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GopherChina讲师专访

今年有幸收到GopherChina大会的组织者、beego开源项目的owner、《Go Web编程》的作者谢孟军童鞋的邀请,以讲师身份参加今年的GopherChina大会。下面是GopherChina对我这个讲师的专访稿^0^。该专访稿将同时被发布在公众号“Go中国(微信号:golangchina)”上面,可点击这里阅读。

1、首先介绍一下自己。

大家好!我叫白明(Tony Bai),目前是东软云科技的一名架构师,专职于服务端开发,日常工作主要使用Go语言。我算是国内较早接触Go语言的程序员兼Advocater了,平时在我的博客微博和微信公众号“iamtonybai”上经常发表一些关于Go语言的文章和Go生态圈内的信息。

在接触Go之前,我主要使用C语言开发电信领域的一些后端服务系统,拥有多年的电信领域产品研发和技术管理经验。我个人比较喜换钻研和分享技术,是《七周七语言》一书的译者之一,并且坚持写技术博客十余年。同时我也算是一个开源爱好者,也在github上分享过自己开发的几个小工具。

目前的主要研究领域包括:GoKubernetesDocker和儿童编程教育等。

2、回忆一下与Golang的渊源。是什么原因决定尝试Golang?自己用Go语言实现的第一个项目是什么?当时 Golang 有什么令人惊喜的表现,又有什么样的小不足,这个不足在Golang已经更新到1.8版本的时候是否已经得到改善?

众所周知,Go语言最初由Robert Griesemer, Ken ThompsonRob Pike在2007年末共同设计和实现,2009年11月份正式发布并开源,并于2012年3月份发布了1.0版本以及Go1规范。我就是在2012年开始接触Go的,那是缘于看到一份由Rob Pike主讲的3-day Go Course资料。从那份资料里,我了解到了Go的设计理念和Go语法。

由于之前浸淫于C语言多年,深知C语言在系统编程以及服务端编程方面的强大,同时也亲身体会到C的语法“陷阱”和C手工内存管理给开发者带来的苦恼。虽然那些年市面上也有其他主流语言可供选择,但在我看来,它们给我带来的心智负担太过沉重,比如:C++“宇宙无敌”的学习和使用复杂性、Java超大的资源消耗和庞大且纷繁芜杂的框架体系、动态语言(rubypython)无静态类型而导致运行时crash时调试的困难、函数式语言(如Haskellclisp)的过于小众和非主流。显然它们都不是我的菜。直到Go的出现,C程序员出身的我一下子就被这门新语言迷住了。

现在想起这件事来,我当时迷上Go应该主要由于以下几点原因:

* 静态类型语言、接近于C的性能(对于C程序员来说,这算是某种天然继承性)
* 简洁的语法
* 内置的并发支持
* GC
* 贯穿整个语言的正交设计和组合编程思路(兼容对OO的支持)
* 工具和功能全面的标准库

而且这几点也是这几年持续支撑我深入学习和使用Go语言的原因。

不过由于Go1刚出来时也十分小众,并且各方面功能还在完善中,我并没有在真实项目中使用Go,这种状况一直持续到2014年末。直到那时,我才在一个小项目中使用Go实现了一个微信公众号的协议接口。当时发现:使用Go实现一些安全协议真是非常方便,因为标准库里内置了很好的支持,比如:各种aes、sha256、tls算法实现。同时,Go内置的testing framework、gofmt、Go pprof工具的表现也是让我感觉用起来十分舒服。

如果非要说当时有什么不足之处的话,那只能是Go对debugging的支持明显不足。即便是到了目前最新的Go 1.8版本,Go在debugging方面虽然有所改善,但和C这样的传统语言来说依然有很大差距。不过好在我们有“print”这个无敌调试武器,Go的这个不足对我影响微乎甚微^0^。

当然随着Go在更多规模稍大项目的使用,Go的包管理问题逐渐浮出水面,这也是整个Go社区都想改进的事情。好在目前已经有了专门的Commitee来做这件事,最新的roadmap显示dep工具将在Go 1.10 dev cycle并入Go tools中。

3、2009年诞生至今,Go语言基本统治了云计算,作为最专业的Go语言专家,您认为这是由于它的哪些优雅的特性?Golang未来还会有什么样的改进和突破?

