第1章云計(jì)算基礎(chǔ)

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

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1.1云計(jì)算概述1.1.1云計(jì)算概念云計(jì)算（cloudcomputing）是基于互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)服務(wù)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(kuò)展且經(jīng)常是虛擬化的資源。云計(jì)算是一種按使用量付費(fèi)的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網(wǎng)絡(luò)訪問，進(jìn)入可配置的計(jì)算資源共享池（資源包括網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器，存儲，應(yīng)用軟件，服務(wù)），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(jìn)行很少的交互。1.1.2云計(jì)算特點(diǎn)7.1需求概述超大規(guī)模虛擬化高可靠性通用性可擴(kuò)展性按需服務(wù)及其廉價(jià)潛在危險(xiǎn)性云計(jì)算架構(gòu)云計(jì)算概述云服務(wù)模式云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)虛擬化技術(shù)產(chǎn)品

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二、云計(jì)算架構(gòu)1.2.1云計(jì)算架構(gòu)云計(jì)算架構(gòu)云計(jì)算概述云服務(wù)模式云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)虛擬化技術(shù)產(chǎn)品

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三、云服務(wù)模式云服務(wù)模式云計(jì)算平臺的操作系統(tǒng)、平臺軟件和云應(yīng)用軟件三個(gè)技術(shù)層次，分別對于云基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)、云平臺即服務(wù)(PaaS)、云軟件即服務(wù)(SaaS)是云計(jì)算的三種服務(wù)模式1.3.1IaaS三、云服務(wù)模式IaaS（InfrastructureasaService），即基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)。消費(fèi)者通過Internet可以從完善的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施獲得服務(wù)。這類服務(wù)稱為基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)?；贗nternet的服務(wù)（如存儲和數(shù)據(jù)庫）是IaaS的一部分。1.3.1IaaS三、云服務(wù)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(chǔ)設(shè)施云中使用公共服務(wù)器池（公有云）。更加私有化的服務(wù)會使用企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)中心的一組公用或私有服務(wù)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(shí)擴(kuò)展資源的成本也很低，比方說開發(fā)和測試，混合云。結(jié)合使用兩者可以更快地開發(fā)應(yīng)用程序和服務(wù)，縮短開發(fā)和測試周期。1.3.2PaaS三、云服務(wù)模式PaaS是Platform-as-a-Service的縮寫，意思是平臺即服務(wù)。把服務(wù)器平臺作為一種服務(wù)提供的商業(yè)模式。通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行程序提供的服務(wù)稱之為SaaS（SoftwareasaService），而云計(jì)算時(shí)代相應(yīng)的服務(wù)器平臺或者開發(fā)環(huán)境作為服務(wù)進(jìn)行提供就成為了PaaS（PlatformasaService）。PaaS的特點(diǎn)三、云服務(wù)模式PaaS所提供的服務(wù)與其他的服務(wù)最根本的區(qū)別是PaaS提供的是一個(gè)基礎(chǔ)平臺，而不是某種應(yīng)用。運(yùn)營商所需提供的服務(wù)，不僅僅是單純的基礎(chǔ)平臺，而且包括針對該平臺的技術(shù)支持服務(wù)，甚至針對該平臺而進(jìn)行的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)、優(yōu)化等服務(wù)。運(yùn)營商對外提供的服務(wù)不同于其他的服務(wù)，這種服務(wù)的背后是強(qiáng)大而穩(wěn)定的基礎(chǔ)運(yùn)營平臺，以及專業(yè)的技術(shù)支持隊(duì)伍。1.3.3SaaS三、云服務(wù)模式SaaS是Software-as-a-Service（軟件即服務(wù)）的簡稱，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用軟件的成熟，在21世紀(jì)開始興起的一種完全創(chuàng)新的軟件應(yīng)用模式。對于許多小型企業(yè)來說，SaaS是采用先進(jìn)技術(shù)的最好途徑，它消除了企業(yè)購買、構(gòu)建和維護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用程序的需要。SaaS的功能三、云服務(wù)模式在GoogleDocs、MicrosoftOfficeOnline網(wǎng)站上，無需在本機(jī)安裝，打開瀏覽器，注冊帳號，可以隨時(shí)隨地通過網(wǎng)絡(luò)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(hù)軟件等操作。SaaS采用靈活租賃的收費(fèi)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(shí)際使用賬戶和實(shí)際使用時(shí)間（以月/年計(jì)）付費(fèi)。由于降低了成本，SaaS的租賃費(fèi)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(fēng)險(xiǎn)。SaaS的特性三、云服務(wù)模式服務(wù)的收費(fèi)方式風(fēng)險(xiǎn)小，靈活選擇模塊，備份，維護(hù)，安全，升級等；讓客戶更專注核心業(yè)務(wù)；靈活啟用和暫停，隨時(shí)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(fèi)模式；有效降低營銷成本；準(zhǔn)面對面使用指導(dǎo)；在全球各地，7*24全天候網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；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(wù)模式傳輸協(xié)議加密服務(wù)器安全證書URL數(shù)據(jù)訪問安全碼技術(shù)數(shù)據(jù)的管理和備份機(jī)制運(yùn)營服務(wù)系統(tǒng)的安全服務(wù)器的專用是服務(wù)器安全最重要的保證運(yùn)營服務(wù)器和網(wǎng)站服務(wù)器應(yīng)該完全隔離云計(jì)算架構(gòu)云計(jì)算概述云服務(wù)模式云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)虛擬化技術(shù)產(chǎn)品

