Serverless یا «بدون سرور» چیست ؟


۱. مفهوم Serverless
با گسترش روزافزون نرم‌افزارهای تحت وب و افزایش نیاز به مقیاس‌پذیری، سرعت توسعه و کاهش هزینه‌های زیرساخت، معماری‌های نوین ابری بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته‌اند.

یکی از مهم‌ترین این رویکردها، Serverless یا «بدون سرور» است. برخلاف تصور رایج، Serverless به معنای نبود سرور نیست، بلکه به معنای حذف مسئولیت مدیریت مستقیم سرورها از دوش توسعه‌دهندگان است.

در این مدل، تمرکز اصلی بر منطق کسب‌وکار و نوشتن کد قرار می‌گیرد و وظایفی مانند مدیریت زیرساخت، مقیاس‌پذیری و نگه‌داری سیستم به ارائه‌دهندگان خدمات ابری سپرده می‌شود. این تغییر نگرش، تحولی قابل‌توجه در شیوه طراحی، توسعه و استقرار نرم‌افزارها ایجاد کرده است.


۲. Serverless چیست و چه چیزی نیست
Serverless یک مدل محاسباتی در فضای ابری است که در آن توسعه‌دهنده بدون درگیر شدن با جزئیات زیرساختی، تنها بر نوشتن و اجرای کد تمرکز می‌کند. در این معماری، منابع محاسباتی به‌صورت پویا و خودکار توسط ارائه‌دهنده‌ی سرویس ابری تخصیص داده می‌شوند و هزینه‌ها معمولاً بر اساس میزان استفاده‌ی واقعی محاسبه می‌گردند. توابع Serverless اغلب در پاسخ به رویدادها اجرا می‌شوند و پس از اتمام پردازش، منابع آزاد می‌شوند.

در مقابل، Serverless به این معنا نیست که هیچ سروری وجود ندارد یا برنامه بدون زیرساخت اجرا می‌شود. سرورها همچنان وجود دارند، اما مدیریت، پیکربندی، به‌روزرسانی و مقیاس‌پذیری آن‌ها کاملاً بر عهده‌ی ارائه‌دهنده‌ی سرویس است. همچنین Serverless جایگزین کامل تمام معماری‌ها نیست و برای همه‌ی سناریوها مناسب نخواهد بود؛ بلکه رویکردی است که در صورت انتخاب درست، می‌تواند توسعه‌ی نرم‌افزار را ساده‌تر و کارآمدتر کند.


۳. معماری Serverless چگونه کار می‌کند
در معماری Serverless، برنامه‌ها به مجموعه‌ای از توابع کوچک و مستقل تقسیم می‌شوند که هر کدام وظیفه‌ای مشخص را بر عهده دارند. این توابع معمولاً در پاسخ به رویدادهایی مانند درخواست‌های HTTP، تغییرات در پایگاه داده، آپلود فایل یا پیام‌های صف اجرا می‌شوند. به محض وقوع رویداد، ارائه‌دهنده‌ی سرویس ابری تابع مربوطه را فراخوانی کرده و منابع موردنیاز را به‌صورت خودکار در اختیار آن قرار می‌دهد.

مدیریت مقیاس‌پذیری در این معماری به‌طور کامل خودکار است. اگر تعداد درخواست‌ها افزایش یابد، توابع به‌صورت هم‌زمان و بدون دخالت توسعه‌دهنده اجرا می‌شوند و پس از پایان پردازش، منابع آزاد می‌گردند. در این مدل، توسعه‌دهنده نیازی به برنامه‌ریزی برای سرور، تنظیم ظرفیت یا مدیریت چرخه‌ی عمر زیرساخت ندارد. نتیجه‌ی این رویکرد، سیستمی انعطاف‌پذیر، رویدادمحور و بهینه از نظر مصرف منابع است که با نیازهای واقعی برنامه تطبیق پیدا می‌کند.