“作为最专业的Go语言专家”,这一称号的确不敢当。我觉得我个人只是国内Gopher普通一员,能为Go语言在国内的发展做点事情就很高兴了^0^。

Go自从1.5版本自举后,随着ssa优化、GC延迟优化的深入,Go在国内外的使用趋势确实是一片大好,尤其是Go问鼎2016年TIOBE编程语言排行榜的年度语言,让更多的程序员知道Go语言、了解Go语言和使用Go语言。在云计算成为当今IT行业常态的今天,Go在这方面已然成为一个重量级选手。从个人对Go的情感角度出发,我个人是希望Go语言能成为”21世纪的C语言”和云平台第一语言的。不过这是一个过程,需要时间,还需要依靠全世界Gopher和Go Community的共同努力才能实现的。

时代不同,语言的成长环境也有所不同。和上一代和两代的语言似乎有所不同,新一代编程语言是否能进入程序员们的法眼,是否值得程序员去投资,“背景”很重要,即所谓的编程语言也进入了“拼爹”时代。Go语言背靠Google这棵大树,又有Robert Griesemer, Ken Thompson, Rob Pike三巨头坐镇,是真正的“牛二代”,它自然就会得到不少程序员的青睐。我想这是Go吸引眼球的场外因素。

至于Go本身的语言特性,在上一个问题中,我已经做了初步阐述了,这里再补充几点:

* Go是一门以解决Google内部生产环境中的问题(大规模并发服务)为目标的、兼顾在语言设计层面解决一些软件工程问题的面向大规模并发服务的编程语言;
* 开发效率较高(对比主流的C、C++和Java),且执行效率与C相比,没有数量级级别的差异;
* 编译速度超快(相对其他需编译的主流语言),无需喝咖啡等待;
* Go1兼容性的承诺。

Go语言到目前已经演进到1.8版本,Go 1.9开发周期已经打开。今年夏天,Go 1.9发布后,Go似乎就到了版本演进的关键节点,是继续Go1兼容(Go 1.10、Go 1.11…),还是诞生Go2规范,目前并没有明确信息。不过未来的改进和突破,我觉得还是应该建立在Go语言设计的初衷和设计原则之上,这些初衷和原则包括:

目标:
 * 高效的静态编译语言
 * 动态语言的易用性
 * 类型安全和内存安全
 * 对并发和通信的良好支持
 * 高效、低/趋于零延迟的GC
 * 高速编译

原则:

 * 保持概念正交
 * 保持语法简单
 * 保持类型系统精炼,无type hierarchy

从这些年Go的发展来看,基本都是遵循以上目标和原则的。即便Go2出来,不符合上述原则的feature,也是很难加入到Go2里面的。

4、之前是否有关注到Gopher China大会,对大会的风格和内容有什么样的印象?

对于中国大陆地区规模最大,最具影响力的Go大会,我是从第一届就开始关注了,虽然第一届因故没能参加^0^。在去年举行的第二届大会,我是作为早鸟观众参与的哦。而本届则有幸成为讲师。

GopherChina从诞生至今,规模日益扩大,据说今年的参会人员可能突破1000人。而且GopherChina大会从第一届就汇聚了国内一线IT厂商的精英技术人员作为讲师,并得到了Go core team的大力支持。在每一届大会都会邀请到Go team中的核心开发人员参会布道,甚至在第一届大会时还邀请到了Go三巨头之一的Robert Griesemer,极大满足了国内Gopher的求知欲。

而且就我观察,每一届GopherChina大会的主题都涵盖:语言、工程、新兴领域应用等多个环节,颇具多样性和全面性。

5、作为讲师也是参会者,对于今年的Gopher China大会的哪些议题有所期待?

