第1章云計算基礎

《云計算平臺管理與應用》（第1版）21世紀高等院校云計算和大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)規(guī)劃教材第1章云計算基礎人民郵電出版社能力CAPACITY要求能通過學習本章知識，對云計算有一個整體的簡單了解。對常用的云計算概念有一定的理解，為今后的學習打下基礎。云計算架構云計算概述云服務模式云計算關鍵技術虛擬化技術產(chǎn)品

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1.1云計算概述1.1.1云計算概念云計算（cloudcomputing）是基于互聯(lián)網(wǎng)相關服務的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯(lián)網(wǎng)來提供動態(tài)易擴展且經(jīng)常是虛擬化的資源。云計算是一種按使用量付費的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網(wǎng)絡訪問，進入可配置的計算資源共享池（資源包括網(wǎng)絡，服務器，存儲，應用軟件，服務），這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務供應商進行很少的交互。1.1.2云計算特點7.1需求概述超大規(guī)模虛擬化高可靠性通用性可擴展性按需服務及其廉價潛在危險性云計算架構云計算概述云服務模式云計算關鍵技術虛擬化技術產(chǎn)品

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二、云計算架構1.2.1云計算架構云計算架構云計算概述云服務模式云計算關鍵技術虛擬化技術產(chǎn)品

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三、云服務模式云服務模式云計算平臺的操作系統(tǒng)、平臺軟件和云應用軟件三個技術層次，分別對于云基礎設施即服務(IaaS)、云平臺即服務(PaaS)、云軟件即服務(SaaS)是云計算的三種服務模式1.3.1IaaS三、云服務模式IaaS（InfrastructureasaService），即基礎設施即服務。消費者通過Internet可以從完善的計算機基礎設施獲得服務。這類服務稱為基礎設施即服務?；贗nternet的服務（如存儲和數(shù)據(jù)庫）是IaaS的一部分。1.3.1IaaS三、云服務模式IaaS通常分為三種用法：公有云、私有云和混合云。AmazonEC2在基礎設施云中使用公共服務器池（公有云）。更加私有化的服務會使用企業(yè)內部數(shù)據(jù)中心的一組公用或私有服務器池（私有云）。如果在企業(yè)數(shù)據(jù)中心環(huán)境中開發(fā)軟件，那么這三種類型公有云、私有云、混合云都能使用，而且使用EC2臨時擴展資源的成本也很低，比方說開發(fā)和測試，混合云。結合使用兩者可以更快地開發(fā)應用程序和服務，縮短開發(fā)和測試周期。1.3.2PaaS三、云服務模式PaaS是Platform-as-a-Service的縮寫，意思是平臺即服務。把服務器平臺作為一種服務提供的商業(yè)模式。通過網(wǎng)絡進行程序提供的服務稱之為SaaS（SoftwareasaService），而云計算時代相應的服務器平臺或者開發(fā)環(huán)境作為服務進行提供就成為了PaaS（PlatformasaService）。PaaS的特點三、云服務模式PaaS所提供的服務與其他的服務最根本的區(qū)別是PaaS提供的是一個基礎平臺，而不是某種應用。運營商所需提供的服務，不僅僅是單純的基礎平臺，而且包括針對該平臺的技術支持服務，甚至針對該平臺而進行的應用系統(tǒng)開發(fā)、優(yōu)化等服務。運營商對外提供的服務不同于其他的服務，這種服務的背后是強大而穩(wěn)定的基礎運營平臺，以及專業(yè)的技術支持隊伍。1.3.3SaaS三、云服務模式SaaS是Software-as-a-Service（軟件即服務）的簡稱，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展和應用軟件的成熟，在21世紀開始興起的一種完全創(chuàng)新的軟件應用模式。對于許多小型企業(yè)來說，SaaS是采用先進技術的最好途徑，它消除了企業(yè)購買、構建和維護基礎設施和應用程序的需要。SaaS的功能三、云服務模式在GoogleDocs、MicrosoftOfficeOnline網(wǎng)站上，無需在本機安裝，打開瀏覽器，注冊帳號，可以隨時隨地通過網(wǎng)絡來使用這些軟件編輯、保存、閱讀自己的文檔。對于用戶只需要自由自在地使用，不需要自己去升級軟件、維護軟件等操作。SaaS采用靈活租賃的收費方式。一方面，企業(yè)可以按需增減使用帳號；另一方面，企業(yè)按實際使用賬戶和實際使用時間（以月/年計）付費。由于降低了成本，SaaS的租賃費用較之傳統(tǒng)軟件許可模式更加低廉。企業(yè)采用SaaS模式在效果上與企業(yè)自建信息系統(tǒng)基本沒有區(qū)別，但節(jié)省了大量資金，從而大幅度降低了企業(yè)信息化的門檻與風險。SaaS的特性三、云服務模式服務的收費方式風險小，靈活選擇模塊，備份，維護，安全，升級等；讓客戶更專注核心業(yè)務；靈活啟用和暫停，隨時隨地都可使用；按需定購，選擇更加自由；產(chǎn)品更新速度加快；市場空間增大；訂閱式的月費模式；有效降低營銷成本；準面對面使用指導；在全球各地，7*24全天候網(wǎng)絡服務；不需要額外增加專業(yè)的IT人員；大大降低客戶的總體擁有成本。SaaS的安全性三、云服務模式傳輸協(xié)議加密服務器安全證書URL數(shù)據(jù)訪問安全碼技術數(shù)據(jù)的管理和備份機制運營服務系統(tǒng)的安全服務器的專用是服務器安全最重要的保證運營服務器和網(wǎng)站服務器應該完全隔離云計算架構云計算概述云服務模式云計算關鍵技術虛擬化技術產(chǎn)品

