信息與智能科學導論-教案-07

7.云計算導論曹鑒華天津科技大學1主要內(nèi)容云計算概述云計算技術基礎云計算的應用

2云計算定義云計算是什么？簡單來說就是互聯(lián)網(wǎng)服務?！霸啤狈浅Ｐ蜗蟮乜坍嬃嘶ヂ?lián)網(wǎng)的特征：抽象且無處不在。用戶只要有條件連上互聯(lián)網(wǎng)，就可以按照自己的需要購買和使用云計算服務。3

云計算的由來在云計算概念誕生之前，很多公司就可以通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送諸多服務，比如訂票、地圖、搜索，以及其他硬件租賃業(yè)務，隨著服務內(nèi)容和用戶規(guī)模的不斷增加，對于服務的可靠性、可用性的要求急劇增加，這種需求變化通過集群等方式很難滿足要求，于是各公司通過在各地建設數(shù)據(jù)中心來達成。對于像Google和Amazon這樣有實力的大公司來說，有能力建設分散于全球各地的數(shù)據(jù)中心來滿足各自業(yè)務發(fā)展的需求，并且有富余的可用資源，于是Google、Amazon等就可以將自己的基礎設施能力作為服務提供給相關的用戶，這就是云計算的由來。在云計算的概念誕生后，從IBM、Google、Amazon到Dell、微軟、阿里等，這些公司都在不遺余力地推進云計算的發(fā)展，并且都從各自的角度詮釋著云計算以及相關的應用。4身邊的云計算百度搜索百度每天的搜索量超過60億次。在百度首頁輸入搜索關鍵詞時，用戶很快就可以獲取與關鍵詞相關聯(lián)的結果，而且結果還有一定的次序規(guī)則。5身邊的云計算電商平臺據(jù)報道，2018年雙十一阿里巴巴天貓全天交易額達到2135億，而2017的成交總額為1682億元，增長了30%以上。這而對電商公司的IT網(wǎng)絡技術也是非常巨大的挑戰(zhàn)，每日的用戶數(shù)據(jù)、交易數(shù)據(jù)、物流數(shù)據(jù)等都是以千萬條、上億條計，如2017年阿里云在雙十一高峰期每秒鐘處理32.5萬個訂單請求，支付寶在峰值時，每秒處理25.6萬筆交易。6身邊的云計算12306鐵路售票中心12306是中國鐵路客戶服務中心網(wǎng)站的簡稱，是世界上規(guī)模最大的實時票務交易系統(tǒng)。在2018年鐵路春運期間，12306的點擊量超過1500億次，高峰時每秒售出近700張火車票。7身邊的云計算天網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在計算能力超強的云計算平臺的支持下，天網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)依靠動態(tài)人臉識別技術，能夠準確識別出40多種人臉的特征，可以根據(jù)視角不同、光線明暗差異、動態(tài)靜態(tài)條件等，準確識別出人臉。此外，該系統(tǒng)的速度也非常驚人，可實現(xiàn)每秒比對30億次，1s就能將全國人口“篩”一遍，2s便能將世界人口“篩”一遍。動態(tài)人臉識別技術的準確率也非常高，目前1:1識別準確率已經(jīng)達到99.8%以上，而人類肉眼的識別準確率為97.52%。。8云計算概念及特征從狹義上理解，云計算就是基于互聯(lián)網(wǎng)的計算服務，如常見的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、高精度圖形渲染等。從廣義上理解，云計算是指服務的交付和使用模式，即通過網(wǎng)絡以按需、易擴展的方式獲得所需的服務。這種服務可以與IT和軟件、互聯(lián)網(wǎng)相關，也可以是任意其他服務。9美國國家標準和技術研究院（NationalInstituteofStandardTechnology）給出了云計算的定義：云計算是一種按使用量付費的模型，可以隨時隨地、便捷地、按需地從可配置的計算資源共享池中獲取所需的計算資源（包括網(wǎng)絡、服務器、存儲、應用程序及服務），資源可以快速供給和釋放，只需投入較少的管理工作。

