這篇博文將向你展示如何使用 Docker 和 OpenFaaS 框架構(gòu)建你自己的 Serverless 樹(shù)莓派集群。大家常常問(wèn)我能用他們的集群來(lái)做些什么?而這個(gè)應(yīng)用完美匹配卡片尺寸的設(shè)備——只需添加更多的樹(shù)莓派就能獲取更強(qiáng)的計(jì)算能力。

“Serverless” (無(wú)服務(wù)器)是事件驅(qū)動(dòng)架構(gòu)的一種設(shè)計(jì)模式，與“橋接模式”、“外觀模式”、“工廠模式”和“云”這些名詞一樣，都是一種抽象概念。

圖片：3 個(gè) Raspberry Pi Zero

這是我在本文中描述的集群，用黃銅支架分隔每個(gè)設(shè)備。

Serverless 是什么?它為何重要?

行業(yè)對(duì)于 “serverless” 這個(gè)術(shù)語(yǔ)的含義有幾種解釋。在這篇博文中，我們就把它理解為一種事件驅(qū)動(dòng)的架構(gòu)模式，它能讓你用自己喜歡的任何語(yǔ)言編寫(xiě)輕量可復(fù)用的功能。更多關(guān)于 Serverless 的資料。

Serverless 架構(gòu)也引出了“功能即服務(wù)服務(wù)”模式，簡(jiǎn)稱(chēng) FaaS

Serverless 的“功能”可以做任何事，但通常用于處理給定的輸入——例如來(lái)自 GitHub、Twitter、PayPal、Slack、Jenkins CI pipeline 的事件;或者以樹(shù)莓派為例，處理像紅外運(yùn)動(dòng)傳感器、激光絆網(wǎng)、溫度計(jì)等真實(shí)世界的傳感器的輸入。

Serverless 功能能夠更好地結(jié)合第三方的后端服務(wù)，使系統(tǒng)整體的能力大于各部分之和。

了解更多背景信息，可以閱讀我最近一偏博文：功能即服務(wù)(FaaS)簡(jiǎn)介。

概述

我們將使用 OpenFaaS，它能夠讓主機(jī)或者集群作為支撐 Serverless 功能運(yùn)行的后端。任何能夠使用 Docker 部署的可執(zhí)行二進(jìn)制文件、腳本或者編程語(yǔ)言都能在 OpenFaaS 上運(yùn)作，你可以根據(jù)速度和伸縮性選擇部署的規(guī)模。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它還內(nèi)建了用戶(hù)界面和監(jiān)控系統(tǒng)。

這是我們要執(zhí)行的步驟：

• 在一個(gè)或多個(gè)主機(jī)上配置 Docker (樹(shù)莓派 2 或者 3);
• 利用 Docker Swarm 將它們連接;
• 部署 OpenFaaS;
• 使用 Python 編寫(xiě)我們的第一個(gè)功能。

Docker Swarm

Docker 是一項(xiàng)打包和部署應(yīng)用的技術(shù)，支持集群上運(yùn)行，有著安全的默認(rèn)設(shè)置，而且在搭建集群時(shí)只需要一條命令。OpenFaaS 使用 Docker 和 Swarm 在你的可用樹(shù)莓派上傳遞你的 Serverless 功能。

我推薦你在這個(gè)項(xiàng)目中使用帶樹(shù)莓派 2 或者 3，以太網(wǎng)交換機(jī)和強(qiáng)大的 USB 多端口電源適配器。

準(zhǔn)備 Raspbian

把 Raspbian Jessie Lite 寫(xiě)入 SD 卡(8GB 容量就正常工作了，但還是推薦使用 16GB 的 SD 卡)。

注意：不要下載成 Raspbian Stretch 了

社區(qū)在努力讓 Docker 支持 Raspbian Stretch，但是還未能做到完美運(yùn)行。請(qǐng)從樹(shù)莓派基金會(huì)網(wǎng)站下載 Jessie Lite 鏡像。

我推薦使用 Etcher.io 燒寫(xiě)鏡像。

在引導(dǎo)樹(shù)莓派之前，你需要在引導(dǎo)分區(qū)創(chuàng)建名為 ssh 的空白文件。這樣才能允許遠(yuǎn)程登錄。

接通電源，然后修改主機(jī)名

現(xiàn)在啟動(dòng)樹(shù)莓派的電源并且使用 ssh 連接：

$ ssh pi@raspberrypi.local 

默認(rèn)密碼是 raspberry

使用 raspi-config 工具把主機(jī)名改為 swarm-1 或者類(lèi)似的名字，然后重啟。

當(dāng)你到了這一步，你還可以把劃分給 GPU (顯卡)的內(nèi)存設(shè)置為 16MB。

現(xiàn)在安裝 Docker

我們可以使用通用腳本來(lái)安裝：

$ curl -sSL https://get.docker.com | sh 

這個(gè)安裝方式在將來(lái)可能會(huì)發(fā)生變化。如上文所說(shuō)，你的系統(tǒng)需要是 Jessie，這樣才能得到一個(gè)確定的配置。

