Kubeless 架构与使用

Kubeless 是最早的开源 Serverless 框架之一，它的核心思想是：用 Kubernetes 的 Custom Resources 定义函数。

2016 年发布时，Kubeless 的设计非常前卫——它比 Knative 早了两年提出的类似概念。但随着 Knative 的崛起，Kubeless 的影响力逐渐下降。今天它更多是作为 Serverless 架构演进的历史见证，而非生产环境推荐。

设计理念

Kubeless 的核心设计理念是将函数视为 Kubernetes 的一等公民：

flowchart TB
    subgraph Kubeless["Kubeless"]
        Function[Function CRD]
        Runtime[Runtime 控制器]
    end

    subgraph K8s["Kubernetes"]
        Deployment[Deployment]
        Service[Service]
        ConfigMap[ConfigMap]
    end

    Function --> Runtime
    Runtime --> Deployment
    Runtime --> Service
    Runtime --> ConfigMap

Function CRD

function_crd.yaml

apiVersion: kubeless.io/v1
kind: Function
metadata:
  name: my-function
spec:
  handler: handler.my_handler  # handler 文件名.函数名
  runtime: python3.8
  function: |
    def my_handler(event, context):
        print("Hello from kubeless")
        return event['data']
  deps: |
    requests==2.28.0
  timeout: 10
  runtime: python3.8

架构组件

核心控制器

flowchart TB
    subgraph 输入["Kubeless API"]
        Func[Function 定义]
        Trigger[Trigger 定义]
    end

    subgraph 控制器["Kubeless Controllers"]
        FuncCtrl[Function Controller]
        TriggerCtrl[Trigger Controller]
    end

    subgraph 资源["Kubernetes 资源"]
        Deploy[Deployment]
        Svc[Service]
        HPA[HorizontalPodAutoscaler]
    end

    Func --> FuncCtrl
    Trigger --> TriggerCtrl

    FuncCtrl --> Deploy
    FuncCtrl --> Svc
    TriggerCtrl --> Deploy

    Deploy --> HPA

运行时支持

语言	运行时镜像	特点
Python	`kubeless/python:1.0`	支持 2.7、3.4、3.6、3.8
Node.js	`kubeless/nodejs:1.0`	支持 6、8、10、12
Ruby	`kubeless/ruby:1.0`	支持 2.4
Go	`kubeless/go:1.0`	编译型，性能最佳
PHP	`kubeless/php:1.0`	支持 7.2
.NET	`kubeless/dotnet:1.0`	支持 2.0

函数开发

Python 函数

python_handler.py

import requests

def hello(event, context):
    """
    Kubeless Python 函数签名
    - event: 事件数据
    - context: 运行时上下文
    """
    # 获取事件数据
    data = event['data']

    # 获取头部信息
    headers = event.get('headers', {})

    # 从上下文获取请求 ID
    request_id = context.RequestID()

    # 日志输出
    print(f"Processing request: {request_id}")

    return {
        'message': f"Hello, {data.get('name', 'World')}!",
        'request_id': request_id,
        'timestamp': context.Timestamp()
    }

Node.js 函数

node_handler.js

module.exports = {
  // Kubeless Node.js 函数签名
  handler: function(event, context) {
    const data = event.data;

    console.log('Received event:', data);

    // 获取函数名称
    const functionName = context.functionName;

    // 获取超时时间
    const timeout = context.getTimeout();

    return {
      message: `Hello, ${data.name || 'World'}!`,
      function: functionName,
      timestamp: new Date().toISOString()
    };
  }
};

Go 函数

go_handler.go

package main

import (
    "fmt"
    "github.com/kubeless/kubeless/pkg/events"
    "github.com/kubeless/kubeless/pkg/functions"
)

// Kubeless Go 函数签名
func Handler(event events.Event, context functions.Context) (interface{}, error) {
    data := event.Data

    // 类型转换
    name, ok := data.(map[string]interface{})["name"].(string)
    if !ok {
        name = "World"
    }

    fmt.Printf("Processing event: %v\n", event)

    return map[string]interface{}{
        "message": fmt.Sprintf("Hello, %s!", name),
        "function": context.FnName,
        "runtime": context.Runtime,
    }, nil
}

func main() {
    events.Start(Handler)
}

触发器

HTTP 触发器

http_trigger.yaml

apiVersion: kubeless.io/v1
kind: HTTPTrigger
metadata:
  name: my-http-trigger
spec:
  functionName: my-function
  gateway: nginx
  # 路由规则
  path: /api/my-function
  methods:
    - GET
    - POST
  # 认证
  authName: basic-auth
  # TLS
  tls: secret-tls

CronJob 触发器

cron_trigger.yaml

apiVersion: kubeless.io/v1
kind: CronJobTrigger
metadata:
  name: my-cron-trigger
spec:
  functionName: my-function
  schedule: "*/5 * * * *"  # 每 5 分钟
  # 并发策略
  concurrencyPolicy: Forbid  # Forbid / Allow / Replace

