第9章.如影随形-云计算

第9章如影随形—云计算CONTENTS目录9.1云计算的概念与特征9.2云计算的关键技术9.3云计算技术的应用初识云计算9.19.1.1云计算产生的背景1．经济方面（1）全球经济一体化后危机时代加快了全球经济一体化的发展速度。实践证明，国家和地区的区位优势和比较优势可以促使全球合作寻租的兴起，从而更好地实现优势互补。另外，基于成本考虑，价值链上的协作者会自发整合相关资源；基于效率考虑，协同效应需要弹性的业务流程支持，对成本和效率的需求进一步催化了云计算的发展。（2）日益复杂的世界和不可确定性在复杂的世界面前，不确定因素在更快、更多地涌现，计划跟不上变化，任何一台精于预测的计算机也无法准确预测未来。（3）需求是云计算发展的动力IT设施要成为社会基础设施，现在面临高成本的瓶颈。这些成本至少包括人力成本、资金成本、时间成本、使用成本、环境成本等。云计算带来的益处是显而易见的：用户不需要专门的IT团队，也不需要购买、维护、安放有形的IT产品，可以低成本、高效率、随时按需服务；云计算服务提供商可以极大提高资源（硬件、软件、空间、人力、能源等）的利用率和业务响应速度，有效聚合产业链。2．社会方面（1）数字一代的崛起未来的世界在网上，世界的未来在云中。截至2022年6月，中国网民规模为10.51亿人，较2021年12月新增网民1919万人，互联网普及率达74.4%。网民人均每周上网时长为29.5h，使用手机上网的比例达99.6%。中国拥有超大规模的社会化媒体内容的贡献者，他们使用博客、微博、社区、视频和图片分享等形式，更依赖于在线交流。云计算为数字一代消费者提供了良好的服务。（2）消费行为的改变“互联网+”已成为“云时代”天空下璀璨的一颗星。对消费市场参与者而言，基于互联网平台，利用信息通信技术，把互联网和包括传统行业在内的各行各业结合起来，在新的领域创造一种新的生态，就成为一种必然选择。3．技术方面（1）技术成熟技术是云计算发展的基础。首先是云计算自身核心技术的发展，主要包括硬件技术、虚拟化（计算虚拟化、网络虚拟化、存储虚拟化、桌面虚拟化、应用虚拟化）技术、海量存储技术、分布式并行计算技术、多租户架构技术、自动管理与部署技术等；其次是云计算赖以存在的移动互联网技术的发展，主要包括高速大容量网络、无处不在的接入、灵活多样的终端、集约化的数据中心、万维网（WorldWideWeb，Web）技术等。（2）企业IT的成熟和计算能力过剩需求的波动性使得按峰值设计建设的IT资源中存在大量的闲置资源。企业内部的资源平衡带来私有云需求，外部的资源协作促进公有云的发展。商业模式是云计算的内在要求，是用户需求的外在体现，而且云计算为这种特定商业模式提供了现实可能性。从商业模式看，云计算的主要特征是以网络为中心、以服务为产品、按需使用和付费，这些特征对传统的用户自建基础设施、购买有形产品或介质、一次性买断模式等是一个颠覆性的革命。9.1.2云计算的演进历程电厂模式网格计算模式云计算模式效用计算模式1．电厂模式阶段有人说电厂模式就好比利用电厂的规模效应来降低电价，并让用户使用方便，且无须维护和购买任何发电设备，这个比喻很好。云计算就是这样一种规模计算模式，通过将大量的分散资源集中起来，进行规模化管理，从而降低成本，方便用户使用。2．效用计算模式阶段在1960年左右，当时计算设备的价格是非常高昂的，远非普通企业、学校和机构所能承担，所以很多人产生了共享计算资源的想法。1961年，麦肯锡在一次会议上提出了“效用计算”的概念，其核心借鉴了电厂模式，具体目标是整合分散在各地的服务器、存储系统以及应用程序来共享给多个用户，让用户能够非常方便地使用计算资源，并且根据用量来付费。3．网格计算模式阶段网格计算是一种跨地区，甚至跨国家、跨洲的独立管理的资源结合。该模式对资源进行独立管理，而不是统一布置、统一安排。网格资源是异构的，不强调统一的安排。另外网格的使用通常让分散的用户构成虚拟组织，在这样一种统一的网格基础平台上用虚拟组织形态从不同的自治域访问资源。4．云计算模式阶段云计算的核心与效用计算和网格计算的核心非常类似，也是希望IT技术能像使用电力那样方便，并且成本低廉。但与效用计算和网络计算不同的是，云计算在需求方面已经有了一定的规模，同时在技术方面基本成熟。云计算的概念与特征9.29.2.1云计算的概念9.2.2云计算的特征按需服务云计算的特征资源池广泛的网络访问快速弹性使用可度量的服务高可靠性1.按需服务