你可能會(huì)看到類(lèi)似下面的警告，不過(guò)你可以安全地忽略它并且成功安裝上 Docker CE 17.05：

WARNING: raspbian is no longer updated @ https://get.docker.com/   
Installing the legacy docker-engine package...   

之后，用下面這個(gè)命令確保你的用戶(hù)帳號(hào)可以訪問(wèn) Docker 客戶(hù)端：

$ usermod pi -aG docker 

如果你的用戶(hù)名不是 pi，那就把它替換成你的用戶(hù)名。

修改默認(rèn)密碼

輸入 $sudo passwd pi，然后設(shè)置一個(gè)新密碼，請(qǐng)不要跳過(guò)這一步!

重復(fù)以上步驟

現(xiàn)在為其它的樹(shù)莓派重復(fù)上述步驟。

創(chuàng)建你的 Swarm 集群

登錄你的第一個(gè)樹(shù)莓派，然后輸入下面的命令：

$ docker swarm init 
Swarm initialized: current node (3ra7i5ldijsffjnmubmsfh767) is now a manager. 
To add a worker to this swarm, run the following command: 
    docker swarm join \ 
    --token SWMTKN-1-496mv9itb7584pzcddzj4zvzzfltgud8k75rvujopw15n3ehzu-af445b08359golnzhncbdj9o3 \ 
    192.168.0.79:2377 

你會(huì)看到它顯示了一個(gè)口令，以及其它節(jié)點(diǎn)加入集群的命令。接下來(lái)使用 ssh 登錄每個(gè)樹(shù)莓派，運(yùn)行這個(gè)加入集群的命令。

等待連接完成后，在第一個(gè)樹(shù)莓派上查看集群的節(jié)點(diǎn)：

$ docker node ls 
ID                            HOSTNAME            STATUS              AVAILABILITY        MANAGER STATUS   
3ra7i5ldijsffjnmubmsfh767 *   swarm1              Ready               Active              Leader   
k9mom28s2kqxocfq1fo6ywu63     swarm3              Ready               Active   
y2p089bs174vmrlx30gc77h4o     swarm4              Ready               Active   

恭喜你!你現(xiàn)在擁有一個(gè)樹(shù)莓派集群了!

更多關(guān)于集群的內(nèi)容

你可以看到三個(gè)節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)運(yùn)行。這時(shí)只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)是集群管理者。如果我們的管理節(jié)點(diǎn)死機(jī)了，集群就進(jìn)入了不可修復(fù)的狀態(tài)。我們可以通過(guò)添加冗余的管理節(jié)點(diǎn)解決這個(gè)問(wèn)題。而且它們依然會(huì)運(yùn)行工作負(fù)載，除非你明確設(shè)置了讓你的服務(wù)只運(yùn)作在工作節(jié)點(diǎn)上。

要把一個(gè)工作節(jié)點(diǎn)升級(jí)為管理節(jié)點(diǎn)，只需要在其中一個(gè)管理節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行 docker node promote <node_name> 命令。

注意： Swarm 命令，例如 docker service ls 或者 docker node ls 只能在管理節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行。

想深入了解管理節(jié)點(diǎn)與工作節(jié)點(diǎn)如何保持一致性，可以查閱 Docker Swarm 管理指南。

OpenFaaS

現(xiàn)在我們繼續(xù)部署程序，讓我們的集群能夠運(yùn)行 Serverless 功能。OpenFaaS 是一個(gè)利用 Docker 在任何硬件或者云上讓任何進(jìn)程或者容器成為一個(gè) Serverless 功能的框架。因?yàn)?Docker 和 Golang 的可移植性，它也能很好地運(yùn)行在樹(shù)莓派上。

如果你支持 OpenFaaS，希望你能 星標(biāo) OpenFaaS 的 GitHub 倉(cāng)庫(kù)。

登錄你的第一個(gè)樹(shù)莓派(你運(yùn)行 docker swarm init 的節(jié)點(diǎn))，然后部署這個(gè)項(xiàng)目：

