高密度部署，基于动态库的尝试，rust动态调库

前言

最近在搞faas平台，也试了各大云厂商的产品，效果都不是很理想。和我心目中的faas想去甚远。
和小伙伴们吹完牛逼，心有所感，写下这篇文章，时间跨度较长，故事的结局可以直接看尾语。

faas特点

faas最突出的特点只有两个，方便快捷，低成本。

方便快捷是开发者使用faas最大的原因。faas平台能够提供全套的底层服务，包括日志，流量，监控，测试集成，各种触发方式，各种语言支持，云编辑器，开发框架等等。作为开发者，理想的faas状态是，写好了业务代码发个版就用。

低成本是对开发者和平台供应商是双向的。使用faas的开发者一般都不会开发非常复杂的东西，换而言之就是要省成本，省钱。用的时候花钱，不用的时候0成本。对于平台提供商而言，每一个提供出来的函数服务都要足够省成本，资源利用率要足够合理。faas是可以按照请求收费的，如果成本不够低，平台商就要赔出裤衩子。最理想的状态下，faas可以将实例缩成0，不消耗任何资源。

方案

基于物理机或k8s，这种很好理解。将每个函数做成一个pod跑起来就行。阿里云用的就是这种方法。将函数放到ECS里执行。不好的地方是代价高昂，而且冷启动巨慢，根据官方的数据，最快启动也要在300ms以上。所以实际生产上不可能将实例缩成0

基于KVM虚拟化技术，已知AWS用的这种方法，其底层框架就是rust写的Firecracker。个人感觉这种还不如docker。如果docker是按秒启动，它就得按照分钟启动。不过隔离性到是很好，技术也很成熟。

基于wasm(WebAssembly)，这种是底层有个Wasm Runtime，它能够将各种语言编好的特定二进制包运行起来，启动速度在毫秒级。这种方式还不太成熟，就算是其中最优秀的的wasmtime(bytecodealliance的作品)框架，也仅仅支持少数语言。据说字节有用这种方法，"强如死月"就在字节搞这种东西，在火山引擎上感受了一把，嗯~ 好像闻不对味。

思考

如果说wasm还不成熟，那为啥不用动态库的方法那，动态库发展折磨多年，技术早就成熟的一匹，各种稀奇古怪的语言都支持。而且可以把动态库做成热加载模式。类似wasm，让函数和服务分离，在需要的时候再加载进来。
我们整体构想如下。
在这里插入图片描述

事件：一次对函数的调用称之为事件，可以是http请求，mq消息，定时器等等。各种Faas几乎都是事件驱动，是一种很好的抽象和设计。
xxx trigger 产生事件的各种触发器。
Function Manager: 用来管理各种语言编写的动态库。
Fuction Pool：函数运行池，里面运行多个DLL Runtime，并根据策略进行调度。图上只画了三个动态库运行时，实际生产中会复杂的多，比如会先对资源分组，再将DLL Runtime运行在对应的分组中。faas毕竟也是平台级产品，这里也需要提供多租户的支持。
DLL Runtime：动态库运行时，负责加载和执行动态库。当DLL Runtime被启动时，是不加载任何动态库的。当事件被路由过来时，再从Function Manager中加载动态库。并且根据一定策略，比如三分钟内没有事件过来，就会将对应动态库从运行时中卸载。真正做到了0资源消耗，不占有cpu 内存网络。。。
- 思考：有的时候我们用faas不光需要运行一段逻辑，也需要外部文件，比如配置文件，各种库文件。所以这里考虑，将动态库和其他所需文件直接通过文件挂载到DLL Runtime的目录中，比如通过NFS,Ceph,或者各种云厂商的云存储。而Function Manager只用来处理动态库的管理逻辑。
Event SLE 事件分发器：会将得到的事件路由到对应的DLL Runtime中。
资源监视器：负责监控DLL Runtime的资源使用情况，并根据策略增加或者减少DLL Runtime。比如设置CPU 60%使用率，当检测CPU使用率高于60后，会启动新的DLL Runtime到Function Pool中。