云計算概念及特征10（1）超大規(guī)模。（2）虛擬化（3）高可靠性（4）通用性（5）高可擴展性（6）按需服務（7）極其廉價（8）潛在的危險性云計算業(yè)務模型11IaaS基礎設施即服務PaaS平臺即服務SaaS軟件即服務…一切即服務云計算業(yè)務模型12IaaS基礎設施即服務IaaS主要包括計算機服務器、通信設備、存儲設備等，能夠按需向用戶提供計算能力、存儲能力或網(wǎng)絡能力等IT基礎設施類服務，也就是能在基礎設施層面提供服務。通俗理解就是通過Web瀏覽器直接租用服務器、存儲和網(wǎng)絡硬件，然后自行安裝操作系統(tǒng)及應用軟件，而不是在本地購買這些硬件設施。對于用戶而言，可節(jié)省硬件維護成本和場地，同時還可以隨時擴展所需要的硬件資源能力。亞馬遜、微軟、VMware、Rackspace、RedHat、阿里云、華為云等都有IaaS業(yè)務。云計算業(yè)務模型13PaaS平臺即服務對比“硬件+操作系統(tǒng)/開發(fā)工具+應用軟件”的傳統(tǒng)計算機架構，PaaS平臺層提供類似操作系統(tǒng)和開發(fā)工具的功能，也就是通過互聯(lián)網(wǎng)為用戶提供一整套開發(fā)、運行和運營應用軟件的支撐平臺。用戶無須購買硬件和軟件，只需利用PaaS平臺，就可以創(chuàng)建、測試、部署和運行應用及服務。微軟公司的WindowsAzure和谷歌公司的GAE，是目前PaaS平臺中最為知名的兩個產(chǎn)品。谷歌公司的云計算平臺支持很強的容災性，支持應用的快速自動部署和任務調度，能提供多并發(fā)用戶的高性能感受。云計算業(yè)務模型14SaaS軟件即服務簡單地說，SaaS就是一種通過互聯(lián)網(wǎng)提供軟件服務的軟件應用模式。在這種模式下，用戶不需要花費大量投資用于硬件、軟件和開發(fā)團隊的建設，只需要支付一定的租賃費用，就可以通過互聯(lián)網(wǎng)享受相應的服務，而且整個系統(tǒng)的維護也由廠商負責。。國內(nèi)外知名云15目前國內(nèi)外比較知名的公有云服務提供商包括亞馬遜的AWS、微軟的Azure、谷歌的Cloud，以及國內(nèi)的阿里云、騰訊云、移動云等。云計算技術基礎16云計算硬件技術基礎云計算是一種新的IT資源及能力的互聯(lián)網(wǎng)服務模式，其IT資源與能力建立在大量堅實的物理基礎之上。與傳統(tǒng)個人計算機系統(tǒng)類似，云計算系統(tǒng)也包括計算、存儲和通信三個子系統(tǒng)。云計算硬件技術基礎17計算設備在云計算系統(tǒng)中，計算設備常統(tǒng)稱為主機（Host），是支撐系統(tǒng)運行的最基礎設施。主要包括服務器、大型機、服務器集群、筆記本電腦、臺式計算機、平板電腦、智能手機、虛擬機等。在主機中與計算直接相關的設備主要是中央處理器（CPU）和內(nèi)存。目前CPU廠商主要為英特爾和AMD，在服務器CPU方面主要選擇Intel至強系列和AMD皓龍系列的產(chǎn)品。目前還有一種常見的圖形處理器（GraphicsProcessingUnit，GPU）芯片，在浮點運算、并行運算等方面，GPU可以提供優(yōu)于CPU性能數(shù)十倍乃至上百倍的性能，GPU已成為大數(shù)據(jù)計算不可或缺的設備。云計算硬件技術基礎18存儲設備常見的存儲介質有光盤、硬盤、閃存驅動器（U盤、固態(tài)硬盤）等。磁盤陣列（RedundantArraysofIndependentDisks，RAID）：即獨立磁盤構成的具有冗余能力的陣列。RAID是一項將多個磁盤驅動器合并到一個邏輯單元中，并提供保護和提高性能的技術。