用户可以根据自身实际需求扩展和使用云计算资源，云计算具有快速提供资源和服务的能力。服务商能通过网络方便地进行计算能力的申请、配置和调用，可以及时进行资源的分配和回收。2.广泛的网络访问

通过互联网提供自助服务，使用者不需要部署相关的硬件设施和应用软件，也不需要了解所使用资源的物理位置和配置等信息，可以直接通过互联网进行透明访问，来获取云中的计算资源。3.资源池汇集分配4.快速弹性使用

服务商的计算能力根据用户需求变化，能够快速而有弹性地实现资源供应，快速部署资源或获得服务。云计算平台可以按照客户需求快速部署和提供资源。通常情况下资源和服务是无限的，可以随时随地无限量购买。云计算业务使用则按资源的使用量计费。5.可度量的服务检测控制管理

云服务系统可以根据服务类型提供相应的计量方式，云计算控制系统通过一些适当的抽象服务计量能力来提高资源利用率，还可以检测、控制和管理资源使用过程。同时，在供应者和消费者之间提供透明服务。6.高可靠性通过虚拟化技术将分布在不同物理服务器上的应用进行恢复或利用动态扩展功能部署到新的服务器上进行计算数据多副本容错计算节点同构可互换9.2.3云计算的分类1．按服务类型分类云计算按服务类型可以分为三大类，分别是IaaS、PaaS、SaaS（1）基础设施即服务（InfrastructureasaService，IaaS）提供

IT基础设施，例如服务器、虚拟机、存储、网络、系统等。IaaS把计算、存储、网络以及搭建应用环境所需的一些工具当成服务提供给用户，使得用户能够按需获取IT基础设施。（2）平台即服务（PlatformasaService，PaaS）提供开发、测试、交付和管理软件应用程序所需的环境，无须考虑对基础结构进行设置或管理。PaaS是一种分布式平台服务，为用户提供一个包括应用设计、应用开发、应用测试及应用托管在内的完整计算平台，如图9.8所示。PaaS的核心技术主要有：描述性状态迁移（RepresentationalStateTransfer，REST）技术、多租户技术、并行计算技术、应用服务器技术、分布式缓存技术等。PaaS的主要用户是开发人员。PaaS平台的种类目前较少，比较著名的有：F、GoogleAppEngine、WindowsAzure、CloudFoundry。（3）SaaS向用户提供软件应用复合和用户交互接口等服务，以订阅为基础按需提供。SaaS云服务提供商负责维护和管理云中的软件以及支撑软件运行的硬件设施，同时免费为用户提供服务或者以按需使用的方式向用户收费，如图9.9所示。SaaS核心技术主要有：虚拟化技术、分布式存储技术、高速网络技术、超大规模资源管理技术、云服务计费技术等。SaaS就是软件服务提供商为满足用户的需求而提供的软件计算能力，用户无须安装、升级和防病毒等，并且免去了初期的软硬件支出。2．按部署类型分类云计算按部署类型主要分为公有云、私有云、混合云、社区云（1）公有云公有云通常指第三方提供商为用户提供的云，如图9.11所示。公有云一般可通过互联网使用，通常是免费或成本低廉的。这种云有许多实例，可在整个开放的公有网络中提供服务。公有云服务于普通大众，优点是：使用方便，除通过网络提供服务外，还可以通过其他方式提供服务；成本低廉，客户只需为他们使用的资源支付费用；无须担心安装和维护问题，服务商可以访问所提供的云计算基础设施。（2）私有云