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1.4.1虛擬化技術(shù)

四、云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)虛擬化（Virtualization），是指通過虛擬化技術(shù)將一臺物理計(jì)算機(jī)虛擬為多臺邏輯計(jì)算機(jī)。在一臺計(jì)算機(jī)上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)邏輯計(jì)算機(jī)，每個(gè)邏輯計(jì)算機(jī)可運(yùn)行不同的操作系統(tǒng)，并且應(yīng)用程序都可以在相互獨(dú)立的空間內(nèi)運(yùn)行而互不影響，從而顯著提高計(jì)算機(jī)的工作效率。虛擬化技術(shù)分類

四、云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)平臺虛擬化（PlatformVirtualization），針對計(jì)算機(jī)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(nèi)存、存儲、網(wǎng)絡(luò)資源等。應(yīng)用程序虛擬化（ApplicationVirtualization），包括仿真、模擬、解釋技術(shù)等。1.4.2分布式海量數(shù)據(jù)存儲四、云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)指通過集群應(yīng)用、網(wǎng)格技術(shù)或分布式文件系統(tǒng)等功能，將網(wǎng)絡(luò)中大量各種不同類型的存儲設(shè)備通過應(yīng)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(wù)訪問功能的一個(gè)系統(tǒng)。當(dāng)云計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)算和處理的核心是大量數(shù)據(jù)的存儲和管理時(shí)，云計(jì)算系統(tǒng)中就需要配置大量的存儲設(shè)備，那么云計(jì)算系統(tǒng)就轉(zhuǎn)變成為一個(gè)云存儲系統(tǒng)，所以云存儲是一個(gè)以數(shù)據(jù)存儲和管理為核心的云計(jì)算系統(tǒng)。1.4.2分布式海量數(shù)據(jù)存儲四、云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)云計(jì)算系統(tǒng)由大量服務(wù)器組成，同時(shí)為大量用戶服務(wù)，因此云計(jì)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(jì)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(tuán)隊(duì)開發(fā)的GFS的開源實(shí)現(xiàn)HDFS（Hadoop分布式文件系統(tǒng)）。1.4.3并行編程技術(shù)四、云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)并行計(jì)算（ParallelComputing）是指同時(shí)使用多種計(jì)算資源解決計(jì)算問題的過程，是提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)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(gè)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(gè)部分，各部分均由一個(gè)獨(dú)立的處理機(jī)來并行計(jì)算。并行計(jì)算系統(tǒng)既可以是專門設(shè)計(jì)的、含有多個(gè)處理器的超級計(jì)算機(jī)，也可以是以某種方式互連的若干臺的獨(dú)立計(jì)算機(jī)構(gòu)成的集群。通過并行計(jì)算集群完成數(shù)據(jù)的處理，再將處理的結(jié)果返回給用戶。1.4.4資源管理與調(diào)度技術(shù)四、云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)云計(jì)算重要特征是對計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、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(shí)現(xiàn)虛擬資源的調(diào)度和管理，主要有：資源管理、任務(wù)管理、用戶管理和安全管理。云計(jì)算架構(gòu)云計(jì)算概述云服務(wù)模式云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)虛擬化技術(shù)產(chǎn)品