۴. تفاوت Serverless با معماری‌های سنتی
معماری Serverless و معماری‌های سنتی مانند Client-Server یا میکروسرویس‌های مبتنی بر سرور، از چند جهت کلیدی با یکدیگر متفاوت هستند:

1. مدیریت زیرساخت
  o  در معماری سنتی، توسعه‌دهنده یا تیم عملیات مسئول راه‌اندازی، پیکربندی و نگهداری سرورها هستند.
  o  در Serverless، همه‌ی این وظایف به ارائه‌دهنده‌ی سرویس ابری واگذار می‌شود و توسعه‌دهنده تنها روی کد تمرکز دارد.

2. مقیاس‌پذیری
  o  معماری سنتی معمولاً نیازمند پیش‌بینی ظرفیت و مدیریت دستی منابع است.
  o  «بدون سرور» یا Serverless مقیاس‌پذیری خودکار دارد؛ توابع به‌صورت پویا با افزایش یا کاهش بار سیستم اجرا می‌شوند.

3. مدل پرداخت
  o  در سیستم‌های سنتی، معمولاً هزینه ثابت سرورها و منابع ابری پرداخت می‌شود، حتی اگر همیشه به‌طور کامل استفاده نشوند.
  o  در Serverless، هزینه‌ها بر اساس میزان استفاده واقعی و مدت اجرای توابع محاسبه می‌شوند.

4. سرعت توسعه و استقرار
  o  معماری سنتی ممکن است زمان‌بر باشد، زیرا مدیریت سرورها و محیط‌های توسعه و تولید نیازمند هماهنگی است.
  o  «بدون سرور» یا Serverless امکان توسعه سریع، استقرار آسان و آزمایش سریع کدها را فراهم می‌کند.

این تفاوت‌ها باعث می‌شوند Serverless برای برنامه‌هایی با بار متغیر، پروژه‌های کوچک یا تیم‌های کوچک که می‌خواهند سریع وارد بازار شوند، بسیار مناسب باشد، در حالی که معماری سنتی هنوز برای سیستم‌های با نیاز به کنترل کامل روی زیرساخت کاربرد دارد.


۵. مزایای استفاده از Serverless
استفاده از معماری Serverless، مزایای متعددی برای توسعه‌دهندگان و کسب‌وکارها فراهم می‌کند که برخی از مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:

1. تمرکز روی کد و منطق کسب‌وکار
توسعه‌دهندگان نیازی به مدیریت سرورها، نصب نرم‌افزارهای زیرساختی یا پیکربندی محیط ندارند و می‌توانند تمام توجه خود را روی نوشتن و بهبود کد معطوف کنند.

2. مقیاس‌پذیری خودکار
توابع Serverless به‌صورت خودکار با افزایش یا کاهش درخواست‌ها مقیاس می‌یابند، بدون اینکه توسعه‌دهنده مجبور به مدیریت دستی منابع باشد.

3. کاهش هزینه‌ها
هزینه‌ها بر اساس میزان واقعی مصرف محاسباتی محاسبه می‌شوند، بنابراین پرداخت منابع بدون استفاده حذف می‌شود و بودجه بهینه‌تر مصرف می‌شود.

4. راه‌اندازی سریع و توسعه چابک
زمان استقرار برنامه‌ها کوتاه است و تغییرات یا افزودن ویژگی‌های جدید به سرعت انجام می‌شود.

5. انعطاف‌پذیری بالا
توابع کوچک و مستقل امکان استفاده مجدد و ترکیب سریع با سرویس‌ها و APIهای دیگر را فراهم می‌کنند.

6. مدیریت خودکار زیرساخت
امنیت، پشتیبان‌گیری، به‌روزرسانی و مقیاس‌پذیری منابع توسط ارائه‌دهنده‌ی سرویس ابری انجام می‌شود و توسعه‌دهنده از این نگرانی‌ها آزاد است.

این مزایا باعث می‌شوند Serverless گزینه‌ای جذاب برای پروژه‌های وب و موبایل، APIها، پردازش داده و برنامه‌هایی با بار متغیر و رویدادمحور باشد.


