新一代信息技術(shù)教案 第3章 探究云計算

教案首頁課題名稱第3章探究云計算（1）——3.1~3.3課次6授課類型理論□實踐□理實一體□其他學(xué)時2授課日期授課班級授課地點教學(xué)目的與要求知識目標(biāo)：1.了解云計算的發(fā)展歷史；2.了解云計算的基本概念與分類;3.了解的云計算的搭建方法。能力目標(biāo)：能夠清晰云計算的基本概念與分類；能簡單描述云計算的發(fā)展歷史。素質(zhì)目標(biāo)：1.了解倫理道德準(zhǔn)則，規(guī)范日常信息行為；2.了解相關(guān)法律法規(guī)并自覺遵守；3.具備信息安全意識和相關(guān)防護能力。課程思政目標(biāo)：增強民族自豪感，學(xué)習(xí)大國工匠精神，樹立科技報國思想。教學(xué)重點云計算的基本概念與分類教學(xué)難點云計算的搭建方法教學(xué)方法與手段教學(xué)方法：課件講解、舉例說明、對比分析、啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)法：預(yù)習(xí)—聽講---討論---復(fù)習(xí)—自學(xué)擴展設(shè)計意圖：激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高課堂學(xué)習(xí)效率教學(xué)資源：課件、視頻資料課程思政要素要點通過對云計算的發(fā)展歷史中阿里云的發(fā)展介紹，和我國云計算技術(shù)的發(fā)展情況介紹，增強學(xué)生的民族自豪感，樹立學(xué)生科技報國志向。課外作業(yè)查閱云計算相關(guān)資料教學(xué)反思云計算的搭建方法學(xué)生較難理解，盡量用淺顯易懂的實例說明。教案紙第3章探究云計算（1）——3.1-3.3一、整體設(shè)計1.復(fù)習(xí)引入（10分鐘）2.新知識講解（80分鐘）3.1走進云時代3.2云從哪里來3.3如何搭建“云”3.總結(jié)與布置作業(yè)（10分鐘）二、復(fù)習(xí)引入1.上節(jié)課內(nèi)容回顧：（1）人工智能技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用（2）人工智能的發(fā)展趨勢2.新課引入：云，大家再熟悉不過，“云”和“計算”、“存儲”、“搜索”、“查殺”等聯(lián)系在一起時，你的生活就會被“云”改變，本節(jié)我們先了解云計算的發(fā)展與興起。三、新知識講解3.1走進云時代3.1.1關(guān)于云計算云計算與我們的生活越來越近，在大家熟知的電影《阿凡達(dá)》中，我們看到了逼真的飛流瀑布、漂浮云中的山巒、漸漸發(fā)光的森林……這些3D畫面讓人仿佛身臨其境，在電影《阿凡達(dá)》中，有很多同云計算技術(shù)相關(guān)的地方，我們從云計算的角度來解讀一二。片中曾說，在整個潘多拉星球中，每棵樹都像是大腦中的神經(jīng)元，彼此之間互相聯(lián)系，從而形成一個很大的網(wǎng)絡(luò)。每個納美人都可以通過自己的神經(jīng)末梢上傳或下載相關(guān)的數(shù)據(jù)與信息。每一個納美人都可以通過辮子上的神經(jīng)末梢同各種野獸以及大樹之間進行交互，這種交互形式簡潔、高效且接口統(tǒng)一，十分便于用戶進行訪問。云計算技術(shù)正是將很多服務(wù)器與存儲資源通過網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)系在一起，向用戶提供相應(yīng)的計算能力與存儲能力，云計算的用戶可以方便地屏蔽底層的編程接口，提高效率。同時，統(tǒng)一的接口也增強了可用性。云計算是一種通過Internet以服務(wù)的方式提供動態(tài)可伸縮的虛擬化資源的計算模式，使人們像用電一樣享用信息的應(yīng)用和服務(wù)。換個角度來說說“云計算”：【1】水龍頭觀點論：當(dāng)需要的時候，你別管水是怎么來的，電是怎么發(fā)的，扭開水龍頭用水，插上插頭用電，只需要記住按時繳水電費就是了！