新一代信息技术教案 第3章 探究云计算

教案首页课题名称第3章探究云计算（1）——3.1~3.3课次6授课类型理论□实践□理实一体□其他学时2授课日期授课班级授课地点教学目的与要求知识目标：1.了解云计算的发展历史；2.了解云计算的基本概念与分类;3.了解的云计算的搭建方法。能力目标：能够清晰云计算的基本概念与分类；能简单描述云计算的发展历史。素质目标：1.了解伦理道德准则，规范日常信息行为；2.了解相关法律法规并自觉遵守；3.具备信息安全意识和相关防护能力。课程思政目标：增强民族自豪感，学习大国工匠精神，树立科技报国思想。教学重点云计算的基本概念与分类教学难点云计算的搭建方法教学方法与手段教学方法：课件讲解、举例说明、对比分析、启发引导学生学法：预习—听讲---讨论---复习—自学扩展设计意图：激发学生学习兴趣、提高课堂学习效率教学资源：课件、视频资料课程思政要素要点通过对云计算的发展历史中阿里云的发展介绍，和我国云计算技术的发展情况介绍，增强学生的民族自豪感，树立学生科技报国志向。课外作业查阅云计算相关资料教学反思云计算的搭建方法学生较难理解，尽量用浅显易懂的实例说明。教案纸第3章探究云计算（1）——3.1-3.3一、整体设计1.复习引入（10分钟）2.新知识讲解（80分钟）3.1走进云时代3.2云从哪里来3.3如何搭建“云”3.总结与布置作业（10分钟）二、复习引入1.上节课内容回顾：（1）人工智能技术在行业中的应用（2）人工智能的发展趋势2.新课引入：云，大家再熟悉不过，“云”和“计算”、“存储”、“搜索”、“查杀”等联系在一起时，你的生活就会被“云”改变，本节我们先了解云计算的发展与兴起。三、新知识讲解3.1走进云时代3.1.1关于云计算云计算与我们的生活越来越近，在大家熟知的电影《阿凡达》中，我们看到了逼真的飞流瀑布、漂浮云中的山峦、渐渐发光的森林……这些3D画面让人仿佛身临其境，在电影《阿凡达》中，有很多同云计算技术相关的地方，我们从云计算的角度来解读一二。片中曾说，在整个潘多拉星球中，每棵树都像是大脑中的神经元，彼此之间互相联系，从而形成一个很大的网络。每个纳美人都可以通过自己的神经末梢上传或下载相关的数据与信息。每一个纳美人都可以通过辫子上的神经末梢同各种野兽以及大树之间进行交互，这种交互形式简洁、高效且接口统一，十分便于用户进行访问。云计算技术正是将很多服务器与存储资源通过网络相互联系在一起，向用户提供相应的计算能力与存储能力，云计算的用户可以方便地屏蔽底层的编程接口，提高效率。同时，统一的接口也增强了可用性。云计算是一种通过Internet以服务的方式提供动态可伸缩的虚拟化资源的计算模式，使人们像用电一样享用信息的应用和服务。换个角度来说说“云计算”：【1】水龙头观点论：当需要的时候，你别管水是怎么来的，电是怎么发的，扭开水龙头用水，插上插头用电，只需要记住按时缴水电费就是了！云计算，像在每个不同地区开设的自来水公司、电力公司，云计算服务商，专门向世界每个角落提供软件服务！【2】共享单车观点论：出行需要用车，云计算或者云服务好提供出租车、专车、共享单车的服务机构，你可以随时按需使用他们的交通工具，只要按约定（如路程、时间等）付费即可。3.1.2“风起云涌”——云计算的诞生上世纪60年代，斯坦福大学的科学家JohnMcCarthy约翰·麦卡锡就表示，“计算机可能变成一种公共资源。”1966年，DouglasParkhill将计算资源类比为电力公司，并提出了私有资源、公有资源、社区资源等概念，类似于云计算特性。ARPAN负责人J.C.R.Licklider提出“从任意地点通过网络访问计算机程序”的设想。云计算是怎样发展起来的呢？任何一次技术创新的规模化发展都是漫长的，事实上在上个世纪70年代就有了云计算的雏形，但直到2007年左右才开始兴盛。1963年，美国国防高级研究计划局向麻省理工学院提供了约200万美元的津贴，启动了著名的MAC项目，要求麻省理工开发“多人可同时使用的电脑系统”技术。当时麻省理工就构想了“计算机公共事业”，即让计算成为像电力一样供应。这个项目就是“云”和“虚拟化”技术的雏形。1997年，RamnathChellappa教授在他的一次演讲中第一次提出了“CloudComputing（云计算）”这个词，他指出“计算资源的边界不再由技术决定，而是由经济需求来决定”——自然会有一种方式让你能够远程登录计算机。RamnathChellappa教授的理论重现了20世纪60年代科学家的思想，并找到了现实中的模型。1999年，一家对后世产生深远影响的公司成立了，它的名字是S。S是现在公认的云计算先驱，它由几个前Oracle高管成立，主要向企业客户销售基于云的SaaS（SoftwareasaService—软件即服务，云计算的一种服务类型），主要产品：CRM——客户关系管理系统。3.1.3云计算的兴起与发展时间进入21世纪的第一个十年，接棒S公司，将云计算推向下一个高峰的是在线零售商Amazon。Amazon发布的第一个云计算服务是AWS（AmazonWebService—亚马逊网络服务）。继AmazonAWS之后，类似的云计算产品开始层出不穷的冒出来。短短几年内，Amazon就不再是市场唯一的IaaS提供商，Microsoft等巨头纷纷涌进这个领域。除了数量的增长，云计算类型也变得日益丰富，S和AmazonAWS分别代表了SaaS和IaaS两种云计算服务，除此之外的第三种服务PaaS也快速发展起来。2009年,Google开始对外提供GoogleAppEngine服务，GoogleAppEngine是一个PaaS服务，它搭建了一个完整的Web开发环境，用户可以在浏览器里面开发和调试自己的代码，然后直接部署到Google的云平台上，并对外发布服务。3.1.4谁在云端微软、谷歌和亚马逊公司（以下简称亚马逊）是全球最大的三家云供应商，是云计算的第一梯队。第二梯队有：IBM、VMware公司（以下简称VMware)和美国电话电报公司（以下简称AT&T)。截至

