第2章 云计算基础

第2章云计算基础本章主要介绍关于云计算的各种基础知识，包括分布式计算、云计算的基本概念、实现云计算的几种关键技术以及云交付和部署模式，同时介绍云计算有哪些优势以及面临的挑战以及几种典型的云应用。通过本章的学习，应能够对云计算有一个基本的认识。第1节分布式计算分布式计算将应用分解成许多更小的部分，分配到多台计算机进行处理，这样可以节省整体计算时间，大大提高计算效率。云计算是分布式计算技术的一种，也是分布式计算这种科学概念的商业实现。分布式计算的优点就是发挥“集体的力量”。分布式计算的一种应用是

WebService：分布式计算应用P2P用户下载的文件不是集中存放到某个中心，而是分别存储在网络中不同节点，当用户有下载需求时，可以从网络上的节点中获取相应资源碎片，并形成下载文件。比如用迅雷下载文件的方式就是采用P2P方式。CDN将视频网站中的内容分布存储在就近的服务器上，从而形成分布式网络区块链将账目信息记录在不同的节点，当交易方式时，更新网路上所有账目副本；应用架构中的分布式计算架构多应用于微服务。第2节

云计算的基本概念云计算的“云”就是存在于互联网上的服务器集群上的软件和硬件资源。云计算是一种商业计算模型，它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使用户能够按需获取计算力、存储空间和信息服务。云计算的工作机制本地计算机通过互联网发送需求信息远端计算机为用户提供需要的资源并将结果返回给本地计算机这样，本地计算机几乎不需要做什么，所有的处理都在云计算提供商所提供的计算机群来完成。云计算的组成部分

云计算的组成可以分为六个部分，它们由下至上分别是：

基础设施（Infrastructure）

存储（Storage）

平台（Platform）

应用（Application）

服务（Services）

客户端（Clients）基础设施云基础设施，即IaaS（InfrastructureasaService），是经过虚拟化后的硬件资源和相关管理功能的集合，对内通过虚拟化技术对物理资源进行抽象，对外提供动态、灵活的资源服务。Sun的Sun网格（SunGird）Amazon的弹性计算云（ElasticComputerCloud,EC2）存储云存储涉及提供数据存储作为一项服务，包括类似数据库的服务，通常以使用的存储量为结算基础。全球网络存储工业协会（SNIA）为云存储建立了相应标准。它既可交付作为云计算服务，又可以交付给单纯的数据存储服务谷歌应用程序引擎的BigTable数据存储Amazon的简单存储服务（SimpleStorageService,S3）平台云平台，即PaaS（PlatformasaService），直接提供计算平台和解决方案作为服务，以方便应用程序部署，从而节省购买和管理底层硬件和软件的成本。谷歌应用程序引擎(GoogleAppEngine)，这种服务让开发人员可以编译基于Python的应用程序，并可免费使用谷歌的基础设施来进行托管。应用云应用利用云软件架构，往往不再需要用户在自己的电脑上安装和运行该应用程序，从而减轻软件维护、操作和售后支持的负担。Facebook的网络应用程序谷歌的企业应用套件(GoogleApps)服务云服务是指包括产品、服务和解决方案都实时地在互联网上进行交付和使用。这些服务可能通过访问其他云计算的部件，比如软件，直接和最终用户通信。Amazon简单排列服务(SimpleQueuingService)谷歌的企业应用套件(GoogleApps)贝宝在线支付系统(PayPal)谷歌地图(GoogleMaps)客户端云客户端包括专为提供云服务的计算机硬件和电脑软件终端。iPhoneGoogleChrome第3节