Kafka 触发器

kafka_trigger.yaml

apiVersion: kubeless.io/v1
kind: KafkaTrigger
metadata:
  name: my-kafka-trigger
spec:
  functionName: my-function
  topic: my-topic
  # Kafka 配置
  kafkaBroker:
    - kafka-svc:9092
  # 消费者配置
  consumerGroup: kubeless-consumer

Pub/Sub 触发器

pubsub_trigger.yaml

apiVersion: kubeless.io/v1
kind: PubSubTrigger
metadata:
  name: my-pubsub-trigger
spec:
  functionName: my-function
  topic: my-topic
  subscription: my-subscription

部署与管理

使用 Kubeless CLI 部署

kubeless_cli.sh

# 部署 Python 函数
kubeless function deploy my-function \
  --handler handler.my_handler \
  --runtime python3.8 \
  --from-file python_handler.py \
  --dependencies requirements.txt

# 部署 Node.js 函数
kubeless function deploy my-node-function \
  --handler node_handler.handler \
  --runtime nodejs12 \
  --from-file node_handler.js

# 更新函数
kubeless function deploy my-function \
  --from-file updated_handler.py

# 查看函数列表
kubeless function list

# 删除函数
kubeless function delete my-function

使用 kubectl 部署

kubectl_deploy.yaml

apiVersion: kubeless.io/v1
kind: Function
metadata:
  name: my-function
spec:
  handler: handler.my_handler
  runtime: python3.8
  function: |
    def my_handler(event, context):
        return {"message": "Hello"}
  deps: |
    requests==2.28.0
  resources:
    requests:
      memory: "128Mi"
      cpu: "100m"
    limits:
      memory: "256Mi"
      cpu: "500m"
  secrets:
    - my-secrets

函数调用

invoke.sh

# 调用函数
kubeless function call my-function \
  --data '{"name": "World"}'

# 查看日志
kubeless function logs my-function

# 暴露为外部服务
kubeless function expose my-function \
  --port 8080 \
  --target-port 8080

与 Knative 对比

维度	Kubeless	Knative
发布时间	2016 年	2018 年
CRD 设计	Function + Trigger 分立	Service 统一抽象
扩缩容	基础 HPA	KPA（支持零缩容）
事件处理	有限事件源	完整的 Eventing
网络层	无内置	Istio 集成
维护状态	有限维护	活跃维护（CNCF 毕业）
学习曲线	平缓	陡峭但完整

迁移到 Knative

如果已经在使用 Kubeless，迁移到 Knative 的基本步骤：

migration.yaml

# Kubeless Function
apiVersion: kubeless.io/v1
kind: Function
metadata:
  name: my-function
spec:
  handler: handler.my_handler
  runtime: python3.8
  function: |
    def my_handler(event, context):
        return {"message": "Hello"}

knative_service.yaml

# Knative Service（等效实现）
apiVersion: serving.knative.dev/v1
kind: Service
metadata:
  name: my-function
spec:
  template:
    spec:
      containers:
        - image: python:3.8-slim
          command:
            - python
            - -c
            - |
              from flask import Flask, request, json
              app = Flask(__name__)

              def handler(event, context):
                  return {"message": "Hello"}

              @app.route("/", methods=["POST"])
              def main():
                  return handler(
                      {"data": request.get_json()},
                      type("Context", (), {"function_name": "my-function"})()
                  )

              if __name__ == "__main__":
                  app.run(host="0.0.0.0", port=8080)

术语表

术语	英文	解释
Function	Function CRD	Kubeless 的函数定义资源
Trigger	Trigger	事件触发器
Runtime	Runtime	函数运行时的容器镜像
Handler	Handler	函数的入口方法
CronJob Trigger	CronJob Trigger	定时触发的触发器类型

延伸思考

Kubeless 的历史价值大于实用价值。它的设计理念——将函数作为 Kubernetes 资源——直接影响了 Knative 的设计。

对于新项目，不推荐使用 Kubeless；对于已有项目，建议考虑迁移到 Knative 或其他更活跃维护的框架。

但理解 Kubeless 的设计有助于理解 Serverless 在 Kubernetes 上的演进历程：为什么 Knative 采用了不同的设计，以及 Knative 的设计改进了哪些方面。

接下来我们将对比主流 Serverless 框架，帮助你在实际项目中做出选择。

Kubeless 架构与使用#

#设计理念

#Function CRD

#架构组件

#核心控制器

#运行时支持

#函数开发

#Python 函数

#Node.js 函数

#Go 函数

#触发器

#HTTP 触发器

#CronJob 触发器

#Kafka 触发器

#Pub/Sub 触发器

#部署与管理

#使用 Kubeless CLI 部署

#使用 kubectl 部署

#函数调用

#与 Knative 对比

#迁移到 Knative

#术语表

#延伸思考