云计算讲座知识

云计算讲座知识目录1、云计算介绍2、云计算定义3、云的分类4、云服务交付方式5、国内外云计算发展现状6、云计算技术解析7、云平台架构及实现技术2021/2/72IT不再重要2021/2/73云计算：21世纪的全球化信息电厂西门子发明了可实用的发电机，商业化发电机开始应用到生产中1860年代1870年代第一个城市中央电厂在芝加哥出现，并迅速得到了广泛的应用1900年代爱迪生发明了可实用的电灯，并同时开设社区电厂，电开始影响人类的生活集成电路计算机出现，计算机在商业中迅速普及得到了广泛应用1960年代1970年代Google、Amazon等开创了云计算的商业化应用，实现了IT能力的远距离传输2000年代微型计算机出现，并在其后20年间开始影响人类的生活长距离输电网络技术逐渐成熟，并开始商用1890年代Internet网络技术在全球迅速普及，广泛应用1990年代电的应用主宰了人类社会，各种电器出现，催生了史上最大的家用电器行业，人类社会开始有了现在的家庭生活20世纪云计算的应用是否会主宰人类社会？人类社会将有怎样崭新的生活？21世纪电的历史IT的历史和中央电厂一样，云计算的核心是让计算服务和运营能力像电一样能够长距离传输，随需索取。这将会对IT业以及每家公司的结构造成深刻变革。100年来的故事或许将在未来重演……

如果你理解了中央电厂的来由和它为人类社会带来的历史性变化，那么，你就会明白云计算将会开创多么激动人心的未来。2021/2/74云计算是信息技术发展的方向大型机时代1960年代1980年代2000年代1990年代微型机时代个人计算机变革将只在特定行业中应用的大型主机变成每个人都负担得起的个人电脑，大幅度提高了个人生产效率和企业效率。互联网变革将数以亿万计的信息孤岛汇集成庞大的信息网络，极大的提高了人类沟通，共享和协作的效率，丰富了社交和娱乐生活。互联网时代云计算变革将IT产业变为环保和节约的绿色产业；将IT基础设施转变为像水和煤气一样的社会公用基础设施；连接所有的电子产品形成具备无限容量和能力的设备；将信息渗透到社会每一个角落成为社会组织和个人的基本属性。技术云计算时代时间信息技术在经历了个人计算机变革、互联网变革之后，将迎来第三次跨时代的变革：云计算变革2021/2/75云对IT行业的影响

云计算促使IT行业的业务模式转向以服务为中心，IT行业的生态系统将以具有垄断地位的IT运营商为核心进行重建；IT行业将面临重新洗牌！重构IT业务模式垄断IT运营商全新IT生态系统正如通信网络的规模经济效应导致具有垄断地位的通信运营商出现；云的规模经济效应加速IT基础设施集中化，从而导致具有垄断地位的“IT运营商”出现以产品运营为核心的业务模式将转变为以服务为核心的业务模式；卖设备、卖License的硬件和软件供应商将逐步边缘化，取而代之的是IT服务提供商在ICT融合的背景下，在新型云计算业务的冲击下，旧有的IT产业链分工模式将完全打破，将以IT运营商为核心，来建立IT产业的全新生态系统2021/2/76云正在深刻的改变世界信息社会：人类将生活在以信息为中心的社会，社会组织和企业活动以互联网为中心组织，云服务成为水、电一样重要的基础设施物联网：感应器将植入人类社会的各类物理基础设施中，经由无线通信网络连接，通过云平台进行有效管理，实现物理基础设施和IT基础设施的有效整合，人类社会将通过云而成为一个有机的整体群体智慧：云计算可以使人类在网络社区上既方便又快速地进行互动、分享与合作，提高现有知识的社会共享，从而通过更广泛的个体合作与竞争中创造共享的和集体的智能