其他技术与云计算的区别与联系云计算解决人和物以及人和IT资源的问题。用户的所有需求都可以以服务的形式进行封装，当用户申请一个服务时，云平台自动的将服务请求转换为技术请求，在云平台的数据中心中处理该服务器请求，并将结果返回给用户。区块链、大数据、微服务、人工智能，容器这些概念大多是对传统架构的升级和发展，不是解决人和服务或者人和物品的。这些新的技术包括所运用的分布式技术，都是需要创建多个计算或存储节点来实现的，而大批量的创建和弹性伸缩这些节点，往往云计算的弹性服务提供了便利的部署和使用。云存储是分布式计算最典型的一个场景，也是和云计算联系最紧密的一种技术形态，云存储和云计算有着天然的结合。第4节

云计算的关键技术1、分布式海量数据存储

以移动通信运营商为例，随着移动业务和用户规模的不断扩大，每天都产生海量的业务、计费以及网管数据，然而庞大的数据量使得传统的数据库存储已经无法满足存储和分析需求。主要的问题有：数据库容量有限并行取数困难JDBC访问效率太低数据库并发访问数太多理想的解决方案是把大数据存储到分布式文件系统中。云计算系统中广泛使用的数据存储系统是GFS和HDFS。云盘是基于对象存储技术dui'xiang'cun'chu实现的对象存储的主要特点所有的存储对象都有自身的元数据和一个URL，这些对象在尽可能唯一的区域复制3次，而这些区域可被定义为一组驱动器，一个节点，一个机架等开发者通过一个RESTfulHTTPAPI与对象存储系统相互作用对象数据可以放置在集群的任何地方在不影响性能的情况下，集群通过增加外部节点进行扩展。这是相对全面升级，性价比更高的近线存储扩展数据无需迁移到一个全新的存储系统集群可无宕机增加新的节点故障节点和磁盘可无宕机调换在标准硬件上运行，普通的x86服务器即可以接入2、虚拟化技术

虚拟化技术是云计算系统的核心组成部分之一，是将各种计算及存储资源充分整合和高效利用的关键技术。它有以下特点：

资源分享通过虚拟机封装用户各自的运行环境，有效实现多用户分享数据中心资源

资源定制用户利用虚拟化技术，配置私有的服务器，指定所需的CPU数目、内存容量、磁盘空间，实现资源的按需分配细粒度资源管理将物理服务器拆分成若干虚拟机，可以提高服务器的资源利用率，减少浪费，而且有助于服务器的负载均衡和节能基于以上特点，虚拟化技术成为实现云计算资源池化和按需服务的基础。3、云管理平台技术

云平台技术能够使大量的服务器协同工作，方便地进行业务部署，快速发现和恢复系统故障，通过自动化、智能化的手段实现大规模系统的可靠运营。云计算平台的主要特点是用户不必关心云平台底层的实现。云平台所服务的对象除个人外，大部分都是企业级用户4、并行编程技术

数据并行模型的编程级别比较高，编程相对简单，但它仅适用于数据并行问题

消息传递编程模型的编程级别相对较低，但消息传递编程模型可以有更广泛的应用范围消息传递的基本通信模式是简单和清楚的，学习和掌握这些部分并不困难。因此目前大量的并行程序设计仍然是消息传递并行编程模式。5、数据管理技术

高效地管理大数据集

在规模巨大的数据中找到特定的数据Google的BigTable数据管理技术：BigTable技术是建立在GFS和MapReduce之上的一个大型的分布式数据库，BigTable实际上是一个很庞大的表，它的规模可以超过1PB（1024TB），它将所有数据都作为对象来处理，形成一个巨大的表格。基于BigTable模型实现的HadoopHbase在越来越多的应用中发挥作用。第5节

云交付模型

软件即服务（SaaS）

平台即服务（PaaS）

基础设施即服务（IaaS）

容器即服务（CaaS）1、软件即服务（SaaS）SaaS是SoftwareasaService（软件即服务）的简称，它是一种通过Internet提供软件的模式，用户无需购买软件，而是向提供商租用基于Web的软件。