۶. چالش‌ها و محدودیت‌های Serverless
با وجود مزایای قابل توجه، معماری Serverless با برخی چالش‌ها و محدودیت‌ها نیز همراه است که پیش از انتخاب آن باید مدنظر قرار گیرد:

1. وابستگی به ارائه‌دهنده‌ی سرویس ابری
انتخاب Serverless معمولاً توسعه‌دهنده را به یک پلتفرم خاص وابسته می‌کند و مهاجرت به سرویس دیگر می‌تواند پیچیده و زمان‌بر باشد.

2. مدیریت وضعیت (State Management)
توابع Serverless معمولاً Stateless هستند، بنابراین نگه‌داری داده‌ها بین اجراها نیازمند راهکارهای خارجی مانند پایگاه داده یا حافظه موقت است.

3. زمان اجرای محدود
بسیاری از ارائه‌دهندگان محدودیت‌هایی برای طول اجرای یک تابع دارند که برنامه‌های طولانی‌مدت یا محاسبات سنگین را با چالش مواجه می‌کند.

4. تاخیر در شروع اجرای تابع (Cold Start)
وقتی تابع برای اولین بار اجرا می‌شود یا پس از مدتی بدون استفاده قرار داشته باشد، زمان کوتاهی برای راه‌اندازی نیاز است که ممکن است باعث تأخیر شود.

5. پیچیدگی در عیب‌یابی و مانیتورینگ
با توجه به رویدادمحور بودن و اجرای توابع در محیط مدیریت‌شده، ردیابی خطاها و مشکلات عملکردی نسبت به سرورهای سنتی دشوارتر است.

6. هزینه‌های پنهان در سناریوهای پر ترافیک
اگرچه Serverless برای بار متغیر بسیار بهینه است، در شرایط ترافیک مداوم و سنگین هزینه‌ها ممکن است از معماری سنتی بالاتر رود.

این محدودیت‌ها نشان می‌دهند که Serverless مناسب تمام سناریوها نیست و انتخاب آن باید با توجه به نیاز پروژه، حجم بار و کنترل موردنیاز روی زیرساخت صورت گیرد.


۷. موارد کاربرد Serverless در دنیای واقعی
معماری Serverless به دلیل انعطاف‌پذیری، مقیاس‌پذیری خودکار و کاهش هزینه، در بسیاری از سناریوهای واقعی کاربرد دارد. برخی از مهم‌ترین کاربردها عبارتند از:

1.  APIها و میکروسرویس‌ها
توابع Serverless می‌توانند به‌عنوان نقطه انتهایی (endpoint) برای APIها عمل کنند و در میکروسرویس‌ها برای پردازش سریع درخواست‌ها استفاده شوند.

2.  پردازش داده و ETL
انجام عملیات پردازش داده، استخراج، تبدیل و بارگذاری (ETL) در حجم‌های متغیر، بدون نیاز به مدیریت سرور، با Serverless ساده و مقرون‌به‌صرفه است.

3.  اتوماسیون و پردازش رویدادمحور
پاسخ به رویدادهای سیستم، مانند تغییر در پایگاه داده، آپلود فایل در فضای ذخیره‌سازی یا دریافت پیام از صف، به‌طور خودکار انجام می‌شود.

4.  برنامه‌های وب و موبایل با بار متغیر
برای اپلیکیشن‌هایی که ترافیک آن‌ها نوسان زیادی دارد، Serverless مقیاس خودکار را فراهم می‌کند و هزینه‌ها را بهینه می‌سازد.

5.  پردازش تصویر، ویدئو و فایل‌ها
توابع Serverless می‌توانند تصاویر یا ویدئوها را پردازش، فشرده‌سازی یا تبدیل فرمت کنند بدون نیاز به سرور اختصاصی.

6.  چت‌بات‌ها و سیستم‌های پاسخ‌گو
راه‌اندازی چت‌بات‌ها و سیستم‌های پاسخ‌گو که باید به پیام‌ها یا درخواست‌های کاربران پاسخ دهند، با معماری Serverless ساده و سریع است.

7.  تحلیل داده‌های بلادرنگ (Real-Time Analytics)
پردازش جریان داده‌ها و محاسبه شاخص‌ها به‌صورت بلادرنگ، بدون نیاز به زیرساخت پیچیده، با Serverless قابل اجراست.