云作为IT产业的第三次的变革，不仅仅影响IT产业，也将对人类社会产生深远的影响，主要表现在如下方面：2021/2/77$绿色计算打造新一代数据中心标准化及整合提升业务敏捷性，降低市场响应时间，推动业务与技术创新改变IT支出的成本结构降低复杂度成为新的云服务提供商云计算驱动力2021/2/78云计算的愿景1879,ThedynamoCorporateDCIDC1882,Centralpowerstation云计算所倡导的是一种新的基于网络的IT服务的供给、消费、交付模式！2021/2/792021/2/710目录1、云计算介绍2、云计算定义3、云的分类4、云服务交付方式5、国内外云计算发展现状6、云计算技术解析7、云平台架构及实现技术2021/2/711对云的不同理解Cloud2021/2/712简单的类比说您刚刚搬到一个新的城市，要找个地方住……2021/2/713您可以……建一座房子……或租一座房子……2021/2/714如果选择建一座房子，您必须作出一系列的抉择……2021/2/715一旦建成您就要负责维护雇员装饰设计师电工管道工物业费电费水费空调清洁工人2021/2/716假设您所在的城市提供这样一种房屋：一个拥有大量公寓单元的房屋2021/2/717每个单元可以容易地被转换成2,3,4或更多的单元2021/2/718只需付出租金对应使用功能！按需付费2021/2/719

云计算模型能以按需方式，通过网络，方便的访问云系统的可配置计算资源共享池(比如：网络，服务器，存储，应用程序和服务)。同时它以最少的管理开销及最少的与供应商的交互，迅速配置提供或释放资源。云计算–

NIST定义2021/2/720云计算的定义云计算的服务模式云计算的外部特征云计算是一种基于网络的计算模式，通过网络将IT基础设施资源、软件与信息按需提供给用户使用。注1：云计算不是一类计算机技术或网络技术，而是实现网格计算、效用计算、虚拟化技术、Web服务技术融合发展的模式；注2：云计算具有宽带接入、快速弹性、服务可测量、按需自服务、资源池化等特征。云计算的内部特征云计算服务的内部特征反映了云计算服务商的服务提供能力，包含人员、流程、资源和技术四个要素：人员要素包括人员管理、岗位结构以及人员技能；流程要素分为展现服务层、运维管理层和采集控制层三个层面；技术要素包括资源池化技术、计量技术、监控技术、调度技术和安全保障技术；资源要素分为计算资源、存储资源、网络资源和支撑环境。云计算的服务模式主要包括IaaS、PaaS和SaaS。三种模式自底向上提供不同层次的云计算服务，具有层次关系，但上层服务不必构建于底层服务之上。按需服务：云计算服务应能够快速自动化地满足用户对服务功能、服务实例等服务交付内容的申请，变更，取消等操作，使用户的需求能够即时得到满足；弹性：云计算服务应具有快速伸缩的能力，用户可随时申请、释放和调整云计算服务资源的使用；网络依存性：云计算服务的使用者通过网络访问计算，存储资源以及各种服务；可计量：云计算服务本身应具备将用户使用的计算、存储及其他特定功能的服务按照合理一致的标准进行细粒度地计量的能力。云计算服务的定义2021/2/721

流程:展现服务层运维管理层采集控制层资源:计算资源存储资源网络资源支撑环境

技术:资源池化监控调度安全保障人员:人员管理岗位结构人员技能云计算服务IaaSPaaSSaaS弹性按需服务网络依存性可计量云计算服务模型2021/2/722目录1、云计算介绍2、云计算定义3、云的分类4、云服务交付方式5、国内外云计算发展现状6、云计算技术解析7、云平台架构及实现技术2021/2/7232021/2/724RegionalDataCenter1RegionalDataCenter2PublicCloudRegionalDataCenter3RegionalDataCenter4公有ExternalcloudServiceProviderDataCenter混合ExternalcloudTrustedcloudEnterpriseDataCenterAutomationFirewallandsecurityPrivateCloud私有InternalcloudDatacenteragility云计算分类接受度混合混合混合2021/2/725目录1、云计算介绍2、云计算定义3、云的分类4、云服务交付方式5、国内外云计算发展现状6、云计算技术解析7、云平台架构及实现技术2021/2/726云计算是下述的发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现：并行计算(Parallel)分布式计算(Distributed)网格计算(Grid)云计算是下述等概念混合演进并跃升的结果：虚拟化(Virtualization)效用计算(UtilityComputing)面向服务（SOA）IaaS(基础设施即服务)PaaS(平台即服务)SaaS(软件即服务)云计算的技术演进路线2021/2/7272021/2/728传统基础架构CloudIAASIAAS