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五、虛擬化技術(shù)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(yīng)用轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N按需服務(wù)，向任何地點(diǎn)、使用任何設(shè)備的任何用戶交付。使用XenDesktop，不僅可以安全地向PC、Mac、平板設(shè)備、智能電話、筆記本電腦和手機(jī)客戶端交付單個(gè)Windows、Web和SaaS應(yīng)用或整個(gè)虛擬桌面，而且可以為用戶提供高清體驗(yàn)五、虛擬化技術(shù)產(chǎn)品1.5.2VMwareESX/VMwareESXiVMwareESX服務(wù)器是在通用環(huán)境下分區(qū)和整合系統(tǒng)的虛擬主機(jī)軟件。它是具有高級資源管理功能高效，靈活的虛擬主機(jī)平臺。VMwareESXServer為適用于任何系統(tǒng)環(huán)境的企業(yè)級的虛擬計(jì)算機(jī)軟件。五、虛擬化技術(shù)產(chǎn)品1.5.3KVMKVM驅(qū)動，現(xiàn)在已經(jīng)是Linuxkernel（Linux內(nèi)核）的一個(gè)模塊了。其主要負(fù)責(zé)虛擬機(jī)的創(chuàng)建，虛擬內(nèi)存的分配，VCPU（虛擬CPU）寄存器的讀寫以及VCPU的運(yùn)行。Qemu，用于模擬虛擬機(jī)的用戶空間組件，提供I/O設(shè)備模型，訪問外設(shè)的途徑。五、虛擬化技術(shù)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(gè)采用類似Vmware和Citrix開源Xen一樣的基于Hypervisor的技術(shù)。五、虛擬化技術(shù)產(chǎn)品1.5.5VirtualBoxVirtualBox是一款開源虛擬機(jī)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(jì)算架構(gòu)云計(jì)算概述云服務(wù)模式云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)虛擬化技術(shù)產(chǎn)品

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六、云管理平臺1.6.1OpenStackOpenStack是一個(gè)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(quán)的自由軟件和開放源代碼項(xiàng)目。OpenStack是一個(gè)開源的云計(jì)算管理平臺項(xiàng)目，由幾個(gè)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(xiàng)目目標(biāo)是提供實(shí)施簡單、可大規(guī)模擴(kuò)展、豐富、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的云計(jì)算管理平臺。通過各種互補(bǔ)的服務(wù)提供了基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）的解決方案，每個(gè)服務(wù)提供API以進(jìn)行集成。六、云管理平臺1.6.2CloudStackCloudStack是一個(gè)開源的具有高可用性及擴(kuò)展性的云計(jì)算平臺。支持管理大部分主流的Hypervisor，如KVM虛擬機(jī)，XenServer，VMware，OracleVM，Xen等。同時(shí)CloudStack是一個(gè)開源云計(jì)算解決方案。CloudStack形成的基礎(chǔ)設(shè)施云和數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商可以快速，輕松地建立在其現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施提供云服務(wù)的需求，彈性云計(jì)算服務(wù)。CloudStack用戶可以充分利用云計(jì)算提供更高的效率，無限的規(guī)模和更快地部署新服務(wù)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(xué)的DanielNurmi等人實(shí)現(xiàn)的，是一個(gè)用于實(shí)現(xiàn)云計(jì)算的開源軟件基礎(chǔ)設(shè)施。Eucalyptus是AmazonEC2的一個(gè)開源實(shí)現(xiàn)，它與EC2的商業(yè)服務(wù)接口兼容。Eucalyptus是一個(gè)面向研究社區(qū)的軟件框架，它不同于其他的IaaS云計(jì)算系統(tǒng)，能夠在已有的常用資源上進(jìn)行部署，Eucalyptus采用模塊化的設(shè)計(jì)，它的組件可以進(jìn)行替換和升級，為研究人員提供了一個(gè)進(jìn)行云計(jì)算研究的很好的平臺。六、云管理平臺1.6.4OpenNebulaOpenNebula是一款為云計(jì)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(shí)還提供Deltacloud適配器與AmazonEC2相配合來管理混合云。云計(jì)算架構(gòu)云計(jì)算概述云服務(wù)模式云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)虛擬化技術(shù)產(chǎn)品

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七、云的應(yīng)用形式1.7.1私有云私有云（PrivateClouds）是為一個(gè)客戶單獨(dú)使用而構(gòu)建的，因而提供對數(shù)據(jù)、安全性和服務(wù)質(zhì)量的最有效控制。私有云特點(diǎn)：數(shù)據(jù)安全QOS（服務(wù)質(zhì)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(yīng)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(fèi)或成本低廉的，公有云的核心屬性是共享資源服務(wù)。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(chǔ)設(shè)施運(yùn)營商，包括中國移動、中國聯(lián)通和中國電信。政府主導(dǎo)下的地方云計(jì)算平臺，如各地如火如荼的各種“XX云”項(xiàng)目。互聯(lián)網(wǎng)巨頭打造的公有云平臺，如騰訊云、盛大云。部分原