網(wǎng)絡存儲技術：服務器和存儲節(jié)點自身攜帶的存儲器容量遠遠不能滿足業(yè)務應用的需求時，外置網(wǎng)絡存儲成為數(shù)據(jù)存儲的主要存儲區(qū)域，主要包括光纖通道存儲區(qū)域網(wǎng)絡（FC-SAN）、IP通道存儲區(qū)域網(wǎng)絡（IP-SAN）、網(wǎng)絡連接存儲（NetworkAttachedStorage，NAS）。3．網(wǎng)絡通信云計算系統(tǒng)中除了主機可以作為計算節(jié)點，還有各式各樣的數(shù)據(jù)通信技術可以實現(xiàn)網(wǎng)絡間的互連，網(wǎng)絡通信設備及部件都是連接到網(wǎng)絡中的物理實體。網(wǎng)絡通信設備包括中繼器、交換機、路由器、網(wǎng)關、防火墻等19云計算硬件技術基礎云計算核心技術基礎20分布式云計算的硬件底層包括大量的服務器集群。當把每個服務器看作一個計算機節(jié)點時，云計算系統(tǒng)由許多計算機節(jié)點通過互聯(lián)網(wǎng)技術連接在一起構成。在進行云計算、云存儲時，需要將任務通過網(wǎng)絡分配到各個節(jié)點上，數(shù)據(jù)中心負責調度，共同完成任務。其中的關鍵就是分布式技術。云計算核心技術基礎21分布式系統(tǒng)概念分布式系統(tǒng)是指一組通過網(wǎng)絡進行通信、為了完成共同任務而協(xié)同工作的計算機節(jié)點組成的系統(tǒng)。其基本思想是將一件任務分給多臺機器，所有機器一起合作完成任務。與團隊協(xié)作思想類似，將任務按一定規(guī)則分配給每個隊員，充分調動隊員的能動性和積極性，最后再由團隊領導者進行統(tǒng)一匯總，保質保量完成任務。云計算核心技術基礎22分布式計算什么是分布式計算？簡單點理解就是將大量的數(shù)據(jù)分割成多個小塊，由多臺計算機分工計算，然后將結果匯總。為什么需要分布式計算？因為“大數(shù)據(jù)”來了，數(shù)據(jù)量遠遠超出單個計算機的處理能力范圍。有可能是單位時間內(nèi)的數(shù)據(jù)量大，例如，在12306網(wǎng)上買票，每秒可能有數(shù)以萬計的訪問；也可能是數(shù)據(jù)總量大，例如，百度搜索引擎要在服務器上檢索數(shù)億條中文網(wǎng)頁信息。目前分布式計算經(jīng)典的商業(yè)應用解決方案是采用HadoopMapReduce。云計算核心技術基礎23分布式計算什么是分布式計算？簡單點理解就是將大量的數(shù)據(jù)分割成多個小塊，由多臺計算機分工計算，然后將結果匯總。為什么需要分布式計算？因為“大數(shù)據(jù)”來了，數(shù)據(jù)量遠遠超出單個計算機的處理能力范圍。有可能是單位時間內(nèi)的數(shù)據(jù)量大，例如，在12306網(wǎng)上買票，每秒可能有數(shù)以萬計的訪問；也可能是數(shù)據(jù)總量大，例如，百度搜索引擎要在服務器上檢索數(shù)億條中文網(wǎng)頁信息。目前分布式計算經(jīng)典的商業(yè)應用解決方案是采用HadoopMapReduce。云計算核心技術基礎24分布式存儲在海量數(shù)據(jù)集應用場景下，單臺機器無法實現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)存儲，就需要將數(shù)據(jù)切片后分散存儲在多臺設備上，利用多臺設備分擔存儲負荷，提高系統(tǒng)可靠性、存取效率和可擴展性。分布式文件系統(tǒng)如圖所示。云計算核心技術基礎25虛擬化虛擬化作為一種資源管理技術，將計算機的各種實體資源，如服務器、網(wǎng)絡、內(nèi)存以及存儲等，予以抽象、轉換后呈現(xiàn)出來，打破實體結構間不可分割的障礙，使用戶可以更好地應用這些資源。用戶可以構建出最適應需求的應用環(huán)境，從而節(jié)省成本，并使這些資源的利用率得到最大化。云計算核心技術基礎26虛擬化分類按使用介質分類：硬件虛擬化、軟件虛擬化按應用分類：

