![頭圖.png](https://ucc.alicdn.com/pic/developer-ecology/7708d33650c9459ba5ebbf1d5b9b80c5.png)

作者 | Shuai Chang  阿里云云原生 Serverless 團隊高階技術專家
來源 | [阿里巴巴雲原生公眾號](https://mp.weixin.qq.com/s/a7SVVyp95zj4qz7t3V24zQ)

體驗文件：[映象拉取加速文件](https://help.aliyun.com/document_detail/193075.html)

# FaaS 和容器

容器映象因其顛覆式創新成為雲原生時代應用部署格式的事實標準。頭部雲廠商 FaaS (Function-as-a-Service) 服務如阿里雲函式計算、AWS Lambda 也相繼在 2020 年支援使用容器映象部署函式，全面擁抱容器生態。自發布以來，開發者陸續將機器學習、音影片處理、事件驅動離線資料處理、前端自動化等多個場景使用映象快速無伺服器化，提高效率、降低成本。然而，冷啟動一直是 Serverless 無法繞開的問題。容器映象需要將資料透過網路遠端下載並解壓，對於 GB 級別的映象，拉取時間可能高達分鐘級別，客觀上放大了冷啟動副作用，阻礙實時應用的 Serverless 演進。

# 函式計算映象加速功能

傳統的映象拉取加速強調"開發者負責"，如精簡映象，合理分配映象層，multi-stage 構建，使用工具（如 docker-slim）去除不需要的資料，遵循構建最佳實踐等。這些工作不僅加重了使用者負擔，加速效果有限，且有執行時穩定性風險。阿里集團超大規模和場景高度複雜的容器環境，對映象儲存、加速技術有深厚的積累，出色地承擔了 3 年雙十一、雙十二、春節等大促秒殺場景的嚴苛的挑戰。阿里雲 Serverless 同容器映象、儲存等服務深度合作，將內部創新在函式計算輸出：杭州、北京、上海、美東、美西正式釋出了映象加速功能。該功能將原本屬於開發者的映象最佳化負擔轉由函式計算承擔，進一步幫助開發者提高生產效率，專注業務創新。

## 1. 加速效果

我們在選擇了內部生產環境和開源社群的工作負載，覆蓋機器學習、人工智慧、前端自動化、Web 應用等 7 種映象大小、IO 訪問模式、啟動命令的不同組合作為 benchmark，部署在 FC 北京區域。如下圖所示，函式計算開啟映象加速功能後加速普遍超過 50%，對於機器學習場景中常見的臃腫映象（如多個團隊共享基礎映象, ml-small-import, ml-large-import, ai-cat-or-dog）加速效果更為明顯（約 70%-86%），映象越大最佳化空間往往越高。

![1.png](https://ucc.alicdn.com/pic/developer-ecology/d353e3413c88459d9bf78115151d9ffb.png)

![2.png](https://ucc.alicdn.com/pic/developer-ecology/cbdd561bd95142df814a68326843c235.png)

## 2. 使用方式

映象加速可以透過控制檯、CLI 工具或是 FC SDK 開啟，詳細步驟參考[映象拉取加速文件](https://help.aliyun.com/)。

- **方式一：在函式計算控制檯函式配置下選擇“開啟映象加速”**。

![3.png](https://ucc.alicdn.com/pic/developer-ecology/05ef5307635c458fab3063a5da4da83d.png)

- **方式二：使用 Funcraft 工具部署**。

在已有的 CustomContainerConfig 配置下新增 AccelerationType: Default 如需關閉則配置 AccelerationType：

```
        CustomContainerConfig:
          Image: registry-vpc.cn-beijing.aliyuncs.com/fc-demo/python-flask:v0.1
          AccelerationType: Default
```

## 3. 功能特點

FC 映象加速具備以下特點：

- 使用簡單：只需在函式上開啟映象加速，函式計算會自動製作加速映象和快取，轉換完成後（5分鐘以內），函式自動採用加速映象快取。

- 專注業務創新：開發者無需花費時間刻意精簡最佳化映象大小或嚴格區分 Serverless 和 Serverfull 應用映象的構建方式，FC 負責按照應用實際使用資料拉取和解壓。

- 加速免費，使用門檻低：映象加速開啟不產生額外費用，也不需要開發者額外購買或升級任何其他服務。事實上由於映象拉取時間變短，相應的請求費用也隨之降低。

- 極速彈性、縮容到 0、事件觸發：FaaS 結合容器映象已經極大簡化了應用遷移至 Serverless，加速功能進一步解鎖了實時、準實時工作負載，曾經需要分鐘級別的容器啟動現在可以幾秒內快速啟動，真正實現縮容到 0。

