FaaSの効率向上

サーバーレスコンピューティングは、ユーザーがサーバーの管理を気にしなくていいクラウドリソースの新しい使い方だよ。代わりに、コードを書くことに集中できて、クラウドプロバイダーが残りをやってくれる。一番人気のあるサーバーレスコンピューティングの形態はFunction as a Service（Faas）なんだ。FaaSでは、ユーザーはユーザーリクエスト、データベースの変更、スケジュールされたタスクなどのイベントに応じて実行される小さなコードのかけら、つまり関数を書く。

FaaSは、開発者がサーバーやインフラを管理することなくコードを実行できるから人気なんだ。このシンプルさは特にアプリをすぐに構築してデプロイしたい人には魅力的だよ。ただ、関数を実行するのが簡単でも、たくさんの関数が一緒に起動するときの遅延が低いわけではないんだ。

#現在のFaaSプラットフォームの課題

FaaSプラットフォームはユーザー体験を簡素化するためにデザインされているけど、関数のスケジュール時に遅延の問題が出ることもある。関数環境の初期化はすぐにできるけど、たくさんの関数をスケジュールするのにかかる時間はかなり長くなることがある。この遅延は、多くの関数を同時に実行する必要があるときに問題になるんだ。

今のFaaSプラットフォームは、長時間実行されるプロセスに対応するために設計された古いシステムに依存していることが多い。これが短命な関数には効率が悪くなる原因だよ。これらのシステムを管理する伝統的な方法は、ユーザーに待ち時間を生じさせることがあって、素早い応答が必要なときには理想的じゃない。

#より良いアプローチの必要性

既存のFaaSプラットフォームが直面している問題を考えると、これらのシステムを管理する新しい方法が必要だということがはっきりしている。主な問題は、これらのシステムがスケジューリングと状態管理をどう扱うかに起因している。関数が一気に起動すると、現在のアプローチは資源と時間がもっと必要なアプリケーション向けに設計されているため、苦戦してしまう。

もっと効率的なシステムがあれば、スケジューリングプロセスを改善して、ユーザーが体験する遅延を減らすことができる。そうすれば、たくさんの関数が一度に呼び出されても、ユーザーはより迅速に応答を楽しむことができるんだ。

#FaaSのための新しいシステムデザイン

FaaSプラットフォームの高いスケジューリング遅延の課題に対処するために、新しいシステムが提案されている。このシステムは、FaaSアプリケーションのニーズを特定に対応するため、ゼロから設計されている。効率的に関数を管理するための3つの重要な原則を持っているんだ。

#簡素化された管理

新しいシステムは、関数の管理方法を簡素化している。複雑な階層や複数のコンポーネントに頼る代わりに、より少なくて理解しやすい抽象化に集中している。これにより、パフォーマンスを犠牲にすることなくシステムの状態を管理しやすくなるんだ。

#迅速な関数スケジューリング

新しいシステムの重要な原則の一つは、関数のスケジューリングにおける遅延を最小限に抑えることだ。常に更新を行うのではなく、各関数呼び出しごとに永続的な状態を維持しなくても動作できる方法を探している。つまり、関数が呼ばれるとき、システムは更新が完了するのを待たずに迅速に応答できるということ。

#効率的なコミュニケーション

このシステムは、コンポーネント間の通信量を減らすように設計されている。特定のプロセスを別々ではなく一緒に実行することで、複数のコンポーネントが互いに話すことによる遅延を減らす。これは、たくさんの関数が同時に呼び出されるときに特に重要だよ。

#既存システムとの性能比較

この新しいシステムの利点を示すために、AWS LambdaやKnativeなどの既存のFaaSプラットフォームと性能比較が行われた。新しいシステムは、関数をどれくらい早くスケジュールできるか、同時にいくつの関数を処理できるかなど、いくつかの主要な分野で大幅な改善を示しているんだ。

#スケジューリング遅延

新しいシステムをテストした結果、関数のスケジューリングにかかる時間を減らせることが分かった。具体的には、一度に多くの関数を起動するのが現在のプラットフォームよりもずっと得意だってことが判明した。このスケジューリング時間の短縮は、ユーザーが関数を呼び出したときに迅速な応答をもたらすことができる。

#関数作成スループット

新しいシステムは、大量の関数環境を素早く作成することが可能なんだ。テストでは、1秒間に2,500の関数を作成する能力を達成したけど、これは既存のプラットフォームではできなかったことだよ。このスループットの増加は、使用量の急激なスパイクに対処するアプリケーションにとって重要なんだ。