存儲虛擬化

網(wǎng)路虛擬化

服務器虛擬化

應用虛擬化

桌面虛擬化云計算典型案例27云計算與工業(yè)制造隨著信息化技術的發(fā)展，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)/工業(yè)云也成為各個國家的國家發(fā)展戰(zhàn)略。如美國2012年提出國家制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡，德國2013年提出工業(yè)4.0計劃，日本在2017年推出互聯(lián)工業(yè)計劃，歐盟提出智能制造路線圖計劃。中國也在2015年正式提出“中國制造2025”戰(zhàn)略規(guī)劃，明確提出大力發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的計劃，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+先進制造業(yè)的深度融合。如表7-3中、美、德三國有關工業(yè)智能互聯(lián)的特點對比。云計算與工業(yè)制造國家目標主要特征中國智能制造基于泛在網(wǎng)絡，借助新興制造技術、新興信息技術、智能科學技術及制造應用領域技術等4類技術深度融合的數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化技術新手段，構成以用戶為中心的統(tǒng)一經(jīng)營的智能制造資源、產(chǎn)品與能力的服務云（網(wǎng)），使用戶通過智能終端及制造服務平臺，便能隨時隨地按需獲取制造資源、能力與產(chǎn)品服務德國智能工廠、智能生產(chǎn)基于CPS實現(xiàn)3個集成：

縱向集成，解決企業(yè)內(nèi)部不同層面各系統(tǒng)之間的集成，提高生產(chǎn)線柔性

橫向集成，實現(xiàn)全價值鏈上所有企業(yè)之間集成和社會化協(xié)作

端到端集成，滿足客戶的定制化需求，實現(xiàn)“按需生產(chǎn)”美國萬物互聯(lián)基于泛在互聯(lián)網(wǎng)，將人、產(chǎn)品、制造裝備、數(shù)據(jù)、能力、智能分析與決策和執(zhí)行系統(tǒng)等智能地連接在一起，構成一個人、信息空間與物理空間融合的智能制造系統(tǒng)，大大提高制造業(yè)的創(chuàng)新能力、制造能力和服務能力，進而實現(xiàn)工業(yè)的再革命28云計算典型案例29云計算與融媒體隨著微博、微信、Facebook、抖音、快手等社交媒體的興起，傳統(tǒng)紙媒體和廣播電視媒體遇到了很大的挑戰(zhàn)。5G移動互聯(lián)網(wǎng)通信技術也很快投入商用，未來的新聞將更加多元化。近幾年傳統(tǒng)媒體結合互聯(lián)網(wǎng)信息技術，充分利用互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，形成了“互聯(lián)網(wǎng)+媒體”的產(chǎn)業(yè)格局。融媒體開始得到關注。融媒體是充分利用媒介載體，把廣播、電視、報紙等既有共同點，又存在互補性的不同媒體，在人力、內(nèi)容、宣傳等方面進行全面整合，實現(xiàn)“資源通融、內(nèi)容兼融、宣傳互融、利益共融”的新型媒體。圖7-13所示為融媒體平臺的基本架構。30浙江長興傳媒集團的媒體融合實踐，被國家新聞出版廣電總局列為2016年面向全國推廣的17個典型案例之一。2011年4月，長興傳媒集團由原來的廣播電視臺、宣傳信息中心、縣委報道組、政府網(wǎng)新聞版塊四個單位整合組建而成，成為了全國第一家縣級傳媒集團。2012年，集團將報社和廣電的采訪資源整合，成立了全媒體采訪中心。2016年搭建融媒體中心，把采編人員聚到一起；2017年開始全域融合，打造中央廚房，把采編融到一起；2018年進一步深化融合，將內(nèi)容生產(chǎn)與經(jīng)營進一步融合，將指揮平臺的功能進一步拓展。云計算與融媒體云計算典型案例31云計算與健康醫(yī)療

2015年3月，我國發(fā)布的《關于印發(fā)全國醫(yī)療衛(wèi)生服務體系規(guī)劃綱要（2015—2020年）》提出開展健康中國云服務計劃，積極應用移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、可穿戴設備等新技術，推動惠及全民的健康信息服務和智能醫(yī)療服務，推動健康大數(shù)據(jù)的應用，逐步轉變服務模式。健康云醫(yī)院是通過大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)技術、醫(yī)療設備和醫(yī)療管理應用系統(tǒng)構成的健康管理及醫(yī)療服務共享服務平臺，為政府、醫(yī)院、醫(yī)生構造高效、安全、可靠、可監(jiān)管的協(xié)同醫(yī)療體系。32云計算與健康醫(yī)療云計算應用實踐331．騰訊云體驗騰訊云雖然起步較晚，但受益于其社交和游戲業(yè)務擁有的巨大流量和用戶，發(fā)展非常迅速。騰訊云提供的產(chǎn)品類型非常豐富，包括基礎云存儲、云計算、云