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1.4.1虛擬化技術

四、云計算關鍵技術虛擬化（Virtualization），是指通過虛擬化技術將一臺物理計算機虛擬為多臺邏輯計算機。在一臺計算機上同時運行多個邏輯計算機，每個邏輯計算機可運行不同的操作系統(tǒng)，并且應用程序都可以在相互獨立的空間內運行而互不影響，從而顯著提高計算機的工作效率。虛擬化技術分類

四、云計算關鍵技術平臺虛擬化（PlatformVirtualization），針對計算機和操作系統(tǒng)的虛擬化。資源虛擬化（ResourceVirtualization），針對特定的系統(tǒng)資源的虛擬化，比如內存、存儲、網(wǎng)絡資源等。應用程序虛擬化（ApplicationVirtualization），包括仿真、模擬、解釋技術等。1.4.2分布式海量數(shù)據(jù)存儲四、云計算關鍵技術指通過集群應用、網(wǎng)格技術或分布式文件系統(tǒng)等功能，將網(wǎng)絡中大量各種不同類型的存儲設備通過應用軟件集合起來協(xié)同工作，共同對外提供數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務訪問功能的一個系統(tǒng)。當云計算系統(tǒng)運算和處理的核心是大量數(shù)據(jù)的存儲和管理時，云計算系統(tǒng)中就需要配置大量的存儲設備，那么云計算系統(tǒng)就轉變成為一個云存儲系統(tǒng)，所以云存儲是一個以數(shù)據(jù)存儲和管理為核心的云計算系統(tǒng)。1.4.2分布式海量數(shù)據(jù)存儲四、云計算關鍵技術云計算系統(tǒng)由大量服務器組成，同時為大量用戶服務，因此云計算系統(tǒng)采用分布式存儲的方式存儲數(shù)據(jù)，用冗余存儲的方式保證數(shù)據(jù)的可靠性。云計算系統(tǒng)中廣泛使用的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)是Google的GFS和Hadoop團隊開發(fā)的GFS的開源實現(xiàn)HDFS（Hadoop分布式文件系統(tǒng)）。1.4.3并行編程技術四、云計算關鍵技術并行計算（ParallelComputing）是指同時使用多種計算資源解決計算問題的過程，是提高計算機系統(tǒng)計算速度和處理能力的一種有效手段。它的基本思想是用多個處理器來協(xié)同求解同一問題，即將被求解的問題分解成若干個部分，各部分均由一個獨立的處理機來并行計算。并行計算系統(tǒng)既可以是專門設計的、含有多個處理器的超級計算機，也可以是以某種方式互連的若干臺的獨立計算機構成的集群。通過并行計算集群完成數(shù)據(jù)的處理，再將處理的結果返回給用戶。1.4.4資源管理與調度技術四、云計算關鍵技術云計算重要特征是對計算、存儲、網(wǎng)絡、軟件等IT資源高度整合集成為資源池，并通過中間件統(tǒng)一實現(xiàn)虛擬資源的調度和管理，主要有：資源管理、任務管理、用戶管理和安全管理。云計算架構云計算概述云服務模式云計算關鍵技術虛擬化技術產(chǎn)品

