云計算講座知識目錄1、云計算介紹2、云計算定義3、云的分類4、云服務交付方式5、國內外云計算發展現狀6、云計算技術解析7、云平臺架構及實現技術2021/2/72IT不再重要2021/2/73云計算：21世紀的全球化信息電廠西門子發明了可實用的發電機，商業化發電機開始應用到生產中1860年代1870年代第一個城市中央電廠在芝加哥出現，并迅速得到了廣泛的應用1900年代愛迪生發明了可實用的電燈，并同時開設社區電廠，電開始影響人類的生活集成電路計算機出現，計算機在商業中迅速普及得到了廣泛應用1960年代1970年代Google、Amazon等開創了云計算的商業化應用，實現了IT能力的遠距離傳輸2000年代微型計算機出現，并在其后20年間開始影響人類的生活長距離輸電網絡技術逐漸成熟，并開始商用1890年代Internet網絡技術在全球迅速普及，廣泛應用1990年代電的應用主宰了人類社會，各種電器出現，催生了史上最大的家用電器行業，人類社會開始有了現在的家庭生活20世紀云計算的應用是否會主宰人類社會？人類社會將有怎樣嶄新的生活？21世紀電的歷史IT的歷史和中央電廠一樣，云計算的核心是讓計算服務和運營能力像電一樣能夠長距離傳輸，隨需索取。這將會對IT業以及每家公司的結構造成深刻變革。100年來的故事或許將在未來重演……

如果你理解了中央電廠的來由和它為人類社會帶來的歷史性變化，那么，你就會明白云計算將會開創多么激動人心的未來。2021/2/74云計算是信息技術發展的方向大型機時代1960年代1980年代2000年代1990年代微型機時代個人計算機變革將只在特定行業中應用的大型主機變成每個人都負擔得起的個人電腦，大幅度提高了個人生產效率和企業效率。互聯網變革將數以億萬計的信息孤島匯集成龐大的信息網絡，極大的提高了人類溝通，共享和協作的效率，豐富了社交和娛樂生活。互聯網時代云計算變革將IT產業變為環保和節約的綠色產業；將IT基礎設施轉變為像水和煤氣一樣的社會公用基礎設施；連接所有的電子產品形成具備無限容量和能力的設備；將信息滲透到社會每一個角落成為社會組織和個人的基本屬性。技術云計算時代時間信息技術在經歷了個人計算機變革、互聯網變革之后，將迎來第三次跨時代的變革：云計算變革2021/2/75云對IT行業的影響

云計算促使IT行業的業務模式轉向以服務為中心，IT行業的生態系統將以具有壟斷地位的IT運營商為核心進行重建；IT行業將面臨重新洗牌！重構IT業務模式壟斷IT運營商全新IT生態系統正如通信網絡的規模經濟效應導致具有壟斷地位的通信運營商出現；云的規模經濟效應加速IT基礎設施集中化，從而導致具有壟斷地位的“IT運營商”出現以產品運營為核心的業務模式將轉變為以服務為核心的業務模式；賣設備、賣License的硬件和軟件供應商將逐步邊緣化，取而代之的是IT服務提供商在ICT融合的背景下，在新型云計算業務的沖擊下，舊有的IT產業鏈分工模式將完全打破，將以IT運營商為核心，來建立IT產業的全新生態系統2021/2/76云正在深刻的改變世界信息社會：人類將生活在以信息為中心的社會，社會組織和企業活動以互聯網為中心組織，云服務成為水、電一樣重要的基礎設施物聯網：感應器將植入人類社會的各類物理基礎設施中，經由無線通信網絡連接，通過云平臺進行有效管理，實現物理基礎設施和IT基礎設施的有效整合，人類社會將通過云而成為一個有機的整體群體智慧：云計算可以使人類在網絡社區上既方便又快速地進行互動、分享與合作，提高現有知識的社會共享，從而通過更廣泛的個體合作與競爭中創造共享的和集體的智能

云作為IT產業的第三次的變革，不僅僅影響IT產業，也將對人類社會產生深遠的影響，主要表現在如下方面：2021/2/77$綠色計算打造新一代數據中心標準化及整合提升業務敏捷性，降低市場響應時間，推動業務與技術創新改變IT支出的成本結構降低復雜度成為新的云服務提供商云計算驅動力2021/2/78云計算的愿景1879,ThedynamoCorporateDCIDC1882,Centralpowerstation云計算所倡導的是一種新的基于網絡的IT服務的供給、消費、交付模式！2021/2/792021/2/710目錄1、云計算介紹2、云計算定義3、云的分類4、云服務交付方式5、國內外云計算發展現狀6、云計算技術解析7、云平臺架構及實現技術2021/2/711對云的不同理解Cloud2021/2/712簡單的類比說您剛剛搬到一個新的城市，要找個地方住……2021/2/713您可以……建一座房子……或租一座房子……2021/2/714如果選擇建一座房子，您必須作出一系列的抉擇……2021/2/715一旦建成您就要負責維護雇員裝飾設計師電工管道工物業費電費水費空調清潔工人2021/2/716假設您所在的城市提供這樣一種房屋：一個擁有大量公寓單元的房屋2021/2/717每個單元可以容易地被轉換成2,3,4或更多的單元2021/2/718只需付出租金對應使用功能！按需付費2021/2/719