随时随地访问

支持公开协议

安全保障

多用户机制

SaaS应用包括Citrix公司的GoToMeeting、Cisco公司的WebEx等等。2、平台即服务（PaaS）PaaS（PlatformasaService）：是将服务器平台或者开发环境作为服务进行提供。开发简单、部署简单、维护简单。

有好的开发环境

丰富的服务

自动的资源调度

精细的管理和监控

PaaS应用包括GoogleAppEngine、MicrosoftAzure、F、Heroku、EngineYard等等。3、基础设施即服务（IaaS）IaaS(InfrastructureasaService)：服务提供商将多台服务器组成的“云端”服务（包括内存、I/O设备、存储和计算能力等等）作为计量服务提供给用户，主要功能如下：

资源抽象使用资源抽象的方法，能更好地调度和管理物理资源。

负载管理通过负载管理，使部署在基础设施上的应用能更好地应对突发情况，并更好地利用系统资源

数据管理数据的完整性、可靠性和可管理性是云计算对Iaas的基本要求

资源部署将整个资源从创建到使用的流程自动化

安全管理保证基础设施和其提供资源被合法地访问和使用

计费管理通过细致的计费管理能使用户更灵活地使用资源4、基本云交付模型的比较云交付模型服务对象使用方式关键技术用户的控制等级系统实例IaaS需要硬件资源的用户使用者上传数据、程序代码、环境配置虚拟化技术、分布式海量数据存储等使用和配置AmazonEC2、Eucalyptus等PaaS程序开发者使用者上传数据、程序代码云平台技术、数据管理技术等有限的管理GoogleAppEngine、MicrosoftAzure、Hadoop等SaaS企业和需要软件应用的用户使用者上传数据Web服务技术、互联网应用开发技术等完全的管理GoogleApps、SalesforceCRM等第6节

云部署模式

公有云

私有云

混合云

1、公有云公有云是指为外部客户提供服务的云，它所有的服务是供别人使用，而不是自己用。

应用程序、资源、存储和其他服务，都由云服务供应商来提供给用户，这些服务多半都是免费的，也有部分按需按使用量来付费，这种模式只能使用互联网来访问和使用。存在的问题

安全性可用性2、私有云私有云指企业自己使用的云，它所有的服务不是供别人使用，而是供自己内部人员或分支机构使用。私有云的部署比较适合于有众多分支机构的大型企业或政府部门。随着这些大型企业数据中心的集中化，私有云将会成为他们部署IT系统的主流模式。优点安全性、可用性相比公有云好一些缺点成本较大。3、混合云混合云，是指供自己和客户共同使用的云，它所提供的服务既可以供别人使用，也可以供自己使用。混合云是两种或两种以上的云计算模式的混合体，如公有云和私有云混合。相比较而言，混合云的部署方式对提供者的要求较高。第7节

云计算的优势与挑战

云计算的优势

超大规模

虚拟化

高可靠性

通用性

高可扩展性

按需服务

便利性

云计算面临的挑战服务的持续可用性

服务的安全性

服务的迁移

服务的性能第8节

典型云应用

云应用是直接面对客户解决实际问题的产品，遍及各个方面。1、云存储云存储是是一种新兴的网络存储技术，是指通过集群应用、网络技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统.

2、云服务云服务主要以邮箱为账号，实现用户登陆账号后，内容在线同步的作用。

典型的云服务包括了微软“Hotmail”、谷歌“gmail”、苹果“iCloud”等。3、云物联

物联网就是物物相连的互联网，物联网有两种业务模式：（1）MAI(M2MApplicationIntegration)和内部MaaS;（2）MaaS(M2MasaService)、MMO和Multi-Tenants(多租户模型)。

随着物联网业务量的增加，对数据存储和计算量的需求将带来对“云计算”能力的要求。随着物联网业务量的增加，对数据存储和计算量的需求将带来对“云计算”能力的要求。云计算从计算中心到数据中心在物联网的初级阶段，PoP（PointOfPresence，