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INFRASTRUCTUREasaservice绝大多数是物理设施低利用率基础设施：IT人员比例低少量自动化静态峰值容量部署很难支撑PAAS/SAAS物理设施及虚拟化设施中到高利用率基础设施：IT人员比例高高度自动化平衡的动态部署支撑PAAS/SAAS维护困难便于维护2021/2/729IAAS架构2021/2/730示例：补丁安装比较2021/2/731架构私有云PaaS平台PaaS资源抽象服务，统一平台PaaS服务自服务/管理门户软件平台开发组件平台DataServicesOS

+DevelopmentPlatformIdentity

&SecurityServicesCommonServicesProvisioning&Management应用开发部门软件开发商PaaS管理者IntegrationServicesApplicationServices2021/2/732定义SaaS是“软件即服务”。表示一种计算模式，把软件作为服务。通过Internet提供软件的模式，厂商将应用软件统一部署在服务器上，客户可以根据自己的实际需求，通过网络向厂商订购所需的软件应用服务，按订购的服务多少和时间长短支付费用，通过互联网获得服务。特性通过云端或浏览器访问软件多主租用按需使用私有云SaaS服务公有云SaaS服务在线邮件网络会议在线杀毒在线CRM在线进销存在线HROACRM系统ERP系统邮件门户专业应用管理系统业务系统生产营运…系统内容管理在线…公有云SaaS服务示例私有云SaaS服务示例2021/2/7332021/2/734目录1、云计算介绍2、云计算定义3、云的分类4、云服务交付方式5、国内外云计算发展现状6、云计算技术解析7、云平台架构及实现技术2021/2/7352021/2/7362021/2/7372021/2/738典型企业的云计算之路——GoogleGoogle搜索之所以跑在云计算上，是因为当初没钱用高性能计算机，无奈之下，用提高软件系统的分布式部署和调度能力，用MAPReduse来做流程执行，用分布式文件系统来构建，反倒成就了如今的云计算的优势，那就是支持很强的容灾，支持scability的规模提高，支持多并发用户的感受度，而最最关键的是，达到了每用户访问最低的运营成本。2021/2/739典型企业的云计算之路——Google2021/2/740AdvancedInnovations公司在2009年业务增长了83%的同时也面临IT系统扩容的挑战。而当其转向AmazonEC2时，IT系统能力迅速增强，从而支撑其业务的快速发展。部署一个OracleDB只需要23分钟，而所要做的就是按一些按钮——AdvancedInnovationsCTO典型企业的云计算之路——AmazonAamzon通过虚拟化将IT资源出租给其它公司（IaaS），使系统的利用率变得更高并产生利润。同时，也为小企业提供了与大企业竞争一样的最先进的IT平台。通过虚拟化将闲置运算、存储资源划分出租给其他公司，实现（IaaS）基础架构即服务根本没有任何预付费用，任一公司利用这些服务时，只需要为它使用的设备能力付费。而且，它租用的是现代互联网运算设计的最先进的系统。2021/2/741典型企业的云计算之路——Amazon2021/2/742典型企业的云计算之路——Salesforce2021/2/743目录1、云计算介绍2、云计算定义3、云的分类4、云服务交付方式5、国内外云计算发展现状6、云计算技术解析7、云平台架构及实现技术2021/2/744云的部署：IaaS、PaaS和SaaS描述PC硬件资源（PowerPC、x86、ARM）操作系统Linux、Windows、UNIX 开发环境C、C++、Java、Python、Perl等软件应用运行库（.Net、JRE）SaaSPaaSIaaS基于互联网Cloud共享资源SaaS：通过互联网向最终用户提供软件应用服务。主要特征：多租户、数据分离、水平扩展、可个性配置、可伸缩。代表：SalesforceCRM、微软的Online服务、IBMLotusLive。PaaS：通过互联网向开发者提供运行平台托管服务，提供开发SDK，开发者开发应用后可直接运行在PaaS上。主要特征：运行平台托管、提供增强的平台能力。代表：Google的AppEngine、微软的AzurePlatform、Salesforce的FIaaS：应用虚拟化、自动化部署等技术，通过互联网向用户提供基础IT设施的技术方案与服务模式。主要特征是资源动态弹性供应、资源整合与共享、资源利用率高、节能降耗、管理成本下降。主要代表：Amazon的ec2、S32021/2/745什么是虚拟化？当下的x86计算机硬件是专为运行单个操作系统和单个应用程序而设计的，因此大部分计算机远未得到充分利用。借助虚拟化，可以在单台物理机上运行多个虚拟机，每个虚拟机都可以在多个环境之间共享同一台物理机的资源。不同的虚拟机可以在同一台物理机上运行不同的操作系统以及多个应用程序.