实践

关说不练假把式，下面来动手实操一下。

制作动态库

用任何语言制作一个标准C接口的动态库。
当然也可以用我这个现成的。
https://github.com/woshihaoren4/wd_passport/tree/main/cdylib
这个库是用rust写的，用来做鉴权和认证用的。特点是证书内敛，且定期自动升级。可以把公钥分发出去做分布式验证。
主要封了两个标准C的接口一个是签名，一个是验证。用c语言写大概就是这种

int sign(char* data,long timestamp,char * sign) // 用于签名 并将签名串写到入参sign中

int verify(cahr * data, char * sign,long timestamp) //验证 返回0表示成功 其他则失败

我本人用的mac所以，使用.dylib结尾的文件。其他系统所需动态库需要跨平台编译，我这里质变仪了.so的。并附上该包跨平台编译方法。

//查看rust支持的平台
rustc --print target-list

//下载平台支持库，这里加一个linux的musl编译支持
rustup target add x86_64-unknown-linux-musl

//因为上面用的musl编译，所以需要安装musl
brew install FiloSottile/musl-cross/musl-cross

//在项目的cargo.toml文件中，设置编译目标 参考：https://doc.rust-lang.org/reference/linkage.html?highlight=crate-type#linkage
//staticlib：静态库 cdylib：c标准动态库
[lib]
name = "lib_name"
crate-type = ["staticlib", "cdylib"]

//编译
cargo build --target x86_64-unknown-linux-musl

//如果报错 找不到musl-gcc 则执行如下命令
ln -s /usr/local/bin/x86_64-linux-musl-gcc /usr/local/bin/musl-gcc

调用动态库

这里使用libloading库动态加载动态库
将上面编译好的库放到下面的代码中执行。
完整代码

use std::ffi::{c_longlong, CString};
use std::os::raw::{c_char, c_int};

fn main() {
    let start = std::time::Instant::now();
    let result = call_dynamic().expect("运行出错");
    let use_time = start.elapsed();
    println!("success :{} 总用时：{}毫秒", result, use_time.as_millis());
}

fn call_dynamic() -> Result<u32, Box<dyn std::error::Error>> {
    unsafe {
        let start = std::time::Instant::now();
        let lib = libloading::Library::new("./src/libwd_passport.dylib")?;
        let sign_func: libloading::Symbol<
            unsafe extern "C" fn(
                data: *const c_char,
                timestamp: c_longlong,
                sign: *const c_char,
            ) -> c_int,
        > = lib.get(b"sign")?;
        let verify_func: libloading::Symbol<
            unsafe extern "C" fn(
                data: *const c_char,
                sign: *const c_char,
                timestamp: c_longlong,
            ) -> c_int,
        > = lib.get(b"verify")?;
        let use_time = start.elapsed();
        println!("启动用时：{}微秒", use_time.as_micros());

        let start = std::time::Instant::now();
        let data = CString::from_vec_unchecked(Vec::from("hello world"));
        let sign = CString::from_vec_unchecked(vec![1; 128]);
        let result = sign_func(data.as_ptr(), 1866248975, sign.as_ptr());
        assert_eq!(result,0,"签名失败");
        let use_time = start.elapsed();
        println!("签名用时：{}微秒", use_time.as_micros());

        let start = std::time::Instant::now();
        let result = verify_func(data.as_ptr(), sign.as_ptr(), 1866248975);
        assert_eq!(result,0,"验签失败");
        let use_time = start.elapsed();
        println!("验证用时：{}微秒", use_time.as_micros());

        return Ok(0);
    }
}

运行结果：
在这里插入图片描述
这里可以看到，启动时间在亚毫秒级。因为代码中是从文件中加载，文件加载和读取是需要花费一定时间的，当多次运行测试代码后，会发现启动时间小于毫秒，因为系统会缓存文件。
签名用时较久是因为第一次会初始化一些配置。如果将代码中的单次签名改成多次，会发现签名用时大概在2毫秒左右。动态库用的是rsa sha256算法。