【Serverless 應用案例賞析筆記】 02. Serverless 在 API 經濟中的應用

投影片封面
投影片封面(圖片來源: 課程講義


本堂課程為此系列的第一講,主要來探討 Serverless 在 API 經濟中可以產生怎樣的作用。


文中的 IBM 文件連結
如果文中附上的 IBM 文件連結無法顯示或不存在,試著把 doc 語系換成英文後,再重新連結一次試試看。
發現 IBM 的多語系文件沒做好,如果沒有相對應的翻譯內容,不會直接導向英文頁面,而是直接顯示不存在。



回顧

開始前先來複習一下 Serverless要點OpenWhisk 程式編輯模型

Serverless 要點

上一堂課有介紹到 Serverless 存在兩種類型的服務: Function-as-a-Service(FaaS) 與 Backend-as-a-Service(BaaS)。

兩種類型的服務存在著相同特點:

無需管理、按需執行、按需擴展、按使用來計費

依照講師的說明,只要其實只要滿足上述特點的的服務都可以被視為 Serverless 。

不過如同上一堂課所說的,Serverless 雖然包含了兩種服務概念,但因為實做複雜度的偏向,因此一般在討論 Serverless 時多集中在 FaaS。


Function-as-a-Service FaaS,中文翻譯為函式即服務,…恩…函式就是一般會在程式碼裡面寫的函式。不過需要注意的是這些函式是 無狀態短暫的、且是有限制的

除此之外,FaaS 的另外一個設定要點是 API Gateway,它可以將 Serverless 中的函式做為服務暴露出來,讓客戶端可以直接調用這個服務。


OpenWhisk 程式編輯模型

在本堂課主要會利用 Serverless 無狀態、短暫的、有限制的特點,來看看它在 API 經濟中的作用。

Apache OpenWhisk 程式編輯模型
Apache OpenWhisk 程式編輯模型(圖片來源: 課程講義


另外在上一講中還提到了 OpenWhisk 程式編輯模型。

OpenWhisk 是一個典型的事件驅動型的程式編輯模型,其中有幾個主要的概念:觸發器(Trigger)、動作(Action)、規則(Rule)與套件(Package)。

我們可以定義規則,通過規則將觸發器與動作關聯起來,因此當某個事件被觸發時,就會執行相對應的動作。

而套件就是把一系列相關的觸發器、動作和規則關聯在一起。例如:Apache OpenWhisk 的 alarms package 就是一個還滿好用的套件。



典型應用場景

由於它的技術特點,因此存在一些典型的應用場景:

  1. 資料庫的增刪查改的事件響應
    對於資料的變更,做出相應的反應與更新。

  2. 感測器的資料分析
    在 IoT 的應用中,可對收回的資料做分析,又或者是資料更新後的路徑重新規劃等。

    應該在下一章 Serverless 在物聯網領域中的應用會有更仔細的討論,先把連結建立起來。

  3. 定時任務
    定期回收資料、定期運算…等。

  4. 後端 API
    本堂課重點!! 可以去實現大量的後端 API,並將這些功能曝露出來供使用者使用。

  5. 系統之間交互的橋樑
    因為其輕量的特性,可以用來作為系統間的溝通橋樑。例如:程式更新去觸發 Jekyll 的更新。



API

既然本堂課的副標題叫 《Serverless 在 API 經濟中的應用》,當然得稍微介紹下 API。


API 經濟

什麼是 API 經濟?

