云計算基礎(chǔ)培訓

云計算基礎(chǔ)培訓DICT系統(tǒng)集成中心2020年10月目錄

云計算定義云計算核心技術(shù)一二云計算趨勢三云計算的概念云計算是一種“按需購買，按量付費”的服務(wù)模式。這種模式能夠提供便捷的、按需的網(wǎng)絡(luò)訪問，可配置的計算資源，這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務(wù)供應(yīng)商進行很少的交互。

--美國國家標準與技術(shù)研究院（NIST）企業(yè)B企業(yè)A企業(yè)C企業(yè)A企業(yè)B企業(yè)C通信網(wǎng)絡(luò)云平臺服務(wù)商IT資源的集中和共享資源到架構(gòu)的全面彈性廣泛網(wǎng)絡(luò)連入按需自助服務(wù)快速彈性伸縮 計量付費服務(wù)資源池化共享基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS) 平臺即服務(wù)(PaaS) 軟件即服務(wù)(SaaS)基本特征服務(wù)部署方式公有云私有云混合云行業(yè)云云計算的歷史（1）基于虛擬機的云計算（2006-今）云計算概念最早起源于產(chǎn)業(yè)界內(nèi)的大型IT企業(yè)。2006年Amazon最早推出了云計算產(chǎn)品EC2（ElasticComputeCloud）；2007年，IBM、Google將公司內(nèi)部進行的一些分布式計算項目稱為“云計算”，云計算的概念由此在業(yè)界流行開來。此后十余年間，隨著產(chǎn)業(yè)界各企業(yè)的廣泛參與，云計算概念和范圍不斷擴大。云計算的歷史（2）容器興起和編排大戰(zhàn)（2008-2018）2013年Docker發(fā)布，容器逐步替代虛擬機，云計算進入容器時代2017年底，kubernetes贏得容器編排的勝利，云計算進入云原生時代云計算的三大服務(wù)模式IaaS（InfrastructureasaService，基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）：即將計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)施封裝成服務(wù)交付給用戶。PaaS（PlatformasaService，平臺即服務(wù)）：即提供一個創(chuàng)建、托管和部署應(yīng)用程序的環(huán)境，使開發(fā)人員專注于應(yīng)用程序本身。SaaS（SoftwareasaService，軟件即服務(wù)）：即直接將應(yīng)用以云服務(wù)的方式交付給用戶。客戶自己管理云服務(wù)商管理虛擬化數(shù)據(jù)庫中間件應(yīng)用數(shù)據(jù)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心主機托管IaaSPaaS數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器/存儲SaaS虛擬化數(shù)據(jù)庫中間件應(yīng)用數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器/存儲虛擬化/云管平臺數(shù)據(jù)庫中間件應(yīng)用數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器/存儲虛擬化/云管平臺數(shù)據(jù)庫中間件應(yīng)用數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器/存儲虛擬化數(shù)據(jù)庫中間件應(yīng)用數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器/存儲云計算三大部署模式公有云公有云資源（如服務(wù)器和存儲空間）由第三方云服務(wù)提供商擁有和運營，這些資源通過Internet提供。在公有云中，所有硬件、軟件和其他支持性基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)均為云提供商所擁有和管理。如移動云。安全顧慮。許多企業(yè)擔心將重要數(shù)據(jù)托管在公共環(huán)境，有數(shù)據(jù)泄露的風險。性能超賣問題。