云計算，像在每個不同地區(qū)開設(shè)的自來水公司、電力公司，云計算服務(wù)商，專門向世界每個角落提供軟件服務(wù)！【2】共享單車觀點論：出行需要用車，云計算或者云服務(wù)好提供出租車、專車、共享單車的服務(wù)機構(gòu)，你可以隨時按需使用他們的交通工具，只要按約定（如路程、時間等）付費即可。3.1.2“風(fēng)起云涌”——云計算的誕生上世紀(jì)60年代，斯坦福大學(xué)的科學(xué)家JohnMcCarthy約翰·麥卡錫就表示，“計算機可能變成一種公共資源。”1966年，DouglasParkhill將計算資源類比為電力公司，并提出了私有資源、公有資源、社區(qū)資源等概念，類似于云計算特性。ARPAN負(fù)責(zé)人J.C.R.Licklider提出“從任意地點通過網(wǎng)絡(luò)訪問計算機程序”的設(shè)想。云計算是怎樣發(fā)展起來的呢？任何一次技術(shù)創(chuàng)新的規(guī)?；l(fā)展都是漫長的，事實上在上個世紀(jì)70年代就有了云計算的雛形，但直到2007年左右才開始興盛。1963年，美國國防高級研究計劃局向麻省理工學(xué)院提供了約200萬美元的津貼，啟動了著名的MAC項目，要求麻省理工開發(fā)“多人可同時使用的電腦系統(tǒng)”技術(shù)。當(dāng)時麻省理工就構(gòu)想了“計算機公共事業(yè)”，即讓計算成為像電力一樣供應(yīng)。這個項目就是“云”和“虛擬化”技術(shù)的雛形。1997年，RamnathChellappa教授在他的一次演講中第一次提出了“CloudComputing（云計算）”這個詞，他指出“計算資源的邊界不再由技術(shù)決定，而是由經(jīng)濟需求來決定”——自然會有一種方式讓你能夠遠(yuǎn)程登錄計算機。RamnathChellappa教授的理論重現(xiàn)了20世紀(jì)60年代科學(xué)家的思想，并找到了現(xiàn)實中的模型。1999年，一家對后世產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響的公司成立了，它的名字是S。S是現(xiàn)在公認(rèn)的云計算先驅(qū)，它由幾個前Oracle高管成立，主要向企業(yè)客戶銷售基于云的SaaS（SoftwareasaService—軟件即服務(wù)，云計算的一種服務(wù)類型），主要產(chǎn)品：CRM——客戶關(guān)系管理系統(tǒng)。3.1.3云計算的興起與發(fā)展時間進入21世紀(jì)的第一個十年，接棒S公司，將云計算推向下一個高峰的是在線零售商Amazon。Amazon發(fā)布的第一個云計算服務(wù)是AWS（AmazonWebService—亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)）。繼AmazonAWS之后，類似的云計算產(chǎn)品開始層出不窮的冒出來。短短幾年內(nèi)，Amazon就不再是市場唯一的IaaS提供商，Microsoft等巨頭紛紛涌進這個領(lǐng)域。除了數(shù)量的增長，云計算類型也變得日益豐富，S和AmazonAWS分別代表了SaaS和IaaS兩種云計算服務(wù)，除此之外的第三種服務(wù)PaaS也快速發(fā)展起來。2009年,Google開始對外提供GoogleAppEngine服務(wù)，GoogleAppEngine是一個PaaS服務(wù)，它搭建了一個完整的Web開發(fā)環(huán)境，用戶可以在瀏覽器里面開發(fā)和調(diào)試自己的代碼，然后直接部署到Google的云平臺上，并對外發(fā)布服務(wù)。3.1.4誰在云端微軟、谷歌和亞馬遜公司（以下簡稱亞馬遜）是全球最大的三家云供應(yīng)商，是云計算的第一梯隊。第二梯隊有：IBM、VMware公司（以下簡稱VMware)和美國電話電報公司（以下簡稱AT&T)。截至