GopherChina每一届都是高手云集,这届也不例外。今年大会的每个议题都令我很是期待。

6、现在很多企业项目都在准备转Go,对于这些项目的负责人有没有建议和经验分享?

Go语言以极易上手著称,同时Go也是一门十分简单的语言(相对于其他主流语言),C、Cpp、Java、Python等程序员转型到Go的曲线并不陡峭,因此团队整体转型为Go的门槛并不高。但还是要有几点是项目负责人需要认真考虑的:

(1) 确认Go适合项目的应用场景

Go不是万能的,不能为了用Go而去用Go。但Go从最初定位为一门系统语言(Sytem Programming Language)逐渐演化成为一门通用语言(General Purpose Programming Language),说明其适应性和应用范围已经十分广泛,目前在云计算、Web开发、大数据、游戏、数据库、IDE、容器等领域均有大规模应用案例。但即便这样,仍然在有些领域的应用需要谨慎,比如嵌入式领域、比如mobile开发,虽然在这两个方面Go都做出了很大的努力,但似乎并没有较大的突破。

(2) 以终为始,从开始就参考Go的最佳实践

Go经过若干年的演化发展,逐渐形成了一些最佳实践,包括:项目代码组织、命名、惯用法、测试方法、错误处理、接口使用等。建议多看官方的talks、blog和世界范围内Go大会的presentation video。

(3) 单元测试全程保障

Go内置了单元测试框架,而单元测试是检验代码设计好坏的基础,也是代码重构的先决条件。建议项目从始至终都要优先考虑对代码编写测试代码。

(4) 充分利用标准库

在Go的应用实践中,你会发现Go标准库已经为你提供了大部分你要使用的功能。甚至有一些极端的Go纯粹主义者只愿意标准库中的函数和方法。Go标准库凝聚了Go team以及相关Contributor的Go代码精华,其稳定性绝对值得信赖。充分和广泛利用标准库也便于项目代码组织、构建和迁移。

(5) 基于go tool建立代码metric视图

对于那些性能敏感的系统,建议在内部环境基于go tool建立起代码的metric视图,监控代码变化给系统性能等带来的影响,利于问题诊断。

最后,请及时反馈Go语言自身问题,你的反馈是Go语言演化的动力

7、有没有你觉得很酷的Gopher?可以回答自己哟~

在github.com/golang/go上,我经常关注Russ Cox的代码。众所周知,Russ Cox是Go核心代码提交次数最多的member,他也除三巨头之外,对Go演化影响着最大的人之一。从近两年的Go team开发活动来看,Russ Cox开发效率很高,并且提出的proposal思维之缜密和全面令人叹服。

Dave Cheney是另一个我经常关注的Gopher,他也是第二届GopherChina大会的受邀讲师。他不遗余力的“鼓吹”Go,并从Go 1.6版本开始,发起了Go Global release party ,成为Go Community又一个节日。他不仅是Go community中的意见领袖,同时也为Go社区贡献不少有用的工具和思想,包括:gberrors等。

Dmitry Vyukov,前Intel Black Belt级工程师,现Google员工,虽然他不是专职Go team的人,但他却是Go scheduler当前版本的核心实现者。虽然近两年似乎在golang的投入并不是那么多,但依然成果丰硕,Go Execution Tracergo-fuzz(据说要加入go核心)都是他的杰作。


微博:@tonybai_cn
微信公众号:iamtonybai
github.com: https://github.com/bigwhite

理解Unikernels

Docker, Inc在今年年初宣布收购Unikernel Systems公司时,Unikernel对大多数技术人员来说还是很陌生的。直到今天,知名问答类网站知乎上也没有以Unikernel为名字的子话题。国内搜索引擎中关于Unikernel的内容很少,实践相关的内容就更少了。Docker收购Unikernel Systems,显然不是为了将这个其未来潜在的竞争对手干掉,而是嗅到了Unikernel身上的某些技术潜质。和关注Docker一样,本博客后续将持续关注Unikernel的最新发展和优秀实践,并将一些国外的优秀资料搬(翻)移(译)过来供国内Unikernel爱好者和研究人员参考。