2018

年年底，亚马逊云(AWS)、微软云、谷歌云、阿里云和

IBM

云这五大云服务商控制着公有云全球市场近

3/4的份额，其中亚马逊云占据47.9%的市场份额。阿里云实属后起之秀，2018年占据7.7%的市场份额，根据财报显示，阿里云当季收入为人民币

56.67

亿元(约合8.3

亿美元)，较上一年同期增长90%；2019年阿里云市场份额增长到

9.1%。目前云计算呈现出一种一家独大、多家追随、遍地开花的局面。国内的云服务商也都纷纷发力，出现了阿里巴巴，华为，腾讯等企业，云服务呈现了你追我赶的全面竞争趋势。3.2云从哪里来“云计算的本质是一种服务模型，通过这种模型可以随时、随地、按需地通过网络访问共享资源池的资源，这个资源池的内容包括计算资源、网络资源、存储资源等、这些资源能够被动态地分配和调整，在不同用户之间灵活地划分。”3.2.1从资源池化说起以往企业做IT建设好比是“烟囱式”的建设，今天要建设一个业务应用，就买一套设备，一个应用就是一根烟囱，互相之间不连通，资源无法根据业务的变化实现动态调整，利用率很低。云计算则打破烟囱，改成“池子”的方式，把所有计算的资源整合成计算资源池，所有存储的资源整合成存储资源池。全部IT资源都变成一个个池子。3.2.2虚拟化技术虚拟化是云计算的基础。简单来说，虚拟化就是在一台物理服务器上，运行多台“虚拟服务器”。这种虚拟服务器，也叫虚拟机（VM，VirtualMachine）。从表面来看，这些虚拟机都是独立的服务器，但实际上，它们共享物理服务器的CPU、内存、硬件、网卡等资源。3.2.3触手可及的宽带网络3.2.4云计算的现状目前市场上存在的各种云服务可以从“谁在使用服务”和“提供了什么服务”这两个角度进行分类。从“谁在使用服务”角度进行分类，云计算主要分为4种类型：私有云、公共云、社区云、混合云。“私有云”是某个企业专用的云环境，仅限于该企业内部的用户使用。“公有云”可以由多个企业的用户共享。“社区云”是面向一群有共同目标、利益的用户群体提供服务的云计算类型。“混合云“顾名思义就是两种或两种以上云计算的综合，混合云可以是公有云与私有云的混合，也可以是私有云与社区云的混合。从“谁提供了什么服务”这个角度进行分类，云计算服务主要有3种：基础架构即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）。SaaS云服务将面向企业的CRM应用程序，以及面向个人的邮件服务等最终用户可直接使用的应用程序环境作为云上的服务提供给用户。PaaS云服务将应用程序的开发环境、运行环境作为云上的服务提供给用户。IaaS云服务将服务器、网络和存储等IT基础设施的组件作为服务提供给用户,并为服务的用户分别准备专属的租户环境。3.3如何搭建“云”3.3.1云计算的体系结构云计算平台是一个强大的“云”网络，连接了大量并发的网络计算和服务，可利用虚拟化技术扩展每一个服务器的能力，将各自的资源通过云计算平台结合起来，提供超级计算和存储能力。通过云计算体系结构如图所示。3.3.2云计算技术层次服务接口(服务注册、服务查找、服务访问)：用户端与云端交互操作的入口服务管理中间件(用户管理、资源管理、安全管理、映像管理)：云计算体现结构中的管理系统，统一管理网络资源。虚拟化资源(计算资源池、网络资源池、存储资源池、数据库资源池）：通过软件技术来实现相关的虚拟化功能，包括虚拟环境、虚拟体现和虚拟平台。物理资源(服务器集群、网络设备、存储设备、数据库)：可以是价格低廉的PC，也可以是价格昂贵的服务器和磁盘阵列等设备。3.3.3典型的云计算平台云计算的研究吸引了不同技术领域巨头，因此对云计算理论及实现架构也有所不同。云计算先行者Google的云计算平台能实现大规模分布式计算和应用服务程序，平台包括MapReduce分布式处理技术、Hadoop框架、分布式的文件系统GFS、结构化的BigTable存储系统以及Google其他的云计算支撑要素。1.MapReduce分布式处理技术2.Hadoop架构3.Google云计算执行过程1）将要执行的API程序复制到Hadoop框架中的Master和每一台Worker机器中。2）Master选择由哪些Worker机器来执行Map程序与Reduce程序。3）分配所有的数据区执行到Map程序的Worker机器中进行Map（切割成小块数据）。4）将Map后的结果存入Worker机器。5）执行Reduce程序的Worker机器，远程读取每一份Map结果，进行混合、汇整与排序，同时执行Reduce程序。6）将结果输出给用户（开发者）。四、总结及布置作业1.总结本节课我们从云计算的概念、诞生及发展历史入手，学习了云计算的服务类型和搭建方式。2.布置作业：查阅云计算相关资料五、板书设计第3章探究云计算一、走进云时代1.关于云计算2.云计算的诞生3.云计算的发展历史4.谁在云端二、云从哪里来1.资源池化2.