公有云是面向租戶，絕大多數(shù)存在性能超賣問題，導致租戶性能達不到購買需求。缺點方便。云計算對用戶端的設(shè)備要求低，使用起來也最方便。易擴展。為存儲和管理數(shù)據(jù)提供了幾乎無限多的空間。優(yōu)點云計算三大部署模式私有云私有云由專供一個企業(yè)使用的云計算資源構(gòu)成。服務(wù)和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)始終在私有網(wǎng)絡(luò)上進行維護，硬件和軟件專供企業(yè)使用。這樣，私有云可使企業(yè)更加方便地自定義資源，從而滿足特定的IT需求。如山東黃金云。前期成本高。建立一個私有云可能包含前期費用，使用費和維護、管理資源。缺點自主可控。私有云是為一個企業(yè)單獨使用而構(gòu)建的，只屬于這個企業(yè)，完全掌控。數(shù)據(jù)私密性好。私有云運行在專網(wǎng)內(nèi)可以通過安全措施實現(xiàn)很好的數(shù)據(jù)保護。優(yōu)點云計算三大部署模式混合云混合云通常被認為是“兩全其美”，它將本地基礎(chǔ)架構(gòu)或私有云與公有云相結(jié)合，可利用這兩者的優(yōu)勢。在混合云中，數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序可在私有云和公有云之間移動，從而可提供更大靈活性和更多部署可行性。網(wǎng)絡(luò)顧慮。通常需要高可靠性，低延遲的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)保障能否達到要求是主要考慮的地方。缺點操作靈活?；旌显?，是目標架構(gòu)中公有云、私有云的結(jié)合。所以可以在私有云上運行關(guān)鍵業(yè)務(wù)，在公有云上進行開發(fā)與測試、web業(yè)務(wù)等。操作靈活性較高?？煽啃愿??？蓪崿F(xiàn)私有云和公有云間的數(shù)據(jù)災(zāi)備，提升系統(tǒng)靈活性和可靠性。優(yōu)點目錄云計算定義云計算核心技術(shù)一二云計算趨勢三虛擬化云計算的基礎(chǔ)技術(shù)是虛擬化技術(shù)：每部署一個應(yīng)用需使用一臺服務(wù)器，很多時侯服務(wù)器CPU是空閑的、磁盤是空閑的，使用效率不高。有人提出要把這些空閑的資源分享同時使用，于是，發(fā)明了虛擬化技術(shù)，就是把一臺服務(wù)器虛擬成多臺虛擬機（VM），規(guī)模化部署，提高使用率，且可以少買機器，省錢。資源獨享，平均利用率10%-20%擴容時間長48核256G20%2核4G4核8G10%20%…50%2核4G8核32G10%30%50%…資源共享，平均利用率80%突破資源限制按需使用，動態(tài)擴容云主機物理服務(wù)器虛擬化虛擬化，是指通過虛擬化技術(shù)將一臺物理計算機虛擬出多臺邏輯計算機，并能夠使得多個邏輯計算機同時運行于同一臺計算機上，同時每個邏輯計算機相互獨立運行且互不影響，從而顯著提高計算機的工作效率。AppA、AppBHostOS（宿主機操作系統(tǒng)）Server（硬件）GuestOS（虛擬機操作系統(tǒng)）HostOSServer（硬件）Hypervisor（VMM）GuestOSBins/LibsAppABins/LibsAppBHostOSServer（硬件）DockerEngineBins/LibsAppABins/LibsAppB虛擬機（VirtualMachine）是由虛擬化層（hypervisor/VMM）提供的高效、獨立的虛擬計算機系統(tǒng)。擁有自己的虛擬硬件（CPU、內(nèi)存、I/O設(shè)備）。通過虛擬化層的模擬，對應(yīng)用看來，就像運行在真實的服務(wù)器上一樣。重量級輕量級IT資源獨立操作系統(tǒng)必須與硬件緊耦合物理層虛擬化操作系統(tǒng)與硬件分離應(yīng)用之間資源隔離操作系統(tǒng)層虛擬化降低虛擬化損耗一次構(gòu)建，到處運行CPU虛擬化R2288HV5服務(wù)器有2個CPU，每個CPU有12核，每核超線程為2。服務(wù)器物理CPUCPU內(nèi)核超線程虛擬CPUR2288HV5服務(wù)器處理器1處理器2內(nèi)核1內(nèi)核2內(nèi)核12...內(nèi)核13內(nèi)核14內(nèi)核24...超線程1超線程2超線程47超線程48vCPU1vCPU2vCPU47vCPU48......