以虚拟化的技术将基于x86的计算机的硬件资源（包括CPU、RAM、硬盘和网络控制器），以创建功能齐全、可像“真实”计算机一样运行其自身操作系统和应用程序的虚拟机。每个虚拟机都包含一套完整的系统，因而不会有潜在冲突。硬件虚拟化的工作原理是，直接在计算机硬件或主机操作系统上面插入一个精简的软件层。该软件层包含一个以动态和透明方式分配硬件资源的虚拟机监视器（或称“管理程序”）。多个操作系统可以同时运行在单台物理机上，彼此之间共享硬件资源。由于是将整台计算机（包括CPU、内存、操作系统和网络设备）封装起来，因此虚拟机可与所有标准的x86操作系统、应用程序和设备驱动程序完全兼容。可以同时在单台计算机上安全运行多个操作系统和应用程序，每个操作系统和应用程序都可以在需要时访问其所需的资源。

虚拟化技术2021/2/746虚拟化技术虚拟化技术主要为了解决如何让软件应用与底层硬件实现分离。例如X86的机器能够运行MacOS系统以及应用。主要目的是为了让同一台物理服务器可以运行多个应用系统，从而提升物理服务器的利用率。例如上面的例子，原来每个机器的利用率只有20%，但各自运行着WindowsNT、WindowsServer2003以及Linux，通过虚拟化技术使得中间的服务器能够同时承载不同的OS，从而可以运行不同的应用，提升利用率（中间服务器利用率达到70%），降低能耗（两边的服务器可以关机）。并且可以实现不同应用的数据隔离。2021/2/747虚拟化技术 虚拟化技术可用于整合资源，提升资源利用率，降低能耗，是绿色IT的关键技术。虚拟化技术使得不同用户的应用运行在同一个服务器资源上，却可以保证不同用户数据的隔离。虚拟化技术使得VM（虚拟机，一个映射文件）能够在底层服务器发生故障，自动迁移到其他状态良好的服务器上，甚至整个数据中心发生灾难，都能够实现快速恢复。虚拟化技术使得用户的系统配置需求能够快速获得满足，不同配置的VM（资源+OS+App）能够自动部署到资源池上。IaaS是通过互联网请求和配置VM的（例如需要能够运行WindowsServer2003和OracleDB，要求500G硬盘，CPU为3GHZ），如果不采用虚拟化，需要人工去寻找特定的服务器（x86）以及相应的配置，并且进行安装部署虚拟化技术使得用户的VM能够实现动态弹性变更，而不需要预先预测容量需求IaaS服务的一大特色正是用户可以在互联网弹性变更资源需求X2021/2/748目录1、云计算介绍2、云计算定义3、云的分类4、云服务交付方式5、国内外云计算发展现状6、云计算技术解析7、云平台架构及实现技术2021/2/749

