3.6　運行時和自定義運行時

本節將通過介紹運行時和自定義運行時，對函數運行環境的架構進行說明，讓讀者進一步了解FaaS的執行原理和調度機制，實現自定義函數的運行環境。

3.6.1　運行時和自定義運行時的概念

FaaS平臺的每個函數的底層是基于輕量化虛擬機（MicroVM）實現的，而每個函數都需要通過運行時環境的承載來提供服務，因此可以將運行時看作每個函數的執行環境。函數、運行環境和輕量化虛擬機的層級關系如圖3-8所示。

圖3-8　函數、運行環境和輕量化虛擬機的層級關系

當前主流云廠商的函數平臺都提供常用運行環境的預置和封裝，并能夠持續支持和迭代。編程語言本身十分豐富，并且持續更新，對于平臺來說，維護所有語言和版本并不現實。此外，如果用戶希望針對預置運行環境安裝自定義的擴展，比如PHP環境中PostgreSQL數據庫的擴展Pdo_pgsql，則需要平臺進一步開放限制，實現支持自定義插件和擴展包的安裝。當前，各大云廠商已經通過開放公共容器鏡像等方式，支持函數掛載容器鏡像，從而實現自定義開發和依賴安裝。此外，用戶也可以通過自定義運行時來實現這一需求。接下來我們對運行時和自定義運行時的原理進行分析，實現自定義運行環境。

1. 運行時的生命周期

標準運行時的生命周期由兩部分組成：初始化階段和調用階段。在初始化階段，會準備運行函數需要的資源，然后拉取用戶代碼，對函數進行初始化，并對外暴露入口函數（handler）接口。在調用階段，通過事件觸發，對函數進行調用，并執行函數內部定義的邏輯進行響應，如圖3-9所示。

圖3-9　運行時的生命周期

2. 自定義運行時的生命周期

自定義運行時的生命周期如圖3-10所示，可以看到，不同的觸發器，如網關觸發器、定時觸發器，在觸發事件后，會先將事件分發給Runtime API，之后由用戶實現自定義運行時部分，和Runtime API通過HTTP/RPC等方式進行交互。用戶實現自定義運行時主要需要考慮以下幾個部分：首先需要自定義引導文件bootstrap，通過bootstrap進行初始化，和負責調度的引擎，即Runtime API進行交互，實現運行時的自定義，之后再執行函數的業務邏輯。

圖3-10　自定義運行時的生命周期

因此，與標準的內置運行時相比，自定義運行時的開放性主要體現在以下三個方面。

• 支持自定義開發語言。
• 開放了運行時的初始化階段。
• 支持通用的HTTP/RPC協議通信。

接下來我們詳細解讀自定義運行時每個階段所做的工作。首先，啟動運行時尋找代碼包中的bootstrap文件，此階段引導程序bootstrap做啟動之前的準備和數據加載等工作，同時也需要確保該文件的權限為chmod 755。

之后進入函數的初始化階段。該階段之前是通過FaaS平臺實現的，在自定義運行時中則開放給用戶。本階段可以做許多初始化的工作，例如上文提到的加載擴展、啟動自定義插件、創建連接池等。初始化完成后，可以通過/runtime/init/ready的API通知平臺初始化已經完成。

最后進入函數調用階段，通過/runtime/invocation/next API中長輪詢的方式獲取時間，并調用函數處理對應事件。處理完畢后，通過/runtime/invocation/response | error等API推送函數的處理結果或者異常報告。由此可見，在函數調用和初始化階段，都可以通過用戶自定義和平臺的運行時API進行交互，定義函數的生命周期。

通過自定義運行時的能力，FaaS函數平臺可以完美支持Deno、.NET、WASM、Swift等編程語言，同時也能滿足用戶對運行時自定義擴展和插件的需求，進一步擴展FaaS函數的邊界。