云計算模型能以按需方式，通過網絡，方便的訪問云系統的可配置計算資源共享池(比如：網絡，服務器，存儲，應用程序和服務)。同時它以最少的管理開銷及最少的與供應商的交互，迅速配置提供或釋放資源。云計算–

NIST定義2021/2/720云計算的定義云計算的服務模式云計算的外部特征云計算是一種基于網絡的計算模式，通過網絡將IT基礎設施資源、軟件與信息按需提供給用戶使用。注1：云計算不是一類計算機技術或網絡技術，而是實現網格計算、效用計算、虛擬化技術、Web服務技術融合發展的模式；注2：云計算具有寬帶接入、快速彈性、服務可測量、按需自服務、資源池化等特征。云計算的內部特征云計算服務的內部特征反映了云計算服務商的服務提供能力，包含人員、流程、資源和技術四個要素：人員要素包括人員管理、崗位結構以及人員技能；流程要素分為展現服務層、運維管理層和采集控制層三個層面；技術要素包括資源池化技術、計量技術、監控技術、調度技術和安全保障技術；資源要素分為計算資源、存儲資源、網絡資源和支撐環境。云計算的服務模式主要包括IaaS、PaaS和SaaS。三種模式自底向上提供不同層次的云計算服務，具有層次關系，但上層服務不必構建于底層服務之上。按需服務：云計算服務應能夠快速自動化地滿足用戶對服務功能、服務實例等服務交付內容的申請，變更，取消等操作，使用戶的需求能夠即時得到滿足；彈性：云計算服務應具有快速伸縮的能力，用戶可隨時申請、釋放和調整云計算服務資源的使用；網絡依存性：云計算服務的使用者通過網絡訪問計算，存儲資源以及各種服務；可計量：云計算服務本身應具備將用戶使用的計算、存儲及其他特定功能的服務按照合理一致的標準進行細粒度地計量的能力。云計算服務的定義2021/2/721

流程:展現服務層運維管理層采集控制層資源:計算資源存儲資源網絡資源支撐環境

技術:資源池化監控調度安全保障人員:人員管理崗位結構人員技能云計算服務IaaSPaaSSaaS彈性按需服務網絡依存性可計量云計算服務模型2021/2/722目錄1、云計算介紹2、云計算定義3、云的分類4、云服務交付方式5、國內外云計算發展現狀6、云計算技術解析7、云平臺架構及實現技術2021/2/7232021/2/724RegionalDataCenter1RegionalDataCenter2PublicCloudRegionalDataCenter3RegionalDataCenter4公有ExternalcloudServiceProviderDataCenter混合ExternalcloudTrustedcloudEnterpriseDataCenterAutomationFirewallandsecurityPrivateCloud私有InternalcloudDatacenteragility云計算分類接受度混合混合混合2021/2/725目錄1、云計算介紹2、云計算定義3、云的分類4、云服務交付方式5、國內外云計算發展現狀6、云計算技術解析7、云平臺架構及實現技術2021/2/726云計算是下述的發展，或者說是這些計算機科學概念的商業實現：并行計算(Parallel)分布式計算(Distributed)網格計算(Grid)云計算是下述等概念混合演進并躍升的結果：虛擬化(Virtualization)效用計算(UtilityComputing)面向服務（SOA）IaaS(基礎設施即服務)PaaS(平臺即服務)SaaS(軟件即服務)云計算的技術演進路線2021/2/7272021/2/728傳統基礎架構CloudIAASIAAS

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INFRASTRUCTUREasaservice絕大多數是物理設施低利用率基礎設施：IT人員比例低少量自動化靜態峰值容量部署很難支撐PAAS/SAAS物理設施及虛擬化設施中到高利用率基礎設施：IT人員比例高高度自動化平衡的動態部署支撐PAAS/SAAS維護困難便于維護2021/2/729IAAS架構2021/2/730示例：補丁安裝比較2021/2/731架構私有云PaaS平臺PaaS資源抽象服務，統一平臺PaaS服務自服務/管理門戶軟件平臺開發組件平臺DataServicesOS