2018

年年底，亞馬遜云(AWS)、微軟云、谷歌云、阿里云和

IBM

云這五大云服務(wù)商控制著公有云全球市場近

3/4的份額，其中亞馬遜云占據(jù)47.9%的市場份額。阿里云實屬后起之秀，2018年占據(jù)7.7%的市場份額，根據(jù)財報顯示，阿里云當(dāng)季收入為人民幣

56.67

億元(約合8.3

億美元)，較上一年同期增長90%；2019年阿里云市場份額增長到

9.1%。目前云計算呈現(xiàn)出一種一家獨大、多家追隨、遍地開花的局面。國內(nèi)的云服務(wù)商也都紛紛發(fā)力，出現(xiàn)了阿里巴巴，華為，騰訊等企業(yè)，云服務(wù)呈現(xiàn)了你追我趕的全面競爭趨勢。3.2云從哪里來“云計算的本質(zhì)是一種服務(wù)模型，通過這種模型可以隨時、隨地、按需地通過網(wǎng)絡(luò)訪問共享資源池的資源，這個資源池的內(nèi)容包括計算資源、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲資源等、這些資源能夠被動態(tài)地分配和調(diào)整，在不同用戶之間靈活地劃分?！?.2.1從資源池化說起以往企業(yè)做IT建設(shè)好比是“煙囪式”的建設(shè)，今天要建設(shè)一個業(yè)務(wù)應(yīng)用，就買一套設(shè)備，一個應(yīng)用就是一根煙囪，互相之間不連通，資源無法根據(jù)業(yè)務(wù)的變化實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整，利用率很低。云計算則打破煙囪，改成“池子”的方式，把所有計算的資源整合成計算資源池，所有存儲的資源整合成存儲資源池。全部IT資源都變成一個個池子。3.2.2虛擬化技術(shù)虛擬化是云計算的基礎(chǔ)。簡單來說，虛擬化就是在一臺物理服務(wù)器上，運行多臺“虛擬服務(wù)器”。這種虛擬服務(wù)器，也叫虛擬機（VM，VirtualMachine）。從表面來看，這些虛擬機都是獨立的服務(wù)器，但實際上，它們共享物理服務(wù)器的CPU、內(nèi)存、硬件、網(wǎng)卡等資源。3.2.3觸手可及的寬帶網(wǎng)絡(luò)3.2.4云計算的現(xiàn)狀目前市場上存在的各種云服務(wù)可以從“誰在使用服務(wù)”和“提供了什么服務(wù)”這兩個角度進行分類。從“誰在使用服務(wù)”角度進行分類，云計算主要分為4種類型：私有云、公共云、社區(qū)云、混合云。“私有云”是某個企業(yè)專用的云環(huán)境，僅限于該企業(yè)內(nèi)部的用戶使用?！肮性啤笨梢杂啥鄠€企業(yè)的用戶共享?！吧鐓^(qū)云”是面向一群有共同目標(biāo)、利益的用戶群體提供服務(wù)的云計算類型。“混合云“顧名思義就是兩種或兩種以上云計算的綜合，混合云可以是公有云與私有云的混合，也可以是私有云與社區(qū)云的混合。從“誰提供了什么服務(wù)”這個角度進行分類，云計算服務(wù)主要有3種：基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)（IaaS）、平臺即服務(wù)（PaaS）和軟件即服務(wù)（SaaS）。SaaS云服務(wù)將面向企業(yè)的CRM應(yīng)用程序，以及面向個人的郵件服務(wù)等最終用戶可直接使用的應(yīng)用程序環(huán)境作為云上的服務(wù)提供給用戶。PaaS云服務(wù)將應(yīng)用程序的開發(fā)環(huán)境、運行環(huán)境作為云上的服務(wù)提供給用戶。IaaS云服務(wù)將服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和存儲等IT基礎(chǔ)設(shè)施的組件作為服務(wù)提供給用戶,并為服務(wù)的用戶分別準(zhǔn)備專屬的租戶環(huán)境。3.3如何搭建“云”3.3.1云計算的體系結(jié)構(gòu)云計算平臺是一個強大的“云”網(wǎng)絡(luò)，連接了大量并發(fā)的網(wǎng)絡(luò)計算和服務(wù)，可利用虛擬化技術(shù)擴展每一個服務(wù)器的能力，將各自的資源通過云計算平臺結(jié)合起來，提供超級計算和存儲能力。通過云計算體系結(jié)構(gòu)如圖所示。3.3.2云計算技術(shù)層次服務(wù)接口(服務(wù)注冊、服務(wù)查找、服務(wù)訪問)：用戶端與云端交互操作的入口服務(wù)管理中間件(用戶管理、資源管理、安全管理、映像管理)：云計算體現(xiàn)結(jié)構(gòu)中的管理系統(tǒng)，統(tǒng)一管理網(wǎng)絡(luò)資源。虛擬化資源(計算資源池、網(wǎng)絡(luò)資源池、存儲資源池、數(shù)據(jù)庫資源池）：通過軟件技術(shù)來實現(xiàn)相關(guān)的虛擬化功能，包括虛擬環(huán)境、虛擬體現(xiàn)和虛擬平臺。物理資源(服務(wù)器集群、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲設(shè)備、數(shù)據(jù)庫)：可以是價格低廉的PC，也可以是價格昂貴的服務(wù)器和磁盤陣列等設(shè)備。3.3.3典型的云計算平臺云計算的研究吸引了不同技術(shù)領(lǐng)域巨頭，因此對云計算理論及實現(xiàn)架構(gòu)也有所不同。云計算先行者Google的云計算平臺能實現(xiàn)大規(guī)模分布式計算和應(yīng)用服務(wù)程序，平臺包括MapReduce分布式處理技術(shù)、Hadoop框架、分布式的文件系統(tǒng)GFS、結(jié)構(gòu)化的BigTable存儲系統(tǒng)以及Google其他的云計算支撐要素。1.MapReduce分布式處理技術(shù)2.Hadoop架構(gòu)3.Google云計算執(zhí)行過程1）將要執(zhí)行的API程序復(fù)制到Hadoop框架中的Master和每一臺Worker機器中。2）Master選擇由哪些Worker機器來執(zhí)行Map程序與Reduce程序。3）分配所有的數(shù)據(jù)區(qū)執(zhí)行到Map程序的Worker機器中進行Map（切割成小塊數(shù)據(jù)）。4）將Map后的結(jié)果存入Worker機器。5）執(zhí)行Reduce程序的Worker機器，遠(yuǎn)程讀取每一份Map結(jié)果，進行混合、匯整與排序，同時執(zhí)行Reduce程序。6）將結(jié)果輸出給用戶（開發(fā)者）。四、總結(jié)及布置作業(yè)1.總結(jié)本節(jié)課我們從云計算的概念、誕生及發(fā)展歷史入手，學(xué)習(xí)了云計算的服務(wù)類型和搭建方式。2.布置作業(yè)：查閱云計算相關(guān)資料五、板書設(shè)計第3章探究云計算一、走進云時代1.關(guān)于云計算2.云計算的誕生3.云計算的發(fā)展歷史4.誰在云端二、云從哪里來1.資源池化2.