，它运行代码以响应事件或直接调用，下图显示了其 体系结构：

在上述架构中，代码时基于事件（Event）触发的。事件产生于事件源（feed），而可以用于触发函数的事件源可以是多种多样的，例如数据库的更改，超过特定温度的IoT传感器读数，新提交代码到Github存储库等。事件与对应的函数代码，通过规则（Rule）绑定。通过匹配事件对应的规则，Openswhisk会触发对应的行为（Action）。值得注意的是，多个Action可以串联，完成复杂的操作。

四、Openwhisk的工作原理

作为一个开源项目，openwhisk集成了很多其他组件Nginx，Kafka，Docker，CouchDB等，为了更加详细的解释所有组件，我们可以使用下面这个例子，来追踪整个系统的调用过程。

假设我们有包含以下代码块的文件action.js：

function main() {
    console.log('Hello World');
    return { hello: 'world' };
}

使用下面命令创建动作

wsk action create myAction action.js

现在，我们可以使用以下命令调用该操作：

wsk action create myAction action.js

那么我现在来看看在Openwhisk中具体发生了什么，整个过程如下图所示：

（1）Nginx

Openwhisk面向用户的API完全基于HTTP，遵循Restful设计，因此，通过wsk-cli发送的命令本质上是向其发送HTTP请求，上面的命令大致可以翻译为：

POST /api/v1/namespaces/$userNamespace/actions/myAction
Host: $openwhiskEndpoint

此处的Nginx主要用于接受Http请求，并将处理后的Http请求直接转发给controller

（2）控制器（Controller）

控制器是真正开始处理请求的地方。控制器使用Scala语言实现，并提供了对应的Rest API，接受Nginx转发的请求。Controller分析请求内容，进行下一步处理。下面的很多个步骤都会和其有关系。

（3）身份验证和鉴权：CouchDB

继续用上一步用户发出的Post请求为例，控制器首先需要验证用户的身份和权限。用户的身份信息（credentials）保存在CouchDB的用户身份数据库中，验证无误后，控制器进行下一步处理。

（4）再次CouchDB，得到对应的Action的代码及配置

身份验证通过后，Controller需要从CouchDB中加载此操作（在本例中为myAction）。操作记录主要要执行的代码和要传递给操作的默认参数，并与实际调用请求中包含的参数合并。它还包含执行时对其施加的资源限制，例如允许使用的内存。

（5）Consul和负载均衡

到了这一步，控制器已经有了触发函数所需要的全部信息，在将数据发送给触发器（Invoker）之前，控制器需要和 Consul 确认，从 Consul 获取处于空闲状态的触发器的地址。Consul 是一个开源的服务注册/发现系统，在 OpenWhisk 中 Consul 负责记录跟踪所有触发器的状态信息。当控制器向 Consul 发出请求，Consul 从后台随机选取一个空闲的触发器信息，并返回。值得注意的是：无论是同步还是异步触发模式，控制器都不会直接调用触发器API，所有触发请求都会通过 Kafka 传递。

（6）发送请求进Kafka

考虑使用kafka主要是担心发生以下两种状况：

1、系统崩溃，丢失调用请求

2、系统可能处于繁重的负载之下，调用需要等待其它调用首先完成。

Openwhisk考虑到异步情况的发生，考虑异步触发的情况，当控制器得到 Kafka 收到请求消息的的确认后，会直接向发出请求的用户返回一个 ActivationId，当用户收到确认的 ActivationId，即可认为请求已经成功存入到 Kafka 队列中。用户可以稍后通过 ActivationId 索取函数运行的结果。

（7）Invoker运行用户的代码

Invoker从对应的Kafka topic中接受控制器传来的请求，会生成一个Docker容器，注入动作代码，试用传递给他的参数执行它，获取结果，消灭容器。这也是进行了大量性能优化以减少开销并缩短响应时间的地方。

（8）CouchDB存储请求结果

Invoker的执行结果最终会被保存在CouchDB的whisk数据库中，格式如下所示：

{
   "activationId": "31809ddca6f64cfc9de2937ebd44fbb9",
   "response": {
       "statusCode": 0,
       "result": {
           "hello": "world"
       }
   },
   "end": 1474459415621,
   "logs": [
       "2016-09-21T12:03:35.619234386Z stdout: Hello World"
   ],
   "start": 1474459415595,
}

保存的结果中包括用户函数的返回值，及日志记录。对异步触发用户，可以通过步骤6中返回的 activationID 取回函数运行结果。同步触发的的结果和异步触发一样保存在 CouchDB 里，控制器在得到触发结束的确认后，从 CouchDB 中取得运行结果，直接返回给用户。

本文主要参考了：

（1）https://github.com/apache/incubator-openwhisk/blob/master/docs/about.md

（2）https://blog.xinkuo.me/post/apache-openwhisk.html#apache-openwhisk%E7%AE%80%E4%BB%8B