Serverless به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد که بدون نگرانی از مدیریت زیرساخت، برنامه‌های مقیاس‌پذیر و کارآمد بسازند و تمرکز خود را روی ویژگی‌های کاربردی و تجربه کاربری قرار دهند.

۸. معرفی سرویس‌های مطرح Serverless
در دنیای ابری امروز، چندین سرویس محبوب و پرکاربرد برای پیاده‌سازی معماری Serverless وجود دارد که توسعه‌دهندگان می‌توانند بر اساس نیاز پروژه از آن‌ها استفاده کنند:

1. AWS Lambda
  o  ارائه شده توسط آمازون وب سرویس (AWS)
  o  امکان اجرای توابع در پاسخ به رویدادها، API Gateway، تغییرات پایگاه داده و آپلود فایل‌ها
  o  مقیاس خودکار و پرداخت بر اساس تعداد درخواست‌ها و مدت اجرای توابع

2. Azure Functions
  o  سرویس Serverless مایکروسافت آژور
  o  پشتیبانی از چند زبان برنامه‌نویسی و اتصال آسان به سایر سرویس‌های Azure
  o  مناسب برای APIها، پردازش داده و اتوماسیون

3. Google Cloud Functions
  o  سرویس Serverless گوگل کلود
  o  پاسخ به رویدادهای HTTP، Pub/Sub و تغییرات در Cloud Storage
  o  ادغام ساده با اکوسیستم گوگل مانند Firebase و BigQuery

4. IBM Cloud Functions
  o  مبتنی بر پلتفرم Apache OpenWhisk
  o  مناسب برای اجرای توابع رویدادمحور و میکروسرویس‌ها
  o  امکان مدیریت توابع و وقایع پیچیده

5. Netlify Functions و Vercel Serverless Functions
  o  سرویس‌های Serverless برای توسعه‌دهندگان وب و Jamstack
  o  اجرای سریع توابع در کنار سایت‌ها و اپلیکیشن‌های Frontend
  o  مناسب برای APIهای سبک و پردازش‌های کوتاه

6. FaaS عمومی و Open-Source
  o  نمونه‌هایی از سرویس‌های Serverless متن‌باز : OpenFaaS، Knative و Apache OpenWhisk
  o  امکان راه‌اندازی Serverless روی زیرساخت شخصی یا کلودهای خصوصی

این سرویس‌ها امکان انتخاب مناسب‌ترین گزینه برای پروژه‌ها با نیازهای مختلف را فراهم می‌کنند و به توسعه‌دهندگان کمک می‌کنند بدون دردسر مدیریت سرورها، برنامه‌های مقیاس‌پذیر و انعطاف‌پذیر بسازند.


۹. ملاحظات امنیتی در معماری Serverless
اگرچه Serverless بسیاری از نگرانی‌های زیرساختی را به ارائه‌دهنده‌ی سرویس منتقل می‌کند، اما مسائل امنیتی خاص خود را دارد که باید در طراحی و توسعه مدنظر قرار گیرد:

1. مدیریت دسترسی و احراز هویت
  o  هر تابع باید حداقل دسترسی لازم (Principle of Least Privilege) را داشته باشد.
  o  استفاده از سرویس‌هایی مانند IAM در AWS یا Role-based Access در Azure برای کنترل دقیق دسترسی‌ها ضروری است.

2. محافظت از داده‌ها و رمزگذاری
  o  داده‌های حساس در پایگاه داده یا فضای ذخیره‌سازی باید رمزگذاری شوند.
  o  ارتباطات بین توابع و سرویس‌ها باید امن و با استفاده از پروتکل‌های رمزگذاری‌شده (مانند HTTPS) انجام شود.

3. حفاظت در برابر حملات تزریق و DoS
  o  توابع Serverless ممکن است در معرض حملات تزریق، SQL Injection یا حملات Denial of Service قرار گیرند.
  o  اعمال محدودیت نرخ درخواست‌ها (Rate Limiting) و بررسی ورودی‌ها ضروری است.