本文翻译自BSD Magazine2016年第3期中Russell Pavlicek的文章《Understanding Unikernels》,译文全文如下。

当我们描述一台机器(物理的或虚拟的)上的操作系统内核时,我们通常所指的是运行在特定处理器模式(内核模式)下且所使用的地址空间有别于机器上其他软件运行地址空间的一段特定的软件代码。操作系统内核通常用于提供一些关键的底层函数,这些函数被操作系统中其他软件所使用。内核通常是一段通用的代码,(有需要时)一般会被做适当裁剪以适配支持机器上的应用软件栈。这个通用的内核通常会提供各种功能丰富的函数,但很多功能和函数并不是内核支持的特定应用程序所需要的。

事实上,如果看看今天大多数机器上运行的整体软件栈,我们会发现很难弄清楚到底哪些应用程序运行在那台机器上了。你可能会发现即便没有上千,也会有成百计的低级别实用程序(译注:主要是指系统引导起来后,常驻后台的一些系统服务程序),外加许多数据库程序,一两个Web服务程序,以及一些指定的应用程序。这台机器可能实际上只承担运行一个单独的应用程序,或者它也可能被用于同时运行许多应用。通过对系统启动脚本的细致分析来确定最终运行程序的集合是一个思路,但还远非精准。因为任何一个具有适当特权的用户都可以去启动系统中已有应用程序中的任何一个。

Unikernel的不同之处

基于Unikernel的机器的覆盖面(footprint)是完全不同的。在物理机器(或虚拟机映像)中,Unikernel扮演的角色与其他内核是相似的,但实现特征显著不同。

例如,对一个基于Unikernel的机器的代码进行分析就不会受到大多数其他软件栈的模糊性的影响。当你考虑分析一个Unikernel系统时,你会发现系统中只存在一个且只有一个应用程序。那种标准的多应用程序软件栈不见了,前面提到的过多的通用实用程序和支持函数也不见了。不过裁剪并未到此打住。不仅应用软件栈被裁剪到了最低限度,操作系统功能也同样被剪裁了。例如,多用户支持、多进程支持以及高级内存管理也都不见了。

认为这很激进?想想看:如果整个独立的操作系统层也不见了呢!内核不再有独立的地址空间,应用程序也不再有独立的地址空间了。为什么?因为内核的功能函数和应用程序现在都成为了同一个程序的一部分。事实上,整个软件栈是由一个单独的软件程序构成的,这个程序负责提供应用程序所需的所有代码以及操作系统的功能函数。如果这还不够的话,只需在Unikernel中提供应用所需的那些功能函数即可,所有其他应用程序所不需要的操作系统功能函数都会被整体移除掉。

一个反映新世纪现实的软件栈

Unikernel的出现,其背后的目的在于对这个行业的彻底的反思。几十年来,在这个行业里我们的工作一直伴随着这样一个理念:机器的最好架构是基于一个通用多用户操作系统启动,加载一系列有用的实用工具程序,添加我们可能需要使用的应用程序。最后,再使用一些包管理软件来管理这种混乱的情况。

35年前,这种做法是合乎情理的。那个时候,硬件很昂贵,虚拟化的选择非常有限甚至是不可用。安全仅局限于保证计算中心坐在你身旁的人没有在偷看你输密码。一台机器需要同时处理许多用户运行的许多应用程序以保证较高的成本效益。当我还在大学(1、2千年前。 译注:作者开玩笑,强调那时的古老^_^)时,在个人计算机出现之前,学校计算机中心有一个超级昂贵的机器(以今天的标准来看) – 一台DEC PDP-11/34a,配置了248K字节的内存和25M磁盘,为全校的计算机科学、工程以及数学专业的学生使用。这台机器必须服务于几百名学生每个学期想出的每个功能。

对比计算机历史上那个远古时代的恐龙和现代的智能手机,你会发现手机拥有的计算能力高出那台机器几个数量级。这样一来,我们为什么还要用在计算机石器时代所使用的那些原则去创建机器内核映像呢?重新思考与新的计算现实相匹配的软件栈难道不是很有意义吗?

