基於騰訊雲的 Rust 和 WebAssembly 函數即服務

騰訊云云函數 (SCF) 已經支持十多種編程語言和運行時框架。騰訊雲最近發佈的 SCF custom runtime（自定義運行時）更進一步 —— SCF 如今能夠支持用任何編程語言編寫的函數。

本文將介紹如何在雲函數 SCF 中運行用 Rust 編寫的 WebAssembly 函數。

咱們先介紹一些基本概念，而後回顧一個完整但簡單的 hello world 示例，部署您的第一個 WebAssembly 無服務器函數。最後，咱們將用一個機器學習即服務 (MLaaS) 示例來作一些有用的事情。該示例接受數據並以 SVG 格式返回擬合模型和可視化。

這是本教程結束時你將建立的最終應用。它徹底是「無服務器」的，只有使用時會產生成本。

HTML 和 JavaScript UI 能夠託管在任何計算機上，包括筆記本電腦上。在騰訊雲 Serverless 上的後端函數執行機器學習和 SVG 繪圖。

爲何選擇 WebAssembly 和 Rust

傳統的無服務器函數基於重量級的框架。開發者必須在特定的應用框架中編寫函數，好比 Node.js 中的 JavaScript 或 Python Boto。

騰訊雲 SCF Custom Runtime 打破了這種模式，容許開發者用任何語言編寫無服務器函數。

爲了演示這個優點，本文提供了基於 Bash 腳本的函數、基於 Deno 的 TypeScript 函數和基於 Rust 的本機二進制函數的示例。這使咱們可以在騰訊雲上建立和部署基於 web 組件的無服務器函數。

爲何要這麼作？

如下是一些緣由：

• WebAssembly 是爲性能而設計的。 WebAssembly 函數能夠比用JavaScript 或者 Python 快 10 倍。
• WebAssembly 函數是可移植的。雖然能夠在 SCF Custom runtime上運行本地二進制文件，但必須將這些二進制文件編譯到 Custom runtime 的確切操做系統環境中。目前在 X86 CPU 上使用的是 CentOS 7.6，以後可能會更改。正如咱們將要看到的，WebAssembly 函數是可移植的，而且很是容易部署和管理。
• WebAssembly 函數是安全的。衆所周知，即便使用 Docker，本地二進制應用程序也可能會破壞容器。因爲你的應用程序可能依賴於許多第三方庫，所以你的依賴項中存在危險代碼的風險真實存在。 WebAssembly 有着基於能力的安全模型, 爲你的代碼提供更好的運行時保護。
• 雖然 WebAssembly 兼容各類編程語言，但 Rust、AssemblyScript (TypeScript)、C/C++ 和 Go 是寫 WebAssembly 函數的最佳語言，尤爲是 Rust。Rust 是一種流行且愈來愈受矚目的編程語言，社區很是活躍。Rust 讓咱們可以寫一個高效但內存安全的函數。

最後，在騰訊雲上編寫和部署 WebAssembly 函數實際上很是簡單，在一個小時內就能夠完成。

前期準備

首先，註冊一個騰訊雲帳戶。對大多數開發和我的項目來講，開發工做均可以在免費額度內進行。

確保你已經在地開發計算機或 Docker 容器上安裝了 Rust 和 ssvmup 工具鏈。ssvmup 工具鏈將 Rust 程序編譯並優化爲 WebAssembly 字節碼。只需使用如下簡單命令便可安裝。你也能夠參考這個指南。

$ curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh
$ source $HOME/.cargo/env
... ...
$ curl https://raw.githubusercontent.com/second-state/ssvmup/master/installer/init.sh -sSf | sh

WebAssembly 函數是在 Second State 虛擬機 SSVM 裏執行的。SSVM 是專爲服務端的用例和應用優化的高性能 WebAssembly 虛擬機。

Hello, world

要在騰訊雲上部署 Rust 和 WebAssembly 函數, 咱們建議 clone 或者 fork GitHub 上的模板 repo，並把這個模板做爲你本身應用的基礎。

在 main.rs 上的 Rust 函數是咱們將部署到 SCF 的無服務函數。正如你能從源代碼看到的那樣，它能從 STDIN 讀取函數的輸入, 而後用 println! macro 把結果發送到 STDOUT。

use std::io::{self, Read};
use serde::Deserialize;

fn main() {    
    let mut buffer = String::new();    
    io::stdin().read_to_string(&mut buffer).expect("Error reading from STDIN");    
    let obj: FaasInput = serde_json::from_str(&buffer).unwrap();    
    let key1 = &(obj.key1);    
    let key2 = &(obj.key2);    
    println!("Hello! {}, {}", key1, key2);
}

#[derive(Deserialize, Debug)]
struct FaasInput {    
    key1: String,    
    key2: String
}

Rust main() 函數使用 serde 庫來從 STDIN 解析一個 JSON 字符串。

JSON 看起來像下面這樣。 咱們之因此用這種方式編寫函數，是由於SCF 使用內置的 hello world JSON 模板來測試部署好的函數。

{  
    "key1": "test value 1",  
    "key2": "test value 2"
}

函數提取 key1 和 key2 值並輸出下面的 hello 消息到 STDOUT。

Hello! test value 1, test value 2

可是，這個函數的 web 請求是如何被轉換成 STDIN 的？如何將 STDOUT 中的函數響應轉換爲 HTTP 響應？

這是經過咱們模板中的 SCF custom runtime 基礎設施和引導 (bootstrap) 程序完成的。

正如你所看到的那樣，引導程序只是一個 bash shell 程序，它不斷地輪詢雲函數 SCF 以查找傳入的請求。它將傳入的請求轉換爲 STDIN，並經過 SSVM 調用 WebAssembly 函數。而後，它接受 STDOUT 輸出，並將其做爲函數的響應發給 SCF。

若是你使用咱們的模板，就不須要修改引導程序。

如今，可使用 ssvmup 將 Rust 函數構建到 WebAssembly 字節碼中，而後將 zip 文件打包，從而在騰訊雲 SCF Custom Runtime 上進行部署。

$ ssvmup build
... ...