系統(tǒng)可用的vCPU總數(shù)=Socket數(shù)（CPU個數(shù)）xCore數(shù)（內(nèi)核）xThread數(shù)（超線程）x虛擬化比例物理硬件軟件調(diào)度虛擬資源分布式技術(shù)控制器端口有限，擴容有瓶頸單副本存儲，可靠性達到3個9分布式存儲架構(gòu)理論上可無限擴容三副本存儲，可靠性達到11個9分布式技術(shù)是將數(shù)據(jù)分散存儲在多臺服務(wù)器上，通過分布式軟件和網(wǎng)絡(luò)將這些分散的存儲資源“連接”起來，實現(xiàn)存儲資源容量“無限”大。存儲節(jié)點1存儲節(jié)點N………存儲節(jié)點99索引節(jié)點集群…客戶端存儲節(jié)點集群客戶端通過索引節(jié)點查找數(shù)據(jù)存放位置復制集中式存儲將設(shè)備集中在一起管理，分配存儲資源給眾多服務(wù)器使用。分布式存儲將本地磁盤通過網(wǎng)絡(luò)進行連接，形成一個理論無限大的存儲資源池。集中式存儲架構(gòu)硬盤框控制器交換機前端設(shè)備兩臺控制器互為主備存儲上限僅2PB負載均衡負載均衡（LoadBalance）通過流量分發(fā)來提升應(yīng)用系統(tǒng)的服務(wù)能力，通過消除單點故障來提升應(yīng)用系統(tǒng)的可用性。例：客戶很多，一個服務(wù)大廳，設(shè)一排服務(wù)窗口，采用排隊機排號，哪個服務(wù)窗口空閑就去找哪個。負載均衡客戶端1……客戶端9999大量并發(fā)請求云主機1云主機2云主機3數(shù)據(jù)庫彈性伸縮彈性伸縮（AutoScaling），是根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)需求和策略，經(jīng)濟地自動調(diào)整彈性計算資源的管理服務(wù)。例：原本有3個服務(wù)窗口,客戶持續(xù)增加，動態(tài)增加服務(wù)窗口的數(shù)量。配置服務(wù)量模板服務(wù)量超過某個值時,自動增加服務(wù)量不足某個值時,自動減少負載均衡客戶端1……客戶端9999大量并發(fā)請求云主機1云主機2云主機3數(shù)據(jù)庫動態(tài)增加云主機n目錄云計算定義云計算核心技術(shù)一二云計算趨勢三軟件架構(gòu)演進軟件架構(gòu)的發(fā)展經(jīng)歷了從單體架構(gòu)、垂直架構(gòu)、SOA架構(gòu)到云原生架構(gòu)（微服務(wù)架構(gòu)）的過程。目前正處于SOA架構(gòu)到云原生架構(gòu)的過渡階段。單體架構(gòu)云原生架構(gòu)SOA架構(gòu)垂直架構(gòu)應(yīng)用所有功能集成于一個系統(tǒng)展示層應(yīng)用層數(shù)據(jù)庫按照功能將應(yīng)用部署在不同的服務(wù)器上，各應(yīng)用之間互相調(diào)用管理系統(tǒng)電子商城財務(wù)系統(tǒng)將每個應(yīng)用程序的不同服務(wù)進行拆分，服務(wù)間通過接口和協(xié)議交互將每個服務(wù)分為功能專一的微服務(wù)，每個微服務(wù)可以獨立開發(fā)，測試云原生=微服務(wù)+DevOps+持續(xù)交付+容器化持續(xù)交付微服務(wù)容器化DevOps1995年左右2000年左右2010年左右2018年提出云計算經(jīng)歷三個發(fā)展階段，正在進入云原生時代云1.0：虛擬化云2.0：自動化云3.0：云原生計算虛擬化引入計算虛擬化技術(shù)，將企業(yè)IT應(yīng)用與底層基礎(chǔ)設(shè)施徹底分離解耦將多個企業(yè)IT應(yīng)用實例及運行環(huán)境復用在相同的物理服務(wù)器上，提高資源使用效率，降低成本軟件定義與統(tǒng)一管理引入業(yè)務(wù)平面的軟件定義存儲（SDS）和軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）技術(shù)，實現(xiàn)IT資源的高度彈性和可擴展性引入管理平面的云管理平臺，對各類資源進行統(tǒng)一管理，通過自助服務(wù)、按需開通、按量計費的模式實現(xiàn)資源供應(yīng)的靈活性和自動化云原生與業(yè)務(wù)重構(gòu)引入容器、微服務(wù)等技術(shù)，天然支持應(yīng)用的自動擴展、業(yè)務(wù)高可用等特性，用戶無需關(guān)注IT細節(jié)，只需聚焦業(yè