在现代世界,硬件十分便宜。虚拟化无处不在且运行效率很高。几乎所有计算设备都连接在一个巨大的、世界范围的且存在潜在恶意黑客的网络中。想想看:一台DNS服务器真的不需要上千兆的字节去完成它的工作;一台应用服务器也真的不需要为刚刚利用一个漏洞获得虚拟命令行访问权的黑客准备数千实用工具程序。 一个Web服务器并不需要验证500个不同的分时用户的命令行登录。那么为什么我们现在仍然在使用支持这些不需要的场景的过时的软件栈概念呢?

Unikernel的美丽新世界

那么一个现代软件栈应该是什么样子的呢?下面这个怎么样:单一应用映像,虚拟化的,高度安全的,超轻量的,具有超快启动速度。这些正是Unikernel所能提供的。我们逐一来说:

单一映像

叠加在一个通用内核上的数以百计的实用工具程序和大量应用程序被一个可执行体所替代。这个可执行体将所有需要的应用程序和操作系统代码放置在一个单一的映像中。它只包含它所需要的。

虚拟化的

就在几年前,你可以很幸运地在一台服务器上启动少量虚拟机。硬件的内存限制以及守旧的、吃内存的软件栈不允许你在一台服务器上同时启动太多虚机。今天我们有了配置了数千兆内存的高性能服务器,我们不再满足于每台机器仅能启动少量虚机了。如果每个虚机映像足够小,我们可以在一个服务器上同事运行数百个,甚至上千个虚机应用。

安全

在云计算时代,我们发现恶意黑客可以例行公事般入侵各地的服务器,即便是那些知名大公司和政府机构的服务器也不例外。这些违规行为常常是利用了某个网络服务的缺陷并进入了软件栈的更低层。从那开始,恶意入侵者可以利用系统中已有的实用程序或其他应用程序来实施他们的邪恶行为。在Unikernel栈中,没有其他软件可以协助这些恶意的黑客。黑客必须足够聪明才能入侵其中的应用程序,但接下来还是没有驻留的工具可以用来协助做坏事。虽然Unikernel栈不会使得软件彻底完全的变安全,但是它确能显著提升软件的安全级别。并且这是云计算时代长期未兑现的一种进步。

超轻量

一个正常的VM仅仅是为了能在网络中提供少量的服务就要占用千兆的磁盘和内存空间。若使用Unikernel,我们可以不再纠结于这些资源需求。例如,使用MirageOS(一个非常流行的Unikernel系统),我们可以构建出一个具备DNS服务功能的VM映像,其占用的磁盘空间仅仅为449K – 是的,还不到半兆。使用ClickOS,一个来自NEC实验室的网络应用Unikernel系统制作的网络设备仅仅使用6兆内存却可以成功达到每秒5百万包的处理能力。这些绝不是基于Unikernel的设备的非典型例子。鉴于Unikernels的小巧精简,在单主机服务器上启动数百或数千这类微小虚拟机的想法似乎不再遥不可及。

快速启动

普通VM的引导启动消耗较长时间。在现代硬件上启动一个完整操作系统以及软件栈直到服务上线需要花费一分钟甚至更多的时间。但是对于基于Unikernel的VM来说,这种情况却不适用。绝大多数的Unikernel VM引导启动时间少于十分之一秒。例如,ClickOS网络VM文档中记录的引导启动时间在30毫秒以下。这个速度快到足以在服务请求到达网络时再启动一个用于处理该请求的VM了(这正是Jitsu项目所要做的事情,参见http://unikernel.org/files/2015-nsdi-jitsu.pdf)。

但是,容器不已经做到这一点了吗?

