云函数如何做到 1 分钟创建 6000 台云服务器？

解密背后承担云服务器创建任务的 CBS 云硬盘快照服务

云函数（ Serverless Cloud Function，SCF ）是腾讯云为企业和开发者们提供的无服务器执行环境，帮助用户在无需购买和管理服务器的情况下运行代码。而随着方便快捷的云原生服务愈发受人青睐，业务量与日俱增，作为提供云函数 SCF 底层支持的云服务器，也承受着越来越大的压力。鲜为人知的是，承担云服务器创建任务的，是 CBS 云硬盘快照服务。当云函数 SCF 团队需要业务扩容或版本变更，云服务器创建并发量会增长为平常业务系统的数十倍。

通过不断优化服务，在云函数 SCF 业务高峰期，云硬盘快照系统扛住了 1 分钟内并发创建 6000 台云服务器的压力。 那么，云硬盘快照是如何做到的？

一、SCF 与 CBS 的协作之路

由于 CVM 云服务器和 CBS 云硬盘在弹性扩容、资源管理工作中便捷性突出，云函数 SCF 团队逐步使用 CVM 云服务器和 CBS 云硬盘搭建底层系统。当云函数 SCF 云函数需要发布新版本时，会使用新版本的系统镜像批量创建云服务器，逐步替换旧版本镜像云服务器。云硬盘团队和云函数 SCF 团队反复协商沟通，在不影响现网其他用户的正常业务，初步的整体目标为：1 分钟内并发创建 6000 台 CVM，且服务器启动后 IO 延时抖动稳定。

二、云服务器创建

当说到云服务器创建，就不得不提 CBS 云硬盘快照服务，它是云硬盘某个时刻的数据备份。用户可以使用快照记录云硬盘不同时刻的数据，用于满足系统恢复、容灾以及云硬盘复制等需要。

那么，云硬盘的备份，和云服务器创建有什么关系？

别急，我们先为大家介绍下云服务器创建的两种方式，即通过镜像下载或云硬盘快照回滚创建。

2.1 云服务器创建方式对比

镜像下载： 通过宿主机下载完整镜像文件并写入 CBS 云硬盘后，才能启动云服务器。

云硬盘快照回滚创建： 先将镜像文件以快照数据的形式存储，当需要创建 CVM 云服务器时，利用云硬盘快照系统的秒级回滚能力，将镜像文件批量回滚至指定的 CBS 云硬盘。

它们之间的对比如下表所示，利用快照回滚创建云服务器，拥有很多传统创建方案不具备的能力：

2.2 云硬盘快照回滚创建云服务器

通过快照回滚创建云服务器，具备秒级并发创建，不占用宿主机资源等特点，整体的流程如下：

1. 镜像数据存储于 cos 对象存储中：创建云服务器时，云硬盘快照系统将镜像数据从 COS 拷贝至目标云硬盘上，数据传输不经过宿主机。
2. 云服务器启动只需访问一小部分数据:云硬盘快照系统优先拷贝关键数据，用户启动云服务器后，后台异步完成剩余数据拷贝工作。CBS 存储系统对用户 IO 和云硬盘快照系统 IO 做了隔离处理，分配固定带宽用于云硬盘快照系统的写入，整体流程对用户的云硬盘性能无影响。

云硬盘快照系统优先搬迁关键数据，让用户在数秒内启动云服务器正常访问,那么，如果用户启动云服务器后，访问了未完成拷贝的数据，数据访问是不是就会失败？

其实，由于云硬盘快照系统具备优先拷贝关键数据的能力，正常情况下，云硬盘快照系统会按磁盘扇区位置顺序拷贝数据。若一旦用户访问了未完成拷贝的数据，会触发云硬盘快照系统的优先拷贝机制，优先拷贝用户需要访问的数据。

示意图说明：

1. 当用户需要访问待拷贝数据块，宿主机通知云硬盘快照系统优先从 COS 对象存储搬迁指定数据
2. 云硬盘快照系统将数据写入 CBS 云硬盘中
3. 快照系统返回写入成功信息
4. 宿主机下发读请求 IO 正常访问云硬盘数据。

三、云硬盘快照系统肩负重任

回到云函数 SCF 团队的业务需求，1 分钟创建 6000 台云服务器，启动后 IO 无卡顿，其实对于云硬盘快照系统还是一个非常大的挑战。

云硬盘快照系统主要由三个模块组成：管理节点 manager，调度器 scheduler，数据传输模块 transfer 。管理节点 manager 负责快照任务管理，调度器 scheduler 负责任务调度，下发具体的拷贝任务。数据传输模块 transfer 则具体执行拷贝任务。

当用户发起创建云硬盘服务器请求时，manager 模块接收请求，委托任务给 schuduler，指定镜像文件回滚至目标云硬盘上。schuduler 下发具体拷贝任务，让 transfer 模块从 COS 将数据块拷贝写入至目标云硬盘。

挑战一：拷贝数据耗时长

高并发量下，如果所有镜像数据都从 COS 对象存储系统拉取，对 COS 的读压力会非常大，触发 COS 的 Qos 流控，且用户访问云硬盘数据 IO 延时高。解决方案 ：搬迁节点 transfer，增加本地 cache 。

由于云函数 SCF 批量创建云服务器使用同一个镜像，在每个搬迁节点 transfer 中都缓存镜像的部分数据块，一旦命中 transfer 的 cache 就不再从 COS 下载数据，这样每个 transfer 只需下载一次镜像。

挑战二：系统 QPS 能力低

1 分钟创建 6000 台子机，对快照系统的 QPS 能力要求达数十万。随着业务量上升，快照系统整体架构需具备横向扩展提升 QPS 的能力。解决方案 ：调度器 scheduler 支持水平扩展。

在快照回滚创建云服务器过程中，核心处理逻辑在调度器 scheduler，无论是顺序拷贝的调度，还是优先拷贝请求都要经过 scheduler， 所以 scheduler 的负载直接影响到整个云硬盘快照系统的性能。scheduler 单机性能有限，无法满足并发量要求。开发团队将 scheduler 由主从配置升级为水平扩展，并且整体架构均做了适配，使其不再成为性能瓶颈。

挑战三：单仓库读写能力有限

如果大量的云硬盘落在同一个存储仓库，则会造成单仓库写入流量过大，触发单仓库回滚带宽限制。解决方案 ：增加云硬盘仓库调度系统。

在批量购买云硬盘时，从仓库的剩余容量、已创建的云硬盘数、回滚带宽、仓库当前用户 IO 写入带宽四个纬度综合考量，把同一批次创建的 CBS 云硬盘尽量打散到多个，满足 6000 台云服务器并发创建的需求。

四、总结

通过上述方案，云硬盘快照完成了 1 分钟 6000 台云服务器创建任务，IO 延时降低 95.6%，COS 读带宽降低 89%，为使用云函数 SCF 的企业和开发者带来服务升级。

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