講師提到,現在開發功能有種用搭積木來實現功能趨勢。換句話說,自己寫的程式越來越少,更多是採用第三方服務。

這樣的開發趨勢,會使得開發人員直接面向整個生態圈打交道 - 不是需要用調用別人的 API ,就是我們實做的 API 被調用。

而所謂 API 經濟,指的是通過 Open API 把後臺的資料、資源…等能力,開放提供第三方人員有償或是無償使用,這樣的開放可以直接對企業利潤帶來引響,或是擴大自身在生態圈影響力,並且很快的完成創新。


開放 API

開放 API = 公開 API = Open API = 共通性資料存取應用程式介面

上面四個名詞我最熟悉的是第三個,不過它們指得同一件事:

Open API
服務的提供者將專有軟體、應用程式或是 web...等服務,通過網路,向服務使用者提供訪問的interface,且這樣的服務必須是安全且穩定的。


在 API 經濟之下,越來越多的企業通過 API 將自己企業的功能和數據開放出去供別人調用,從而給企業本身帶來直接的價值。可是很多情況下,企業已有的功能不適合直接暴露給外部使用戶,需要考慮相關認證的機制以及隱私資料遮蔽,做一定的限制和修改。


Serverless 平台實現 Open API

若不採用 Serverless 來實現 Open API,必須先分配個 VM 或 container,然後設定操作系統、執行環境,並上傳程式碼,接下來 7 * 24 等待著。等待前端調用,如果前端調用來了,處理資料丟到後端,再等待後端返回後,增加處裡丟還給前端。

除機器必須 7 * 24 運轉外,上線必須花費時間設定相關作業,這些都造成相關服務的提供者開發及維運上的困難。


Serverless 平台實現 Open API  架構
Serverless 平台實現 Open API 架構(圖片來源: 課程講義


上圖是使用 Serverless 平台實現 Open API 的架構,從左向右看,分別是互聯網、防火牆、API Gateway、 FaaS 與要存取的內部系統。

互聯網的部份代表的是使用者的存取,而因為要將 interface 暴露給使用者,所以中間在架個防火牆,防火牆後面才是 API Gateway。

API Gateway 這邊主要負責安全性、流量管理、拜訪與響應的策略及監控、統計、分析…等。

而在 API Gateway 後面則是接 Serverless 中的 FaaS 服務,在這邊就依照你的開發需求去撰寫程式,例如:輸⼊輸出格式轉化、隱私數據屏蔽、加密與解密…等。

簡單來說, FaaS 這邊存放的是,當開放給外部使用時所有需要使用程式來處理的內容。這部份的內容可用任何語言實作。

接下來,通過 API Gateway 曝露出來一個 URL,再將這個 URL 發布出去就可以了。

使用 Serverless 用的話,可以節省了資源(至少不用 7 * 24 運轉?)


場景示例

數據訪問 API
數據訪問 API(圖片來源: 課程講義


課程這邊講師舉了好幾個場景示例,不過有點懶沒有將它們一一打出來。

不過基本上就是藉由網路通過 API Gateway 去請求 FaaS,而 FaaS 接到請求後執行相對應的程式,再將結果返回給使用者。



操作示範

這節我能做的操作跟講師不太一樣,她在這章節所使用的是 OpenWhisk CLI,但這部份在 IBM 上的操作文件整個不見了!

因此就算從 github 把 OpenWhisk CLI 下載下來,我也不清楚該如何將 wsk CLI 跟 IBM Function 做連接,再加上有考慮自己架個 OpenWhisk 來試試看,所以 wsk CLI 的使用就決定向後推了 XD


環境準備

  1. IBM cloud 帳號
  2. 安裝 IBM Cloud Developer Tools
  3. 配置 CLI


IBM Cloud Developer Tools
前面提過課程中安裝的是 wsk CLI,但因為我在 IBM 找不到文件的關係,所以先改用 IBM 的 CLI。

為了快速試用,所以選擇現成的 Docker Container 來使用,安裝步驟如下:

  1. 從 Docker hub 拉回 Image
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     $ docker pull ibmcom/ibm-cloud-developer-tools-amd64
    
  2. 啟動並進入 Docker Container
    1
     $ docker run -ti ibmcom/ibm-cloud-developer-tools-amd64
    


Docker Container 環境
IBM 所提供的 Container 作業系統環境是 Alpine Linux。所以一些操作指令需要注意一下。


記錄一下,在 Docker Container 中我需要反覆查詢的指令:

  1. 安裝
    如要安裝其他程式,如 vim ,用的指令不是 apt-get

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     $ apk update
     $ apk add vim 
    
  2. 重新進入 Container
    如果按照往常慣例,使用

    1
     $ docker exec -ti [ID]  bash
    

    但會出現下列錯誤訊息:

    1
     OCI runtime exec failed: exec failed: container_linux.go:345: starting container process caused "exec: \"bash\": executable file not found in $PATH": unknown
    

    依照 appleboy 的建議改用 alpine tag

    1
     $ docker exec -ti [ID] /bin/sh
    


配置 CLI
依照教學文件配置就行了

  1. 登入 IBM Cloud
    1
     $ ibmcloud login -a cloud.ibm.com -o [名稱空間] -s "dev"
    

    不過用這個方式登入的話它會請你輸入帳號密碼,所以我會用右上角頭像中的登入 CLI 及 API,裡面有個一次性密碼的指令

    1
     $ ibmcloud login -a https://cloud.ibm.com -u passcode -p [一次性密碼]
    

    在此步驟之後,會請你設置區域之類的,我記得我是設美南(我知道有美中、美西、美東這些說法,但有美南這個說法嗎?)就是 us-south。

  2. 安裝 Cloud Functions 外掛程式
    1
     $ ibmcloud plugin install cloud-functions
    

    安裝的時候忘了記錄,我記得會出現一些安裝與升級的提示,依照提示的指令裝一裝就好了。

  3. 目標名稱空間

    1
     $ ibmcloud target -o [名稱空間] -s dev
    

    再列出可用的資源群組

    1
     $ ibmcloud resource groups
    

    將此名稱空間的資源群組設定為目標

    1
     $ ibmcloud target -g [name of resource group] 
    
  4. 測試
    執行清單指令以顯示現行目標名稱空間中的所有實體。
    1
     $ ibmcloud fn list
    


CLI 操作

這堂課主要是在說 API 操作的部份,所以我也依照講師的授課內容,先找相對應的指令。至於其他的指令,我在酌情要貼測試結果還是文件就好。

action
在開始前先準備一段 action 的程式,課程中的範例是關於資料庫的操作,不過我這邊為了偷懶直接印出來假裝有 insert XD

另外,因為我不想預先編譯,所以挑了直譯式語言來實做,而在 Python 與 JavaScript 兩者之間,我挑了比較熟悉的 Python。

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def main(args):
    name = args.get("name", "stranger")
    color = args.get("color", "white")
    command = "INSERT INTO catdb VALUES( {} , {} )".format(name,color)
    print(command)
    return {"command":command}  


依照 教學文件 來 Creating actions

  1. 建立 action
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     $ ibmcloud fn action create catapi catapi.py --kind python:3.7 --web true
     ok: created action catapi
    


    kind
    因為我是挑 python 所以 kind 參數需要設置為 python:3.7 ,如果是其他語言撰寫請查詢相對應的 tag

    如果你的 python 檔案必須依賴第三方套件或是有多份 Python 檔案請查詢 Packaging 的方法

    web
    因為我要直接使用 url 呼叫所以,這邊將 web 設為 true 方便後面直接呼叫。

  2. 刪除 action
    恩,第一次建立的時候打錯字了,先把錯誤的 action 刪掉
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     $ ibmcloud fn action delete cayapi
     ok: deleted action cayapi
    
    
  3. 查詢 action 細節
    如要查詢 action 的細節可以用 action get 來查看。
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     $ ibmcloud fn action get catapi
     ok: got action catapi
     {
         "namespace": "[名稱空間]_dev",
         "name": "catapi",
         "version": "0.0.1",
         "exec": {
             "kind": "python:3.7",
             "binary": false
         },
         "annotations": [
             {
                 "key": "web-export",
                 "value": true
             },
             {
                 "key": "raw-http",
                 "value": false
             },
             {
                 "key": "final",
                 "value": true
             },
             {
                 "key": "exec",
                 "value": "python:3.7"
             }
         ],
         "limits": {
             "timeout": 60000,
             "memory": 256,
             "logs": 10,
             "concurrency": 1
         },
         "publish": false,
         "updated": 1586324682689
     }
    