根据现有技术及厂商产品相结合，从资源服务层、云管理平台层、服务界面层，以及运行维护层和安全管理层两个辅助层，分析每层所涉及的技术，以及技术实现方式。

云平台架构介绍1、云平台整体框架服务界面运行维护层管理平台SystemsDirector、AIM、VCenter、SystemsCenter安全管理层存储StorageFoundation、SVC、USP、3PAR网络Nexus、VDX资源服务层基础设施ESXHyper-VXen服务器（X86）服务器（Unix）XVMPowerVMVSE2021/2/750存储单元：静态存储字节数、存储I/O次数、I/O流量网络传输单元：网络地址个数，持续传输速度，峰值传输速度处理单元：每秒运算次数、内存容量、处理器（核）个数资源池存储资源池化将IBMHPEMCHDSSUN物理存储以存储能力为指标构建存储单元网络资源池化将现有的网络架构以网络传输能力为指标构建网络传输单元计算资源池化将IBMHPSUN等UNIX主机整合成UNIX处理单元，将X86平台虚拟化成X86处理单元存储池网络池处理池资源服务层—资源池化2021/2/751服务器层——寄宿虚拟化：

虚拟化管理程序作为应用运行在宿主操作系统上，利用宿主操作系统的功能来实现硬件资源的抽象和虚拟机的管理，实现较易，但性能较低。典型实现：VMwareWorkstation、MicrosoftVirtualPC、SUNXVM和MicrosoftHyper-V。原生虚拟化：

虚拟化层管理程序直接安装在物理服务器上，不需要依赖宿主操作系统，虚拟机运行在虚拟化平台上，虚拟化平台提供指令集和设备接口，以提供对虚拟机的支持。具有较好的性能，但实现更为复杂，典型实现：CitrixXen、VMwareESXServer和IBMPowerVM。资源服务层—服务器虚拟化技术2021/2/752存储层——基于主机的存储虚拟化：

若干个独立的存储设备通过运行存储管理软件实现一个有机的虚拟存储设备整体，用户不需直接控制物理存储设备。典型实现：SymantecStorageFoundation。优势一，可以使系统在存储空间调整过程中仍然保持在线状态，优势二，可以实现主机上存储设备并行使用。缺点，运行时占用主机资源，影响系统运行效率、稳定性和安全性,容易产生单点故障或安全攻击导致的资源不可用

资源服务层—存储虚拟化技术2021/2/753基于SAN网络的存储虚拟化：

具体的存储虚拟功能的实现在交换机或存储虚拟化服务器中进行。依据虚拟化引擎的位置不同，存储虚拟化技术分为带内（in-band）和带外（out-of-band）两大类。

带内——又称对称虚拟：是虚拟化引擎应用在应用服务器和存储的数据通路上的实现方式带内虚拟化存储具有很强的协同工作能力，可以通过集中的管理界面进行控制。优势：其对系统数据的安全保障很好。缺点：增加了主机和物理存储设备之间的时延，但由于I/O在固定的通道中传输，限制了其扩展性。对于降低虚拟化的复杂性和简化管理方面，实现有困难。

带外——又叫不对称虚拟：是在数据通路外的存储虚拟化服务器上实现的虚拟功能，典型实现：EMCInvista。优势一，由于主机直接将虚拟化存储指令分配到目的设备上，I/O运行不再受到增加等待时间或带宽的制约。优势二，由于元数据服务器不与主机交换信息,而是和智能端口交换信息，加大了其易操作性和扩展性。优势三，由于大多数的I/O运算在智能交换机内由端口的处理器直接处理，如果需要增加规模，只需要增加更多的处理器，适合大规模扩展配置，支持当前所有的大规模数据中心资源服务层—存储虚拟化技术2021/2/754。基于存储控制器的存储虚拟化：

在存储设备内部或存储子系统内部实现存储虚拟化，根据采用的方案不同，RAID、镜像、盘到盘的复制以及基于时间的快照都采用了此类虚拟化。通过虚拟化，虚拟磁带库、虚拟光盘库等都得以在存储子系统中加以实现。与带内方式的存储虚拟化相似。典型实现：HDSUSP和IBMStorwizev7000。