4. مدیریت و نظارت روی توابع
  o  ثبت لاگ (Logging) و مانیتورینگ فعالیت توابع برای شناسایی رفتارهای مشکوک ضروری است.
  o  استفاده از ابزارهای امنیتی و SIEM می‌تواند به تشخیص سریع تهدیدها کمک کند.

5. به‌روزرسانی و مدیریت کتابخانه‌ها
  o  توابع Serverless معمولاً وابسته به کتابخانه‌ها و پکیج‌های ثالث هستند.
  o  به‌روزرسانی منظم و بررسی آسیب‌پذیری‌ها (Vulnerability Scanning) اهمیت زیادی دارد.

6. Cold Start و تهدیدات مرتبط
o  گرچه Cold Start به خودی خود مشکل امنیتی نیست، اما تأخیر در اجرای تابع می‌تواند حملات زمان‌بندی شده یا سوءاستفاده را تسهیل کند و نیاز به بررسی عملکرد و محدودیت‌های زمانی دارد.

با رعایت این ملاحظات، معماری Serverless می‌تواند هم مقیاس‌پذیر و انعطاف‌پذیر باشد و هم از امنیت مناسبی برخوردار شود.


۱۰. تأثیر Serverless بر توسعه و عملیات نرم‌افزار
معماری Serverless نه‌تنها روی زیرساخت، بلکه به‌طور مستقیم روی شیوه‌ی توسعه و عملیات (DevOps) نرم‌افزار نیز تأثیرگذار است:

1. تسریع فرآیند توسعه و استقرار
  o  توسعه‌دهندگان می‌توانند بدون نگرانی از سرورها و محیط‌های پیچیده، تمرکز خود را روی کد و ویژگی‌های کاربردی بگذارند.
  o  استقرار و به‌روزرسانی توابع سریع و خودکار انجام می‌شود و چرخه‌ی توسعه کوتاه‌تر می‌گردد.

2. افزایش انعطاف‌پذیری و مقیاس‌پذیری
  o  توابع Serverless به‌صورت خودکار مقیاس می‌یابند و برنامه‌ها می‌توانند به سرعت با افزایش یا کاهش بار سازگار شوند.
  o  عملیات نگهداری و تنظیم ظرفیت زیرساخت تقریباً حذف شده و تیم‌ها می‌توانند روی توسعه متمرکز شوند.

3. تغییر نقش DevOps و تیم عملیات
  o  تمرکز از مدیریت سرورها و زیرساخت به مانیتورینگ، امنیت و بهینه‌سازی عملکرد تغییر می‌کند.
  o  تیم DevOps بیشتر نقش نظارتی و هماهنگی بین توابع و سرویس‌ها را دارد تا مدیریت مستقیم سرور.

4. چابکی و قابلیت تست آسان‌تر
  o  توابع کوچک و مستقل امکان تست واحد (Unit Test) و تست اتوماتیک را ساده می‌کنند.
  o  محیط‌های توسعه و آزمایش به سرعت قابل راه‌اندازی هستند و خطاها سریع‌تر شناسایی می‌شوند.

5. هزینه و بهره‌وری
  o  با حذف مدیریت سرور و پرداخت براساس مصرف واقعی، هزینه‌های عملیاتی کاهش می‌یابد و منابع مالی و انسانی برای توسعه ویژگی‌های جدید آزاد می‌شود.

به طور خلاصه، Serverless باعث می‌شود توسعه‌دهندگان و تیم‌های عملیات بتوانند سریع‌تر، چابک‌تر و با تمرکز بیشتر بر کیفیت و تجربه کاربری نرم‌افزار، کار کنند، در حالی که پیچیدگی‌های زیرساختی کاهش می‌یابد.


۱۱. آینده‌ی معماری Serverless
معماری Serverless با توجه به مزایا و تحولات اخیر در حوزه‌ی ابری، انتظار می‌رود نقش پررنگ‌تری در توسعه نرم‌افزار پیدا کند. برخی روندها و چشم‌اندازهای آینده عبارتند از:

1. گسترش در صنایع مختلف
  o  از اپلیکیشن‌های وب و موبایل تا اینترنت اشیاء (IoT) و پردازش داده‌های بلادرنگ، Serverless به‌عنوان گزینه‌ای کارآمد برای مدیریت بار متغیر و مقیاس‌پذیر مطرح خواهد بود.