$ git clone https://github.com/alexellis/faas/ 
$ cd faas 
$ ./deploy_stack.armhf.sh 
Creating network func_functions   
Creating service func_gateway   
Creating service func_prometheus   
Creating service func_alertmanager   
Creating service func_nodeinfo   
Creating service func_markdown   
Creating service func_wordcount   
Creating service func_echoit   

你的其它樹(shù)莓派會(huì)收到 Docer Swarm 的指令，開(kāi)始從網(wǎng)上拉取這個(gè) Docker 鏡像，并且解壓到 SD 卡上。這些工作會(huì)分布到各個(gè)節(jié)點(diǎn)上，所以沒(méi)有哪個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生過(guò)高的負(fù)載。

這個(gè)過(guò)程會(huì)持續(xù)幾分鐘，你可以用下面指令查看它的完成狀況：

$ watch 'docker service ls' 
ID                  NAME                MODE                REPLICAS            IMAGE                                   PORTS   
57ine9c10xhp        func_wordcount      replicated          1/1                 functions/alpine:latest-armhf   
d979zipx1gld        func_prometheus     replicated          1/1                 alexellis2/prometheus-armhf:1.5.2       *:9090->9090/tcp   
f9yvm0dddn47        func_echoit         replicated          1/1                 functions/alpine:latest-armhf   
lhbk1fc2lobq        func_markdown       replicated          1/1                 functions/markdownrender:latest-armhf   
pj814yluzyyo        func_alertmanager   replicated          1/1                 alexellis2/alertmanager-armhf:0.5.1     *:9093->9093/tcp   
q4bet4xs10pk        func_gateway        replicated          1/1                 functions/gateway-armhf:0.6.0           *:8080->8080/tcp   
v9vsvx73pszz        func_nodeinfo       replicated          1/1                 functions/nodeinfo:latest-armhf   

我們希望看到每個(gè)服務(wù)都顯示 “1/1”。

你可以根據(jù)服務(wù)名查看該服務(wù)被調(diào)度到哪個(gè)樹(shù)莓派上：

$ docker service ps func_markdown 
ID                  IMAGE                                   NODE    STATE   
func_markdown.1     functions/markdownrender:latest-armhf   swarm4  Running   

狀態(tài)一項(xiàng)應(yīng)該顯示 Running，如果它是 Pending，那么鏡像可能還在下載中。

在這時(shí)，查看樹(shù)莓派的 IP 地址，然后在瀏覽器中訪問(wèn)它的 8080 端口：

$ ifconfig 

例如，如果你的 IP 地址是 192.168.0.100，那就訪問(wèn) http://192.168.0.100:8080 。

這是你會(huì)看到 FaaS UI(也叫 API 網(wǎng)關(guān))。這是你定義、測(cè)試、調(diào)用功能的地方。

點(diǎn)擊名稱(chēng)為 “func_markdown” 的 Markdown 轉(zhuǎn)換功能，輸入一些 Markdown(這是 Wikipedia 用來(lái)組織內(nèi)容的語(yǔ)言)文本。

然后點(diǎn)擊 “invoke”。你會(huì)看到調(diào)用計(jì)數(shù)增加，屏幕下方顯示功能調(diào)用的結(jié)果。 

部署你的第一個(gè) Serverless 功能：

這一節(jié)的內(nèi)容已經(jīng)有相關(guān)的教程，但是我們需要幾個(gè)步驟來(lái)配置樹(shù)莓派。

獲取 FaaS-CLI

$ curl -sSL cli.openfaas.com | sudo sh 
armv7l   
Getting package https://github.com/alexellis/faas-cli/releases/download/0.4.5-b/faas-cli-armhf   

下載樣例

$ git clone https://github.com/alexellis/faas-cli 
$ cd faas-cli 

為樹(shù)莓派修補(bǔ)樣例模版

我們臨時(shí)修改我們的模版，讓它們能在樹(shù)莓派上工作：

$ cp template/node-armhf/Dockerfile template/node/ 
$ cp template/python-armhf/Dockerfile template/python/ 

這么做是因?yàn)闃?shù)莓派和我們平時(shí)關(guān)注的大多數(shù)計(jì)算機(jī)使用不一樣的處理器架構(gòu)。

了解 Docker 在樹(shù)莓派上的最新?tīng)顩r，請(qǐng)查閱： 你需要了解的五件事。

現(xiàn)在你可以跟著下面為 PC、筆記本和云端所寫(xiě)的教程操作，但我們?cè)跇?shù)莓派上要先運(yùn)行一些命令。

• 使用 OpenFaaS 運(yùn)行你的第一個(gè) Serverless Python 功能

注意第 3 步：

• 把你的功能放到先前從 GitHub 下載的 faas-cli 文件夾中，而不是 ~/functinos/hello-python 里。
• 同時(shí)，在 stack.yml 文件中把 localhost 替換成第一個(gè)樹(shù)莓派的 IP 地址。