优势：在存储子系统上的虚拟可以将存储和主机独立起来，不会过多地占用主机的资源，可以使主机将其资源有效地运用在应用服务上。

缺点：对其后台所使用的具体硬件兼容性要求很高，在存储设备升级和扩容过程中需要受到某些限制。资源服务层—存储虚拟化技术2021/2/755资源服务层—存储虚拟化技术总结存储虚拟化磁盘虚拟化块虚拟化磁带、磁带驱动器、磁带库虚拟化文件系统虚拟化文件/记录虚拟化基于主机的虚拟化基于网络的虚拟化基于存储控制器的存储虚拟化带内虚拟化带外虚拟化实现结果实现位置实现方式2021/2/756网络设备虚拟化：

一种是可将一台物理网络设备虚拟成多个虚拟网络设备，并且分别为各虚拟网络设备配置独立的吞吐带宽、通信端口、内存、存储空间以及管理权限。增加了网络设备的利用率，节省了硬件成本及能耗；典型实现：思科Nexus系列交换机（支持VDC技术）另一种是指可以将多台物理网络设备集合为一台虚拟网络设备，由其中一台网络设备对所有虚拟出的网络设备进行统一的维护和管理，提高了可管理性和维护效率，并且在虚拟网络设备包含的物理网络设备之间去除了生成树协议并支持多路径负载均衡机制。典型实现：思科Nexus系列交换机（支持Fabric扩展技术）、博科VDX系列交换机（支持虚拟集群交换技术（VCS））网络转发资源的虚拟化（异构网络的融合）：通过单一的、高可靠的万兆以太网（或更高速率）来统一承载数据和存储等流量，融合多种不同类型的业务流量。为了实现这种融合，可以同时区分以太网流量和存储流量并且采用不同的处理方式来处理这两种流量。这种融合可使数据中心网络高度统一化、核心化。典型实现：思科的Nexus系列交换机和博科的VDX系列资源服务层—网络虚拟化技术2021/2/757管理平台和服务界面管理平台层

对虚拟资源的统一管理，为业务系统提供开放、集成的服务，为管理者提供易管理和推广的资源分配管理途径。现有的管理平台工具，基本都能实现跨平台。但根据用户的云平台管理需求，可对工具进行定制性开发。典型实现：IBMSystemsDirector、DELLAIM、VMwarevCenter和MicrosoftsystemCenter。服务界面层

与业务关联合作，根据业务需求进行相应的开发，虚拟资源通过web门户和编程接口，以自动化目录形式向用户提供虚拟化服务。2021/2/758云安全层在此层，国际上有相应的标准可以应用——CSA，对云服务的主要安全关注点分为治理和运行2个领域，共涉及12个具体的关键域。对于层中的安全监控等有成熟工具的需要向管理平台提供接口，其他无工具的安全管理点需要定制开发。运行维护层云计算平台建成后必须建立相应的运行维护团队，并配备相应的专业人员并制定相关的业务流程，才能保证云计算平台的有效运行。业务流程涉及云资源池内各种系统资源的流程化管理。在云资源管理中，主要包括了服务器和虚拟机、存储资源、以及网络资源的使用和监控过程的流程化管理。建立流程化的管理，不仅提供用户和管理人员的便捷而直观的操作方式、实现自动化过程和自助化服务模式，而且也确保了系统使用的分规范性。通过对业务流程的管理，用户和相关的管理人员根据相应权限可以实现对各类资源的申请、使用、查询和销毁等操作。云资源池管理的关键业务流程，涉及了各种资源、服务的全生命周期，可以概括为：资源申请，资源使用，资源查询，资源告警，资源回收云安全和运行维护2021/2/759

云计算标准化是云计算推广和应用的前提，也是云计算的终极目标。目前国内外有不少组织已经开始探讨云计算标准化的问题，希望在未来的云计算核心技术发展中获得一定的话语权。云计算标准化包含的内容非常广泛，比如软件开发的标准化、网格计算的标准化、资源管理接口的标准化等。

资源层虚拟和操作系统层硬件平台存储平台平台层数据挖掘信息搜索并行计算海量存储任务调度计费支付用户状态通信位置内容分发应用软件层应用代码定制代码第三方软件SaaSPaaSIaaSHA开放API云应用云平台运营管理故障管理计费管理性能管理配置管理安全管理网络平台