$ cp pkg/hello_bg.wasm cloud/
$ cd cloud
$ zip hello.zip *

按照這個說明和截圖來部署並測試上面 hello.zip 文件。如今已經成功地部署了一個 WebAssembly 無服務器函數！

接下來，讓咱們用 Rust 函數建立一個有價值的 web 服務。

機器學習即服務

這個例子中，咱們選擇了一個計算密集型的機器學習任務來演示 Rust WebAssembly 函數的性能。

無服務器函數採用以逗號分隔的數字輸入字符串，這些數字表示二維平面上的一組點。輸入的數據格式是 x1,y1,x2,y2,...

該函數分析數據並計算兩個特徵向量，指示數據中最大方差的方向。特徵向量爲數據科學家提供了關於驅動數據變化的潛在因素的線索。這就是所謂的主成分分析。

咱們的函數建立一個 SVG 圖，而且在這個圖上繪製輸入的數據點以及上面計算獲得的特徵向量。該函數最後以 XML 文本的形式返回這個 SVG 圖。

要開始這個例子，你能夠 clone 或者 fork 這個 repo。該項目在 tencentcloud/ssvm/pca 文件夾中。或者你能夠複製 Cargo.toml 和 src/* 的內容到上文的 hello world 模板。若是你選擇後者，確保你修改了 Cargo.toml，將其指向 Rust 機器學習庫的正確源代碼文件夾。

本教程中不會深刻探討 PCA 或 SVG 生成的 Rust 源代碼的細節，由於它們涉及大量的計算代碼。

遵守與 hello world 示例中相同的步驟。使用 ssvmup 構建一個 pca.zip 包，並將其部署到騰訊雲 SCF custom runtime 上。

接下來，咱們將部署好的函數與 web API 網關關聯起來，以即可以從 web HTTP 或 HTTPS 請求調用它。在 SCF 的 web 控制檯的觸發管理選項卡中執行此操做。這裏能夠查看教程和截圖

API 控制檯將 HTTP 請求轉換爲無服務器函數的 JSON 輸入。例如，這裏有一個對 API 網關 URL 的 HTTP POST 請求。咱們未來自 iris.csv 文件的以逗號分隔的數據點放在 POST 主體中。

$ curl -d @iris.csv -X POST https://service-m9pxktbc-1302315972.hk.apigw.tencentcs.com/release/PCASVG

API 網關將如下 JSON 傳到 Rust 函數的 STDIN。POST body 如今是 JSON 中的 body 屬性。

{
  "body": "3.5,0.2,3,0.2,...",
  "headerParameters": {},
  "headers": {
    "accept": "/",
    "content-length": "11",
    "content-type": "application/x-www-form-urlencoded",
    "host": "service-aj0plx8u-1302315972.hk.apigw.tencentcs.com",
    "user-agent": "curl/7.54.0",
    "x-anonymous-consumer": "true",
    "x-api-requestid": "e3123014742e7dd79f0652968bf1f62e",
    "x-b3-traceid": "e3123014742e7dd79f0652968bf1f62e",
    "x-qualifier": "$DEFAULT"
  },
  "httpMethod": "POST",
  "path": "/my_hk",
  "pathParameters": {},
  "queryString": {},
  "queryStringParameters": {},
  "requestContext": {
    "httpMethod": "ANY",
    "identity": {},
    "path": "/my_hk",
    "serviceId": "service-aj0plx8u",
    "sourceIp": "136.49.211.114",
    "stage": "release"
  }
}

Rust 函數解析主體中的數據，執行 PCA，並生成 SVG 圖形。它將 SVG 內容打印到 STDOUT，後者由 API 網關獲取並做爲 HTTP 響應發送回來。

要在 AJAX 請求中使用此 API 網關 URL，還必須配置騰訊雲網關以接受 CORS web 請求。查看指南，瞭解如何作到這一點。

下面的 HTML JavaScript 例子展現瞭如何在網頁中使用這個無服務器函數。

它經過 ID csv_data 從 textarea 字段獲取 CSV 數據，向無服務器函數發出 AJAX HTTP POST 請求，而後把返回值（一個 SVG 圖形）放入 ID 爲 svg_img 的 HTML 元素中。點擊這裏查看 demo。

$.ajax({
  method: "POST",
  url: "https://service-m9pxktbc-1302315972.hk.apigw.tencentcs.com/release/PCASVG",
  data: $('#csv_data').val(),
  dataType: "text"
}).done(function(data) {
  $('#svg_img').html(data);
})

接下來

騰訊的 SCF Custom runtime 是一個很是強大的無服務運行環境。它爲你想要編寫的任何應用程序函數提供了一個通用的 Linux 環境，並提供了標準的 web 接口來與函數的輸入和輸出進行交互。這絕對值得一試。

正如本文所討論的，咱們相信 Rust 和 WebAssembly 爲無服務器函數提供了一個高性能、安全、可移植、面向將來的堆棧。Rust、WebAssembly 與 SCF costum runtime 表明了將來！

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