#リソース効率

新しいシステムはスピードを改善するだけでなく、リソースもより効率的に使用する。制御プレーンの負荷を最小限に抑えることで、より多くのリクエストを処理しつつ、消費する計算パワーを減らすことができる。このことは、ユーザーが追加のリソースなしでより良いパフォーマンスを享受できることを意味するんだ。

#実世界のアプリケーションとトレーステスト

新しいシステムの実世界での効果を検証するために、Azureの関数からの実際のワークロードトレースを使ってテストが行われた。このテストでは、70,000の関数を2週間にわたって実行して、システムが実際の使用パターンをどれだけうまく処理できるかを測定した。

#実世界テストの結果

テストの間、新しいシステムは、関数が呼び出されるときのユーザーの遅延を大幅に減少させることを示した。既存のプラットフォームと比べて、リクエストをよりスムーズで効率的に管理できることがわかった。特に、新しいシステムは関数のスケジューリングの平均時間が短くなり、全体的なパフォーマンスが向上したんだ。

#スケール能力と柔軟性

新しいシステムのデザインは、増加する需要に応じて簡単にスケールアップできるようになっている。このスケーラビリティは、時間の経過とともに成長するかもしれないアプリケーションにとって重要なんだ。関数の需要が増えたとき、システムは大きな遅延やパフォーマンスの低下なしに調整できるんだ。

#障害耐性と信頼性

どんなシステムでも、失敗に対してどれだけ対応できるかは重要なんだ。新しいシステムは障害耐性を考慮して設計されていて、いくつかのコンポーネントが失敗してもプラットフォームが動作し続けるんだ。

#コンポーネントレベルの障害耐性

新しいシステムには、複数の制御プレーンとデータプレーンがある。これにより、もし一部分が失敗しても、バックアップが用意されているからシステムは動き続けられる。これにより、ユーザーは中断なしで関数を呼び出し続けられるんだ。

#リクエストレベルの障害耐性

このシステムはコンポーネントの失敗から回復するのが得意だけど、同時に失敗が起こったときに進行中の関数も管理できる必要がある。デザインは、こうした状況に対処するための柔軟性を持たせているけど、完璧な回復が常に可能であるとは認識している。

#実装の詳細

新しいシステムは約11,300行のコードで構築されていて、伝統的なシステムに比べて比較的軽量なんだ。gRPCのような最新の技術に依存して、コンポーネント間の通信を行っていて、これにより迅速な応答とオーバーヘッドの少なさが実現されている。

#ワーカーノードの管理

システム内の各ワーカーノードは、関数リクエストを効率的に処理できる。さまざまなサンドボックス技術を許可することで、システムは関数の実行を大幅な遅延なしに管理できるんだ。この柔軟性によって、さまざまなタイプのワークロードに対応できるようになっている。

#将来の方向性

新しいシステムには大きな可能性があるし、今後の研究と開発のためのいくつかの分野がある。機能ワークフローのより効率的な管理や、信頼性を確保するためにリクエストを処理する方法の改善が考えられるよ。

#スケジューリングポリシーの強化

将来的な作業の一つの可能性は、関数がリソースに割り当てられる方法を決定するスケジューリングポリシーの改善だ。これらのポリシーを洗練させることで、システムはユーザーのニーズにさらに応えられるようになるんだ。

#より多くのランタイム環境のサポート

関数実行環境の状況が進化する中、さまざまなランタイムオプションをサポートする必要がある。これには、新しいプログラミング言語や実行モデルを追加することが含まれて、開発者をよりよくサポートできるようにするんだ。

#画像キャッシングの改善

システムが成長するにつれて、コンテナイメージを効率的に管理することが重要になる。将来の開発は、新しい関数環境の提供をスピードアップするためのキャッシング技術の改善に焦点を当てることができるよ。

#結論

FaaSを管理する新しいシステムは、既存のプラットフォームに比べて大きな改善を示すものだ。スケジューリング遅延と状態管理に関連する重要な問題に対処することで、ユーザーはクラウドで関数をより効率的かつ信頼性高く実行できるようになる。このパフォーマンスの利点と使いやすさが、サーバーレスコンピューティングを利用したい開発者にとって魅力的な選択肢になるんだ。

スピード、スケーラビリティ、障害耐性の向上が、このシステムをFaaSの未来にとって有望なオプションにしている。開発が進めば、その能力を拡張する機会があり、クラウドコンピューティングやサーバーレスアーキテクチャの変化する世界で relevancyを保つことができるようになるんだ。