集群可能會(huì)花費(fèi)幾分鐘把 Serverless 功能下載到相關(guān)的樹(shù)莓派上。你可以用下面的命令查看你的服務(wù)，確保副本一項(xiàng)顯示 “1/1”：

$ watch 'docker service ls' 
pv27thj5lftz        hello-python        replicated          1/1                 alexellis2/faas-hello-python-armhf:latest   

繼續(xù)閱讀教程： 使用 OpenFaaS 運(yùn)行你的第一個(gè) Serverless Python 功能

關(guān)于 Node.js 或者其它語(yǔ)言的更多信息，可以進(jìn)一步訪問(wèn) FaaS 倉(cāng)庫(kù)。

檢查功能的指標(biāo)

既然使用 Serverless，你也不想花時(shí)間監(jiān)控你的功能。幸運(yùn)的是，OpenFaaS 內(nèi)建了 Prometheus 指標(biāo)檢測(cè)，這意味著你可以追蹤每個(gè)功能的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)和調(diào)用頻率。

指標(biāo)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)伸縮

如果你給一個(gè)功能生成足夠的負(fù)載，OpenFaaS 將自動(dòng)擴(kuò)展你的功能;當(dāng)需求消失時(shí)，你又會(huì)回到單一副本的狀態(tài)。

這個(gè)請(qǐng)求樣例你可以復(fù)制到瀏覽器中：

只要把 IP 地址改成你的即可。

http://192.168.0.25:9090/graph?g0.range_input=15m&g0.stacked=1&g0.expr=rate(gateway_function_invocation_total%5B20s%5D)&g0.tab=0&g1.range_input=1h&g1.expr=gateway_service_count&g1.tab=0   

這些請(qǐng)求使用 PromQL(Prometheus 請(qǐng)求語(yǔ)言)編寫(xiě)。第一個(gè)請(qǐng)求返回功能調(diào)用的頻率：

rate(gateway_function_invocation_total[20s]) 

第二個(gè)請(qǐng)求顯示每個(gè)功能的副本數(shù)量，最開(kāi)始應(yīng)該是每個(gè)功能只有一個(gè)副本。

gateway_service_count 

如果你想觸發(fā)自動(dòng)擴(kuò)展，你可以在樹(shù)莓派上嘗試下面指令：

$ while [ true ]; do curl -4 localhost:8080/function/func_echoit --data "hello world" ;
 done 

查看 Prometheus 的 “alerts” 頁(yè)面，可以知道你是否產(chǎn)生足夠的負(fù)載來(lái)觸發(fā)自動(dòng)擴(kuò)展。如果沒(méi)有，你可以嘗試在多個(gè)終端同時(shí)運(yùn)行上面的指令。

當(dāng)你降低負(fù)載，副本數(shù)量顯示在你的第二個(gè)圖表中，并且 gateway_service_count 指標(biāo)再次降回 1。

結(jié)束

我們現(xiàn)在配置好了 Docker、Swarm， 并且讓 OpenFaaS 運(yùn)行代碼，把樹(shù)莓派像大型計(jì)算機(jī)一樣使用。

你是如何搭建好了自己的 Docker Swarm 集群并且運(yùn)行 OpenFaaS 的呢?在 Twitter @alexellisuk 上分享你的照片或推文吧。

觀看我在 Dockercon 上關(guān)于 OpenFaaS 的視頻

我在 Austin 的 Dockercon 上展示了 OpenFaaS。——觀看介紹和互動(dòng)例子的視頻： https://www.youtube.com/embed/-h2VTE9WnZs

有問(wèn)題?在下面的評(píng)論中提出，或者給我發(fā)郵件，邀請(qǐng)我進(jìn)入你和志同道合者討論樹(shù)莓派、Docker、Serverless 的 Slack channel。

想要學(xué)習(xí)更多關(guān)于樹(shù)莓派上運(yùn)行 Docker 的內(nèi)容?

我建議從 你需要了解的五件事 開(kāi)始，它包含了安全性、樹(shù)莓派和普通 PC 間微妙差別等話(huà)題。

• Dockercon tips: Docker & Raspberry Pi
• Control GPIO with Docker Swarm
• Is that a Docker Engine in your pocket?