  4. 試著調用 action
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     $ ibmcloud fn action invoke catapi --blocking -r --param name Cynthia --param color black
     {
         "command": "INSERT INTO catdb VALUES( Cynthia , black )"
     }
    

    如果想看調用紀錄可以下 list 來查看

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     $ ibmcloud fn activation list catapi
     Datetime            Activation ID                    Kind       Start Duration   Status          Entity
     2020-04-08 06:07:21 e07e2378302245f1be2378302255f1f5 python:3.7 warm  2ms        success         Cynthia_Ch...com_dev/catapi:0.0.1
     2020-04-08 06:07:11 5ce7fafa63364e64a7fafa6336ce64d3 python:3.7 warm  1ms        success         Cynthia_Ch...com_dev/catapi:0.0.1
     2020-04-08 06:06:53 440e81cfb43a455d8e81cfb43a955d07 python:3.7 warm  2ms        success         Cynthia_Ch...com_dev/catapi:0.0.1
     2020-04-08 06:06:36 47fb4b61be884b62bb4b61be88ab62c1 python:3.7 cold  183ms      success         Cynthia_Ch...com_dev/catapi:0.0.1
     2020-04-08 05:44:20 aa2b3be4990f479bab3be4990fb79b1f python:3.7 warm  1ms        success         Cynthia_Ch...com_dev/catapi:0.0.1
     2020-04-08 05:44:01 4b698055804240ada98055804270aded python:3.7 cold  175ms      success         Cynthia_Ch...com_dev/catapi:0.0.1
     2020-04-08 05:43:36 741d9ac2f43d448d9d9ac2f43d848dd7 python:3.7 cold  162ms      developer error Cynthia_Ch...com_dev/catapi:0.0.1
    
  5. api 設定
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     $ ibmcloud fn api create /catapi /insert post catapi --response-type json
     ok: created API /catapi/insert POST for action /_/catapi
     https://service.us.apiconnect.ibmcloud.com/gws/apigateway/api/b0aa51c2e269fe5f451e1a50345b0bb86f711854511ee59e834395c2f375e57b/catapi/insert
    

    如此會拿到 api 的 url,就可以從外部使用 curl 呼叫 API 了!

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     $ curl --request POST \
      --url https://service.us.apiconnect.ibmcloud.com/gws/apigateway/api/b0aa51c2e269fe5f451e1a50345b0bb86f711854511ee59e834395c2f375e57b/catapi/insert \
     --header "Content-Type: application/json" \
     --data '{"name":"CC", "color":"black"}'
    
     {
       "command": "INSERT INTO catdb VALUES( CC , black )"
     }
    


高級 API gateway

不過使用 Openwisk 沒有流量控制、安全性…等功能,必須依賴安裝其他第三方 API 來控管。

不過 IBM Function 倒是另外提供這些功能,但必須從 UI 來控制就是了。

高級 API gateway



其他連結

  1. Serverless 應用案例賞析筆記目錄
  2. 課程內容:影片(IBM片源youku教育片源)/ 講義 / Blog



參考資料

  1. (2020-03-26)。Using IBM Cloud Developer Tools from a Docker Container 。檢自 IBM Cloud Docs (2020-04-08)。
  2. appleboy (2017-12-23)。not able to use docker exec shell · Issue #319 。檢自 Github (2020-04-08)。
  3. IBM Cloud Functions - CLI 。檢自 IBM Cloud (2020-04-08)。
  4. (2020-01-17)。Preparing apps for actions。檢自 IBM Cloud Docs (2020-04-08)。
  5. (2020-01-15)。Creating actions。檢自 IBM Cloud Docs (2020-04-08)。
  6. (2020-03-09)。Cloud Functions CLI。檢自 IBM Cloud Docs (2020-04-08)。