01 前因后果：Serverle 架构兴起的必然因素是什么？

今天我想和你聊一聊 Serverless 架构兴起的原因。

Serverless 是最近几年业界很火的技术名词，你可以在国内外各种技术大会上看到它的身影，主流云服务商也不断地推出 Serverless 相关的云产品和新功能（比如 AWS Lambda、阿里云函数计算、腾讯云云函数），各种关于 Serverless 的商业和开源产品也层出不穷（比如 Serverless Framework、OpenFaaS、kubeless）。

在这个背景下，我们开始使用 Serverless 的产品，愿意用它来解决实际问题，比如用 Serverless 技术实现自动化运维、开发小程序、开发服务端应用。

那你是否思考过 Serverless 为什么这么火呢，换句话说，Serverless 架构兴起的必然因素是什么？ 了解这部分知识，可以让你更好地学习和使用 Serverless：

说到 Serverless，就不得不说云计算，因为云计算的发展史就是 Serverless 的兴起史。纵观云计算的历史，我们可以将其分为物理机时代、虚拟机时代、容器时代、Serverless 时代，所以接下来，就让我们深入云计算的发展史，去寻找 Serverless 架构兴起的必然因素。

物理机时代

物理机时代发展历程

其实，云计算的概念可以追溯到 60 多年前，最早的说法是图中的“分时操作系统”，也就是通过时间片轮转的方式把一个操作系统给多个用户使用。同时还在发展的是虚拟化技术，也就是把一台物理机隔离为多台虚拟机，这样就能把一个硬件给多个用户使用。

1997 年，Ramnath Chellapa 教授把云计算定义成“一种新的计算范式，其中计算的边界将由经济原理决定，而不仅仅是技术限制”，通俗来讲就是，云计算不只是虚拟化技术，还是云服务商提供计算资源，使用者购买计算资源。

总的来说，在 2000 年之前，互联网刚刚兴起，而云计算还处于理论阶段，也就是物理机时代。如果这个时候你想在创业，开发一个电商网站，上线就需要经过以下步骤：

• 购买一台服务器（物理机）；
• 找个机房并给服务器通上电、连上网线；
• 在服务器上安装操作系统；
• 在服务器上安装数据库和网站环境；
• 部署网站；
• 测试；
• 这时你的网站架构是单机版的单体架构，数据库、应用、Nginx 等服务全都在一台你自己管理的服务器上。

物理机时代网站部署架构

但是网站上线之后，你将会遇到各种各样的问题，一旦停电，就会导致网络中断，服务器也会停机，那网站就没办法访问了，用户不能再买买买。于是为了避免断电、断网，你大概率会选择把服务器托管到电信机房，那里停电的概率低很多，但是每个月得多付一些租金。

可是没想到半年后，问题又出现了，服务器 CPU 烧毁了！这不是简单换一台服务器就能解决的事情，原来服务器上的数据如何迁移？新的环境如何与原来保持一致？怎么保证网站持续可用，各种问题接连而至……

总的来说，物理机时代，网站上线和稳定运行面临的最大问题就是服务器等硬件问题，你既要购买服务器，还要承担服务器的场地、电力、网络等开销，并且还需负责服务器的维护。好在随后几年随着虚拟化技术逐渐成熟，云计算逐渐进入虚拟机时代，这也给我们带来了希望。

虚拟机时代

虚拟机时代发展历程

上图是虚拟机发展历程中的重要节点。其中一个重要里程碑之一就是 2001 年 VMWare 带来的针对 x86 服务器的虚拟化产品，使虚拟化技术逐渐普及。对云厂商来说，通过虚拟化技术，它可以把一台物理机分割成多台虚拟机提供给多用户使用，充分利用硬件资源，而且创建速度和弹性也远超物理机。对于开发者来说，就不用再买硬件了，直接在云平台买虚拟机，成本更低了。

2001 年之后，虚拟化技术日渐成熟， 因此也出现了很多基于虚拟化的云厂商和产品。
最初云厂商都是卖硬件，AWS 的 EC2、阿里云 ECS、Azure Virtual Machines，这种云计算形态也被叫作 IaaS（基础设施即服务）。
后面随着业务形态发展，云厂商发现可以抽象出一些通用的平台，比如中间件、数据库等，于是就把这些功能做成服务，也放在云上去卖，这就是 PaaS（平台即服务）。

那有了 IaaS 之后，你就可以把电商网站迁移到虚拟机上了， 再也不用担心断电断网和硬件故障。不过，当你的电商网站越做越强，用户越来越多，数据库每天都有几千万条数据写入，数据库性能很快就会达到瓶颈，就会出现用户因付款太慢放弃付款的情况；除此之外，每天也有上百万图片存到磁盘，磁盘也快要耗尽了。如果网站出现崩溃，就直接导致用户流失，甚至资损。

好在作为专业的技术人员，我们已经对云计算了如指掌，为了避免这些问题，基于 IaaS 和 PaaS 重新设计了网站架构：

虚拟机时代网站部署架构

为了降低服务器负载，我们把数据库迁移到了云厂商提供的云数据库上，把图片存储迁移到对象存储：

• 云数据库有专门的服务器，并且还提供了备份容灾，比自己在服务器上安装数据库更稳性能更强。
• 对象存储能无限扩容，不用担心磁盘不够了。

这样一来，

• 服务器就只负责处理用户的请求，把计算和存储分离开来，既降低了系统负载，也提升了数据安全性。
• 并且单机应用升级为了集群应用，通过负载均衡，会把用户流量均匀分配到每台服务器上。