在创建轻量级,快速启动的VM方面,容器已经走出了很远。但在幕后容器依然依赖着一个共享的、健壮的操作系统。从安全的角度来看,容器还有很多要锁定的地方。很明显我们需要加强我们在云中的安全,但不是去追求这些相同的、陈旧的、在云中就会快速变得漏洞百出的安全方法。除此之外,Unikernel的最终覆盖面仍然要比容器能提供的小得很多。因此容器走在了正确的方向上,而Unikernel则设法在这个未来云所需要的方向上走的更远。

Unikernels是如何工作的?

正如之前提到的,传统机器自底向上构建:你选择一个通用的操作系统内核,添加大量实用工具程序,最后添加应用程序。Unikernel正好相反:它们是自底向上构建的。聚焦在你要运行的应用程序上,恰到好处地添加使其刚好能运行的操作系统函数。大多数Unikernel系统依靠一个编译链接系统,这个系统编译应用程序源码并将应用程序所需的操作系统函数库链接进来,形成一个单独的编译映像。无需其他软件,这个映像就可以运行在VM中。

如何对结果进行调试?

由于在最终的成品中没有操作系统或实用工具程序,绝大多数Unikernel系统使用了一种分阶段的方法来开发。通常,在开发阶段一次编译会生成一个适合在Linux或类Unix操作系统上进行测试的可执行程序。这个可执行程序可以运行和被调试,就像任何一个标准程序那样。一旦你对测试结果感到满意,你可以重新编译,打开开关,创建独立运行在VM中的最终映像。

在生产环境机器上缺少调试工具并没有最初想象的那样糟糕。绝大多数组织不允许开发人员在生产机器上调试,相反,他们收集日志和其他信息,在开发平台重现失败场景,修正问题并重新部署。这个事实让调试生产映像的限制也有所缓和。在Unikernel世界中,这个操作顺序也已具备。你只需要保证你的生产环境映像可以输出足够多的日志以方便重构失败场景。你的标准应用程序可能正在做这些事情了。

有哪些可用的Unikernel系统?

现在有很多Unikernel可供选择,它们支持多种编程语言,并且Unikernel项目还在持续增加中。一些较受欢迎的Unikernel系统包括:

  • MirageOS:最早的Unikernels系统之一,它使用Ocaml语言;
  • HaLVM:另外一个早期Unikernels系统,由Haskell语言实现;
  • LING:历史悠久的项目,使用Erlang实现;
  • ClickOS:为网络应用优化的系统,支持C、C++和Python;
  • OSv:稍有不同的Unikernel系统,它基于Java,并支持其他一些编程语言。支持绝大多数JAR文件部署和运行。
  • Rumprun:使用了来自NetBSD项目的模块代码,目标定位于任何符合POSIX标准的、不需要Fork的应用程序,特别适合将现有程序移植到Unikernel世界。

Unikernel是灵丹妙药吗?

Unikernel远非万能的。由于他们是单一进程实体,运行在单一地址空间,没有高级内存管理,很多程序无法很容易地迁移到Unikernel世界。不过,运行于世界各地数据中心中的大量服务很适合该方案。将这些服务转换为轻量级Unikernel,我们可以重新分配服务器能力,任务较重的服务可以从额外的资源中受益。

转换成Unikernel的任务数量比你想象的要多。在2015年,Martin Lucina宣布成功创建了一个”RAMP”栈 – LAMP栈(Linux、Apache、MySQL和PHP/Python)的变种。RAMP栈使用了NGINX,MySQL和PHP,它们都构建在Rumprun之上。Rumprun是Rump内核的一个实例,而Rump内核则是基于NetBSD工程模块化操作系统功能函数集合的一个Unikernel系统。所以这种常见的解决方案堆栈可以成功地转化迁移到Unikernels世界中。

更多信息

要想学习更多有关Unikernels方面的内容,可以访问http://www.unikernel.org或观看2015年我在Southeast Linuxfest的演讲视频

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