2. ادغام با هوش مصنوعی و یادگیری ماشین
  o  اجرای مدل‌های هوش مصنوعی و پردازش داده‌ها به‌صورت توابع کوچک و مقیاس‌پذیر، با هزینه بهینه، یکی از حوزه‌های رشد Serverless است.

3. Serverless ترکیبی و چند ابری (Hybrid & Multi-Cloud)
  o  سازمان‌ها به دنبال کاهش وابستگی به یک ارائه‌دهنده خواهند بود و معماری Serverless ترکیبی که در چند پلتفرم ابری کار کند، محبوب‌تر خواهد شد.

4. ابزارهای توسعه و مانیتورینگ پیشرفته‌تر
  o  با افزایش پیچیدگی برنامه‌ها و رشد Serverless، ابزارهای بهتر برای مانیتورینگ، اشکال‌زدایی و بهینه‌سازی عملکرد توسعه خواهند یافت.

5. تمرکز بیشتر بر امنیت و حاکمیت داده‌ها
  o  با گسترش کاربرد Serverless در پروژه‌های حساس و پردازش داده‌های بزرگ، استانداردها و راهکارهای امنیتی و حاکمیت داده اهمیت بیشتری خواهند یافت.

6. کاهش محدودیت‌ها و بهبود تجربه توسعه‌دهنده
  o  محدودیت زمان اجرا و مدیریت وضعیت در حال کاهش هستند و ارائه‌دهندگان سرویس‌ها به سمت تجربه‌ای سریع‌تر و نزدیک‌تر به اجرای سنتی حرکت می‌کنند.

به طور خلاصه، Serverless در حال تبدیل شدن به یک استاندارد مدرن برای توسعه نرم‌افزار است که تمرکز را از زیرساخت به نوآوری و خلق ارزش واقعی منتقل می‌کند و آینده‌ای پر از انعطاف‌پذیری و مقیاس‌پذیری را نوید می‌دهد.


۱۲. جمع‌بندی و نتیجه‌گیری
معماری Serverless، تحولی مهم در دنیای توسعه نرم‌افزار و خدمات ابری به شمار می‌آید. این مدل با حذف مسئولیت مدیریت مستقیم سرورها و ارائه‌ی مقیاس‌پذیری خودکار، به توسعه‌دهندگان امکان می‌دهد تا تمرکز خود را بر نوشتن کد و خلق ارزش واقعی بگذارند.

مزایای Serverless شامل کاهش هزینه‌ها، سرعت توسعه بیشتر، انعطاف‌پذیری بالا و مدیریت خودکار زیرساخت است. در مقابل، محدودیت‌ها و چالش‌هایی مانند وابستگی به ارائه‌دهنده، مدیریت وضعیت، زمان اجرای محدود و Cold Start وجود دارند که نیازمند برنامه‌ریزی دقیق و آگاهی توسعه‌دهنده هستند.

موارد کاربرد Serverless گسترده و متنوع است؛ از APIها و میکروسرویس‌ها گرفته تا پردازش داده، اتوماسیون، پردازش تصاویر و ویدئو و تحلیل داده‌های بلادرنگ. سرویس‌های مطرح مانند AWS Lambda، Azure Functions، Google Cloud Functions و نمونه‌های متن‌باز امکان بهره‌گیری سریع و مطمئن از این معماری را فراهم می‌کنند.

با توجه به روندهای آینده، Serverless همچنان در حال رشد است و انتظار می‌رود با ادغام هوش مصنوعی، توسعه چندابری و ابزارهای پیشرفته‌تر، جایگاه پررنگ‌تری در دنیای فناوری پیدا کند. به طور کلی، Serverless نه‌تنها شیوه‌ی مدیریت زیرساخت را تغییر داده، بلکه نگرش توسعه نرم‌افزار را به سمت چابکی، بهره‌وری و تمرکز بر ارزش واقعی کاربر هدایت می‌کند.