# 映象拉取為什麼慢？

一個 OCI V1 容器映象包含多個層（layer），每層都是一個壓縮打包的檔案系統（資料夾），通常以 tar.gz 格式儲存在遠端服務（如物件、檔案儲存）。拉取映象時步驟如下：

- 將各個 layer 對應的 tar.gz 檔案完整下載至本地。
- 每層順序解壓。
- 將各個層合併（如 Overlay）作為 rootfs 啟動容器。

上述步驟雖然簡單，卻是映象拉取慢的主要原因：

- 檔案格式缺陷、粗粒度資料分層、順序解壓：gzip 層導致無法細粒度隨機讀取應用實際需要的資料，且要求所有層單執行緒順序解壓。實際觀察發現映象層可以透過併發下載提高速度，然而解壓環節在 gzip 格式下卻很難最佳化。

- 低效的壓縮/解壓縮演算法：映象層採用的 gzip，benchmark gzip 解壓速度對比 lz4 平均慢接近 9 倍。

- 全量資料下載：同樣由於粗粒度的分層和 gzip 格式（不支援 seek），映象資料不論是否實際有用，都要被完整下載至本地。

綜上原理，映象拉取時間和映象大小成正比，而容器映象構建過程中執行 apt/yum install, 無用的測試、資料檔案，構建過程中執行 chmod/chown 等命令造成同一資料複製多份，極易引入大量應用不需要的資料。

# 加速原理

函式計算將阿里集團成熟的映象加速技術應用在公共雲服務中，加速技術圍繞兩個核心思路：

- 按需載入：僅讀取應用真實需要的資料，極大減少資料傳輸量。

- 更高效的儲存和演算法：相同大小的資料，更快地解壓。

## 1. 按需載入

Benchmark 中包含映象資料載入率在 12% - 84% 之間，除了映象較小的 web 應用，大部分場景資料利用率低於 50%。以層（layer）作為資料分發單位的原始映象被轉換成支援細粒度按需讀取的資料格式，並存放在延遲和吞吐都更優的儲存中。

![4.png](https://ucc.alicdn.com/pic/developer-ecology/6d04ef1c73454a8b9dcb5dffae94216e.png)

## 2. 高效解壓

除了按需載入帶來的下載步驟延時節省，映象加速技術在資料解壓步驟也同樣做了大量最佳化。下圖可以看出即使在載入 70% 以上全量資料的情況下，最佳化效果仍然超過 60%。

![5.png](https://ucc.alicdn.com/pic/developer-ecology/5779f9fd56944dad887e609f9bc323e5.png)

# 未來規劃

函式計算正式釋出了容器映象加速，透過按需讀取和更高效的解壓技術在不同場景下加速 50%-80%，即使 GB 級別的映象也可以在幾秒內完成端到端啟動。加速功能結合函式計算極致彈性和事件觸發的特點，解鎖了更多對實時要求高的工作負載。容器應用可以更容易地享受 Serverless 特性，真正做到縮容到 0 以及快速大規模擴容。FC 在未來會持續最佳化冷啟動各個環節提供極致彈性，承擔更多使用者責任，使開發者專注業務創新。

## 附錄：實驗場景資料

![6.jpg](https://ucc.alicdn.com/pic/developer-ecology/628ebd52b6fb436087a85f3b181796d2.jpg)

## 參考

- [函式計算支援容器映象-加速應用 Serverless 程式](https://developer.aliyun.com/article/772788?spm=a2c6h.12873639.0.0.5b6b3b43p536DQ)
- [New for AWS Lambda – Container Image Support](https://aws.amazon.com/blogs/aws/new-for-aws-lambda-container-image-support/?spm=a2c6h.12873639.0.0.5b6b3b43p536DQ)
- [函式計算映象拉取加速文件](https://help.aliyun.com/document_detail/193075.html?spm=a2c6h.12873639.0.0.5b6b3b43p536DQ)
- [Docker Slim: Minify and Secure Docker containers (free and open source!)](https://github.com/docker-slim/docker-slim?spm=a2c6h.12873639.0.0.5b6b3b43p536DQ)
- [christopher-talke/node-express-puppeteer-pdf-example](https://github.com/christopher-talke/node-express-puppeteer-pdf-example?spm=a2c6h.12873639.0.0.5b6b3b43p536DQ)
- [awesome-fc/custom-container-docs](https://github.com/awesome-fc/custom-container-docs?spm=a2c6h.12873639.0.0.5b6b3b43p536DQ)

## 作者簡介

Shuai Chang，阿里云云原生 Serverless 團隊高階技術專家，主導了函式計算同容器技術生態融合以及 FaaS 雲原生可觀測。

啟動延時縮短 50%-80%，函式計算釋出映象加速功能

相關文章