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五、虛擬化技術產(chǎn)品1.5.1CitrixXenCitrixXenDesktop是一套桌面虛擬化解決方案，可將Windows桌面和應用轉變?yōu)橐环N按需服務，向任何地點、使用任何設備的任何用戶交付。使用XenDesktop，不僅可以安全地向PC、Mac、平板設備、智能電話、筆記本電腦和手機客戶端交付單個Windows、Web和SaaS應用或整個虛擬桌面，而且可以為用戶提供高清體驗五、虛擬化技術產(chǎn)品1.5.2VMwareESX/VMwareESXiVMwareESX服務器是在通用環(huán)境下分區(qū)和整合系統(tǒng)的虛擬主機軟件。它是具有高級資源管理功能高效，靈活的虛擬主機平臺。VMwareESXServer為適用于任何系統(tǒng)環(huán)境的企業(yè)級的虛擬計算機軟件。五、虛擬化技術產(chǎn)品1.5.3KVMKVM驅動，現(xiàn)在已經(jīng)是Linuxkernel（Linux內核）的一個模塊了。其主要負責虛擬機的創(chuàng)建，虛擬內存的分配，VCPU（虛擬CPU）寄存器的讀寫以及VCPU的運行。Qemu，用于模擬虛擬機的用戶空間組件，提供I/O設備模型，訪問外設的途徑。五、虛擬化技術產(chǎn)品1.5.4MicrosoftHyper-VHyper-V是微軟的一款虛擬化產(chǎn)品，是微軟第一個采用類似Vmware和Citrix開源Xen一樣的基于Hypervisor的技術。五、虛擬化技術產(chǎn)品1.5.5VirtualBoxVirtualBox是一款開源虛擬機軟件。VirtualBox是由德國Innotek公司開發(fā)，由SunMicrosystems公司出品的軟件，使用Qt編寫，在Sun被Oracle收購后正式更名成OracleVMVirtualBox。云計算架構云計算概述云服務模式云計算關鍵技術虛擬化技術產(chǎn)品

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六、云管理平臺1.6.1OpenStackOpenStack是一個由NASA（美國國家航空航天局）和Rackspace合作研發(fā)并發(fā)起的，以Apache許可證授權的自由軟件和開放源代碼項目。OpenStack是一個開源的云計算管理平臺項目，由幾個主要的組件組合起來完成具體工作。支持幾乎所有類型的云環(huán)境，項目目標是提供實施簡單、可大規(guī)模擴展、豐富、標準統(tǒng)一的云計算管理平臺。通過各種互補的服務提供了基礎設施即服務（IaaS）的解決方案，每個服務提供API以進行集成。六、云管理平臺1.6.2CloudStackCloudStack是一個開源的具有高可用性及擴展性的云計算平臺。支持管理大部分主流的Hypervisor，如KVM虛擬機，XenServer，VMware，OracleVM，Xen等。同時CloudStack是一個開源云計算解決方案。CloudStack形成的基礎設施云和數(shù)據(jù)中心運營商可以快速，輕松地建立在其現(xiàn)有的基礎設施提供云服務的需求，彈性云計算服務。CloudStack用戶可以充分利用云計算提供更高的效率，無限的規(guī)模和更快地部署新服務和系統(tǒng)的最終用戶。六、云管理平臺1.6.3EucalyptusEucalyptus是加利福尼亞大學的DanielNurmi等人實現(xiàn)的，是一個用于實現(xiàn)云計算的開源軟件基礎設施。Eucalyptus是AmazonEC2的一個開源實現(xiàn)，它與EC2的商業(yè)服務接口兼容。Eucalyptus是一個面向研究社區(qū)的軟件框架，它不同于其他的IaaS云計算系統(tǒng)，能夠在已有的常用資源上進行部署，Eucalyptus采用模塊化的設計，它的組件可以進行替換和升級，為研究人員提供了一個進行云計算研究的很好的平臺。六、云管理平臺1.6.4OpenNebulaOpenNebula是一款為云計算而打造的開源工具箱。它允許用戶與Xen，KVM或VMwareESX一起建立和管理私有云，同時還提供Deltacloud適配器與AmazonEC2相配合來管理混合云。云計算架構云計算概述云服務模式云計算關鍵技術虛擬化技術產(chǎn)品

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七、云的應用形式1.7.1私有云私有云（PrivateClouds）是為一個客戶單獨使用而構建的，因而提供對數(shù)據(jù)、安全性和服務質量的最有效控制。私有云特點：數(shù)據(jù)安全QOS（服務質量）充分利用現(xiàn)有硬件資源和軟件資源不影響現(xiàn)有IT管理的流程七、云的應用形式1.7.2公有云公有云通常指第三方提供商為用戶提供的能夠使用的云，公有云一般可通過Internet使用，可能是免費或成本低廉的，公有云的核心屬性是共享資源服務。根據(jù)市場參與者類型分類，可以分為五類：傳統(tǒng)電信基礎設施運營商，包括中國移動、中國聯(lián)通和中國電信。政府主導下的地方云計算平臺，如各地如火如荼的各種“XX云”項目?；ヂ?lián)網(wǎng)巨頭打造的公有云平臺，如騰訊云、盛大云。部分原