3.6.2　自定義運行時示例

接下來，我們通過一個Deno環境的函數示例，展示FaaS平臺自定義運行時的運行原理。Deno由Node.js的創始人Ryan Dahl在2017年創立。和Node.js一樣，Deno也是一個服務器運行時，它支持多種語言，可以直接運行JavaScript和TypeScript代碼。對比Node.js，Deno提供了安全的執行環境，并且能夠開箱即用地支持TypeScript等開發語言，在開發者中也越來越受歡迎。但當前各大云廠商的FaaS平臺默認僅支持Node.js運行時，因此在本節，我們通過自定義運行時創建Deno環境。

在創建自定義運行時Custom Runtime函數前，首先需要創建運行時引導文件bootstrap和函數處理文件。其中，bootstrap是運行時入庫引導程序文件。創建bootstrap文件，定義Deno的文件目錄并執行入口文件entry.js，如代碼清單3-2所示。

代碼清單3-2　Deno環境下創建bootstrap文件

# 設置Deno緩存目錄
export DENO_DIR=/tmp
# 取消代理
unset http_proxy
unset https_proxy
# 執行入口文件
deno run --allow-net --allow-env entry.js

入口文件創建完畢后，接下來需要創建函數處理文件。函數處理文件主要包含函數邏輯的具體實現，其執行方式及參數可以通過運行時自定義實現。在本例中，創建entry.ts作為入口文件，在其中創建HTTP Server、監聽固定端口、進行函數的初始化等，如代碼清單3-3所示。

代碼清單3-3　Deno環境的函數處理文件

const SCF_RUNTIME_API: string | undefined = Deno.env.get('SCF_RUNTIME_API');
const SCF_RUNTIME_API_PORT: string | undefined = Deno.env.get(
    'SCF_RUNTIME_API_PORT',
);

const READY_URL = 'http://${SCF_RUNTIME_API}:${SCF_RUNTIME_API_PORT}/runtime/init/ready';
const EVENT_URL = 'http://${SCF_RUNTIME_API}:${SCF_RUNTIME_API_PORT}/runtime/invocation/next';
const RESPONSE_URL = 'http://${SCF_RUNTIME_API}:${SCF_RUNTIME_API_PORT}/runtime/invocation/response';
const ERROR_URL = 'http://${SCF_RUNTIME_API}:${SCF_RUNTIME_API_PORT}/runtime/invocation/error';

import { app } from './src/main.jsx';

const PORT = 9000;

async function post(url = '', data = {}) {
    const response = await fetch(url, {
        method: 'POST', // 默認為GET, 也支持POST、PUT、DELETE等請求方式
        body: JSON.stringify(data),
    });
    return response.text();
}

async function forwardEventToRequest(event: any) {
    // 獲取請求的事件
    console.log(
        '++++++++ Req Url +++++++',
        'http://localhost:${PORT}/${event.path}',
    );

    const response = await fetch('http://localhost:${PORT}/${event.path}', {
        method: 'GET',
    });
    const body = await response.text();

    const apigwReturn = {
        statusCode: 200,
        body: body,
        headers: {
            'Content-Type': 'text/html; charset=UTF-8',
        },
        isBase64Encoded: false,
    };

    return apigwReturn;
}

async function run() {
    // 事件循環
    // 獲取事件
    const eventObj: any = await fetch(EVENT_URL);
    const event = await eventObj.json();
    await app.start({ port: PORT });
    const apigwReturn = await forwardEventToRequest(event);
    await app.close();
    if (!event) {
        const error = await post(ERROR_URL, { msg: 'error handling event' });
        console.log('Error response: ${error}');
    } else {
        console.log('Send Invoke Response: ${event}');
        await post(RESPONSE_URL, apigwReturn);
    }
}
// 完成 POST 請求，初始化完畢
post(READY_URL, { msg: 'deno ready' }).then(() => {
    console.log('Initialize finish');
    run();
});

示例完整代碼地址為https://github.com/serverless-plus/serverless-deno。