)務(wù)的實現(xiàn)提供數(shù)據(jù)庫、大數(shù)據(jù)、人工智能等豐富多彩的服務(wù)，支持應(yīng)用快速實現(xiàn)引入DevOps等技術(shù)，增強應(yīng)用開發(fā)能力，使云成為驅(qū)動創(chuàng)新的新型“操作系統(tǒng)”資源共享，提升利率自動化，提升效能研發(fā)運營一體化，驅(qū)動創(chuàng)新云原生技術(shù)快速發(fā)展，將重構(gòu)IT運維和開發(fā)模式微服務(wù)架構(gòu)容器技術(shù)公有云私有云研發(fā)運營一體化（DevOps）敏捷開發(fā)管理持續(xù)交付自動化運維應(yīng)用設(shè)計安全風險管理松耦合應(yīng)用架構(gòu)敏捷基礎(chǔ)設(shè)施管理理念云原生：定義與解讀2015年2018年包含三個方面：應(yīng)用容器化、面向微服務(wù)架構(gòu)、應(yīng)用支持容器的編排調(diào)度云原生技術(shù)有利于各組織在公有云、私有云和混合云等新型動態(tài)環(huán)境中，構(gòu)建和運行可彈性擴展的應(yīng)用。云原生的代表技術(shù)包括容器、服務(wù)網(wǎng)格、微服務(wù)、不可變基礎(chǔ)設(shè)施和聲明式API。這些技術(shù)能夠構(gòu)建容錯性好、易于管理和便于觀察的松耦合系統(tǒng)。結(jié)合可靠的自動化手段，云原生技術(shù)使工程師能夠輕松地對系統(tǒng)作出頻繁和可預測的重大變更。CNCF的定義演進經(jīng)過多次演進，業(yè)界普遍定義：利用云計算的先進特性，采用像容器（Docker）、微服務(wù)（如SpringCloud、Istio、Dubbo等）、容器編排（K8s）等先進技術(shù)，在云上開發(fā)和部署可擴展應(yīng)用的一種方法或者理念我們的解讀：云原生（CloudNative）本質(zhì)上是對應(yīng)用提出的要求，讓應(yīng)用更好的適應(yīng)云，盡可能利用云的能力來構(gòu)建應(yīng)用，不再關(guān)注與業(yè)務(wù)無關(guān)的IT細節(jié)；從云的角度，云應(yīng)該提供更多的資源和能力，減少應(yīng)用的投入，促進客戶業(yè)務(wù)敏捷云原生下的應(yīng)用形態(tài)演變非原生務(wù)實版理想版夢想版云只能提供有限的能力，應(yīng)用需要自行實現(xiàn)云提供大部分能力，部分云未能提供的能力依然需要應(yīng)用自行實現(xiàn)云提供絕大部分能力，只是在某些特定環(huán)節(jié)無法完全剝離和解耦云提供所有能力，所有環(huán)節(jié)都完全解耦云原生：不是對1.0/2.0的顛覆而是升級云計算從以資源編排（分配）為主體的的時代進入以應(yīng)用編排（調(diào)度）為主體的時代，資源和應(yīng)用編排缺一不可，但是主次發(fā)生變化，資源編排層（IaaS）為應(yīng)用編排層（PaaS）的基礎(chǔ)資源編排層（IaaS層）主要完成計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)管理和資源編排功能，并提供標準API接口應(yīng)用編排層（PaaS層）主要完成工作負載、DevOps、微服務(wù)治理、應(yīng)用編排資源和應(yīng)用編排能力需要聯(lián)動整合，通過云管平臺統(tǒng)一對客戶呈現(xiàn)資源編排應(yīng)用編排應(yīng)用編排為主體（調(diào)度）資源編排為主體（分配）提供資源管理的標準化API計算管理虛機/裸金屬供應(yīng)高可用/熱遷移資源模板存儲管理塊/對象/文件供應(yīng)高可用/熱遷移數(shù)據(jù)備份網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)流量控制安全組/防火墻資源隔離資源編排資源統(tǒng)一編排彈性擴縮工作負載應(yīng)用模板包管理高可用DevOps持續(xù)集成持續(xù)發(fā)布敏捷開發(fā)微服務(wù)治理服務(wù)發(fā)現(xiàn)服務(wù)治理服務(wù)監(jiān)控應(yīng)用編排應(yīng)用統(tǒng)一編排應(yīng)用彈性擴縮統(tǒng)一呈現(xiàn)資源和應(yīng)用編排能力云原生：主流云服務(wù)商K8S與資源管理平臺技術(shù)并存Ope