不过在服务器扩容的过程中，你还是会遇到一些麻烦。 比如购买服务器时，会发现之前服务器型号没有了，只有新的型号，并且每次新扩容一台服务器，都需要在上面初始化软件环境和配置，还需要保证所有服务器运行环境一致，这是个非常复杂还容易出错的工作。

总的来说，虚拟机可以让你不用关心底层硬件，但是如果能让我们不用关心运行环境就更好了。于是，容器技术诞生了。

容器时代

容器时代发展历程

2013 年 Docker 的发布，代表着容器技术替代了虚拟化技术，云计算进入容器时代。 容器就是把代码和运行环境打包在一起，这样代码就可以在任何地方运行。有了容器技术，你在服务器上部署的就不再是应用了，而是容器。当容器多了的时候，如何管理就成了一个问题，于是出现了容器编排技术，比如 2014 年 Google 开源的 Kubernetes。

基于容器，你部署网站的方式也有了改变：

• 搭建 Kubernetes 集群；
• 构建容器镜像；
• 部署镜像。

你的网站部署架构也演进得更现代化了：

容器时代网站部署架构

你不仅使用了容器，你还使用了 Kubernetes 来做管理容器集群。基于 Kubernetes 和云厂商提供的弹性能力，你可以实现网站的自动弹性伸缩。这样在流量洪峰到来时，就可以自动弹出更多的资源；当流量低谷时，自动释放多余的资源。

想到这儿，你多多少少有些兴奋，但时间一久，问题也随之出现。因为你需要去规划节点和 Pod 的 CPU、内存、磁盘等资源，需要编写复杂的 YAML 去部署 Pod、服务，需要经常排查 Pod 出现的异常，需要学习专业的运维知识，渐渐地，你好像变成了 Kubernetes 运维工程师， 如果能完全不关心运维，只专注于产品的开发就好了，这样能节省很多时间，以更快的速度完成产品迭代上线。

而且你也没想到，由于提前准备不够充分，双十一来的时候，零点的订单量远超预期，网站又崩了！集群虽然感知到了需要弹出更多的资源，但由于服务器弹出需要一定时间，没来得及应对这种瞬时流量，要是能够支持秒级弹性就好了。于是，Serverless 时代来临了。

Serverless 时代

Serverless 时代发展历程

在我看来，Serverless 是指构建和运行不需要服务器管理的一种概念。
前面三种电商网站部署的方式，都属于 Serverful 的架构，它就像使用低级的汇编语言编程。而 Serverless 的架构就像使用 Python 这样的高级语言进行编程。
比如 c = a + b 这样简单的表达式，如果用汇编描述，就必须先选择几个寄存器，把值加载到寄存器，进行数学计算，再存储结果。这就好比今天在 Serverful 的架构下，开发首先需要分配或找到可用的资源，然后加载代码和数据，再执行计算，将计算的结果存储起来，最后还需要管理资源的释放。

对于 Serverless，目前我们得到的还是一个比较抽象的概念，这是因为这项技术尚处于发展阶段。现阶段关于 Serverless 的实现主要是基于 FaaS（函数即服务） 和 BaaS （后端即服务）的方案。

• FaaS 提供了运行函数代码的能力，并且具有自动弹性伸缩。基于 FaaS，我们应用的组成就不再是集众多功能于一身的集合体，而是一个个独立的函数。每个函数实现各自的业务逻辑，由这些函数组成复杂的应用。
• BaaS 是将后端能力封装成了服务，并以接口的形式提供服务。比如数据库、文件存储等。通过 BaaS 平台的接口，我们运行在 FaaS 中的函数就能调用各种后端服务，进而以更低开发成本实现复杂的业务逻辑。

基于 Serverless，我们的电商网站部署架构就演变为了下面这样：

Serverless 时代部署架构图

我们通过网关承接用户流量，并将流量转发到在 FaaS 平台运行的函数中。每个函数都是一个特定的接口，实现单一业务逻辑。并且基于 BaaS 实现复杂业务功能。而函数本身，也还可以调用其他微服务。基于这样的架构，我们就完全不用关心运维，并且 FaaS 平台的弹性伸缩能力，就能实现业务的秒级弹性。

总的来说，基于 Serverless开发者就只需要关心业务逻辑的开发。进行应用部署时也不再需要关心服务器，不需要关心后续的运维，应用也天然具备了弹性伸缩的能力，并且实现了按需使用，按量付费，也更能进一步节省成本。

小结

通过上面的学习，相信你对云计算的发展历程，也是 Serverless 的兴起过程有了一个大概的了解。让我们再围绕网站的部署架构进行简单的回顾。

• 物理机时代：2000 年之前，我们需要通过物理机部署网站。
• 虚拟机时代：2000 年之后，虚拟化技术发展成熟，云计算行业蓬勃发展，我们可以基于 IaaS 和 PaaS 部署应用，提高稳定性。
• 容器时代：2013 年云计算进入容器时代，我们可以通过容器技术打包应用及运行依赖，不用关心运行环境。
• Serverless 时代：最近几年，云计算进入 Serverless 时代，我们不再需要关心服务器，应用也天然具有弹性。

纵观云计算的发展史，从物理机到虚拟机，从 IaaS、PaaS 到 FaaS，从容器到 Serverless，都是一个去服务器的一个过程。
有了 IaaS，我们不需要关注物理机；
有了 PaaS，我们不需要关注操作系统；
有了容器，我们不需要关心运行环境；
而 Serverless 技术的出现，能够让我们不再关心传统的运维工作，让我们更专注于业务的实现，把时间精力花在更有意义的事情上，让我们以更快的速度、更低的成本完成应用的开发迭代，进而创造出更大的价值。而这也正是 Serverless 架构兴起的必然因素。

总结一下，IaaS、PaaS、SaaS、FaaS、BaaS 它们到底是什么，有什么区别？