私有云是为一个客户单独使用而构建的，因而提供对数据、安全性和服务质量的有效控制。私有云公司拥有基础设施，并可以控制在此基础设施上部署应用程序。私有云可部署在企业数据中心的防火墙内，也可以将它们部署在一个安全的主机托管场所。私有云的核心属性是专有资源。私有云中的数据较安全，服务稳定，可以充分利用现有的硬件和软件资源。（3）混合云混合云融合了公有云和私有云，是近年来云计算的主要模式和发展方向。我们已经知道私有云主要面向企业用户，出于安全考虑，企业更愿意将数据存放在私有云中，但是同时又希望可以获得公有云的计算资源。在这种情况下混合云得到越来越多的使用，它将公有云和私有云进行混合和匹配，以获得最佳的效果。这种个性化的解决方案，达到了既低廉又安全的目的。（4）社区云社区云是由几个组织共享的云端基础设施，支持特定的社群，有共同的关切事项，例如使命任务、安全需求、策略与法规遵循考量等。管理者可能是组织本身或第三方；管理位置可能在组织内部，也可能在组织外部。公有云、私有云和混合云对比：云计算的关键技术9.3云计算怎么实现的？9.3.1虚拟化技术云计算组织和管理了大量的IT资源，按需服务，弹性资源池离不开云背后的虚拟化技术。虚拟化技术云计算能运行各种服务应用虚拟技术容器提供了一种简单的轻量级隔离方法使得不同的服务应用在云上运行相互不影响大大减小管理复杂度和运行压力提升灵活性1．CPU虚拟化CPU虚拟化指的是将单个CPU虚拟成多个CPU进行使用，可以解决一部分兼容问题，提升软件运行效率，充分利用计算机的资源。2．内存虚拟化

通过虚拟化技术对内存进行虚拟化，一方面可以使得进程拥有“更多的内存”，另一方面让多个虚拟机能同时利用同一块内存，内存的使用从0开始，并保持连续。3．网络I/O虚拟化网络输入输出（Input/Output，I/O）虚拟化是一种新型的虚拟化技术，源自对物理连接或物理传输上层协议的抽象，让物理服务器和虚拟机可以共享I/O资源。这种虚拟化技术大多应用在本地主机服务器连接到机器顶端单元的场景中，这个单元承载着各种网络、存储和图形适配器，它们构成了I/O连接资源的动态池。4．网络虚拟化技术网络虚拟化又称为网络功能虚拟化（NetworkFunctionVirtualization，NFV），是将以前基于硬件的网络转变为基于软件的网络。具体来说，它是一个在物理网络上模拟出多个逻辑网络的过程。这种技术允许独立于硬件来交付网络功能、硬件资源和软件资源，即虚拟网络它可以用来合并许多物理网络，或者将一个这样的网络进一步细分，又或者将虚拟机（VM）连接起来。其优势是提升硬件的利用率，加快新产品和新业务的推广效率，简化网络管理和提升网络安全性9.3.2分布式存储技术1．传统数据存储传统数据存储集中存储数据，其使得数据存储出现系统性能、可靠性的瓶颈问题，导致读写计算性能不足，扩展性差，数据规模较大时无法满足存储需求。2．分布式数据存储分布式数据存储运行在多个节点上，自动整合集群内所有的存储资源，并通过虚拟化对外提供文件访问服务，具有更好的扩展性与更大的容量，更符合大规模数据对计算机系统性能的要求。9.3.3云管理平台9.3.4云安全云安全：9.3.5自动化部署技术自动化部署技术

部署就是指完成软件开发后，通过一些配置使得开发的软件能够在目标环境中运行。在此过程中，源代码会转变为在目标环境中可运行的软件包。自动化部署指部署过程中的操作全部自动化，无须人工参与。在大型项目的部署上应用自动化部署技术可以大大提升效率。目前，已经有一些工具可以帮助我们实现这些操作，如Jenkins、GitLabCI/CD、GitHubActions等。云计算的应用9.41.云物联可穿戴设备智能家居车联网工业互联网生态环境监管设备2.