+DevelopmentPlatformIdentity

&SecurityServicesCommonServicesProvisioning&Management應用開發部門軟件開發商PaaS管理者IntegrationServicesApplicationServices2021/2/732定義SaaS是“軟件即服務”。表示一種計算模式，把軟件作為服務。通過Internet提供軟件的模式，廠商將應用軟件統一部署在服務器上，客戶可以根據自己的實際需求，通過網絡向廠商訂購所需的軟件應用服務，按訂購的服務多少和時間長短支付費用，通過互聯網獲得服務。特性通過云端或瀏覽器訪問軟件多主租用按需使用私有云SaaS服務公有云SaaS服務在線郵件網絡會議在線殺毒在線CRM在線進銷存在線HROACRM系統ERP系統郵件門戶專業應用管理系統業務系統生產營運…系統內容管理在線…公有云SaaS服務示例私有云SaaS服務示例2021/2/7332021/2/734目錄1、云計算介紹2、云計算定義3、云的分類4、云服務交付方式5、國內外云計算發展現狀6、云計算技術解析7、云平臺架構及實現技術2021/2/7352021/2/7362021/2/7372021/2/738典型企業的云計算之路——GoogleGoogle搜索之所以跑在云計算上，是因為當初沒錢用高性能計算機，無奈之下，用提高軟件系統的分布式部署和調度能力，用MAPReduse來做流程執行，用分布式文件系統來構建，反倒成就了如今的云計算的優勢，那就是支持很強的容災，支持scability的規模提高，支持多并發用戶的感受度，而最最關鍵的是，達到了每用戶訪問最低的運營成本。2021/2/739典型企業的云計算之路——Google2021/2/740AdvancedInnovations公司在2009年業務增長了83%的同時也面臨IT系統擴容的挑戰。而當其轉向AmazonEC2時，IT系統能力迅速增強，從而支撐其業務的快速發展。部署一個OracleDB只需要23分鐘，而所要做的就是按一些按鈕——AdvancedInnovationsCTO典型企業的云計算之路——AmazonAamzon通過虛擬化將IT資源出租給其它公司（IaaS），使系統的利用率變得更高并產生利潤。同時，也為小企業提供了與大企業競爭一樣的最先進的IT平臺。通過虛擬化將閑置運算、存儲資源劃分出租給其他公司，實現（IaaS）基礎架構即服務根本沒有任何預付費用，任一公司利用這些服務時，只需要為它使用的設備能力付費。而且，它租用的是現代互聯網運算設計的最先進的系統。2021/2/741典型企業的云計算之路——Amazon2021/2/742典型企業的云計算之路——Salesforce2021/2/743目錄1、云計算介紹2、云計算定義3、云的分類4、云服務交付方式5、國內外云計算發展現狀6、云計算技術解析7、云平臺架構及實現技術2021/2/744云的部署：IaaS、PaaS和SaaS描述PC硬件資源（PowerPC、x86、ARM）操作系統Linux、Windows、UNIX 開發環境C、C++、Java、Python、Perl等軟件應用運行庫（.Net、JRE）SaaSPaaSIaaS基于互聯網Cloud共享資源SaaS：通過互聯網向最終用戶提供軟件應用服務。主要特征：多租戶、數據分離、水平擴展、可個性配置、可伸縮。代表：SalesforceCRM、微軟的Online服務、IBMLotusLive。PaaS：通過互聯網向開發者提供運行平臺托管服務，提供開發SDK，開發者開發應用后可直接運行在PaaS上。主要特征：運行平臺托管、提供增強的平臺能力。代表：Google的AppEngine、微軟的AzurePlatform、Salesforce的FIaaS：應用虛擬化、自動化部署等技術，通過互聯網向用戶提供基礎IT設施的技術方案與服務模式。主要特征是資源動態彈性供應、資源整合與共享、資源利用率高、節能降耗、管理成本下降。主要代表：Amazon的ec2、S32021/2/745什么是虛擬化？當下的x86計算機硬件是專為運行單個操作系統和單個應用程序而設計的，因此大部分計算機遠未得到充分利用。借助虛擬化，可以在單臺物理機上運行多個虛擬機，每個虛擬機都可以在多個環境之間共享同一臺物理機的資源。不同的虛擬機可以在同一臺物理機上運行不同的操作系統以及多個應用程序.

以虛擬化的技術將基于x86的計算機的硬件資源（包括CPU、RAM、硬盤和網絡控制器），以創建功能齊全、可像“真實”計算機一樣運行其自身操作系統和應用程序的虛擬機。每個虛擬機都包含一套完整的系統，因而不會有潛在沖突。硬件虛擬化的工作原理是，直接在計算機硬件或主機操作系統上面插入一個精簡的軟件層。該軟件層包含一個以動態和透明方式分配硬件資源的虛擬機監視器（或稱“管理程序”）。多個操作系統可以同時運行在單臺物理機上，彼此之間共享硬件資源。由于是將整臺計算機（包括CPU、內存、操作系統和網絡設備）封裝起來，因此虛擬機可與所有標準的x86操作系統、應用程序和設備驅動程序完全兼容。可以同時在單臺計算機上安全運行多個操作系統和應用程序，每個操作系統和應用程序都可以在需要時訪問其所需的資源。

虛擬化技術2021/2/746虛擬化技術虛擬化技術主要為了解決如何讓軟件應用與底層硬件實現分離。例如X86的機器能夠運行MacOS系統以及應用。主要目的是為了讓同一臺物理服務器可以運行多個應用系統，從而提升物理服務器的利用率。例如上面的例子，原來每個機器的利用率只有20%，但各自運行著WindowsNT、WindowsServer2003以及Linux，通過虛擬化技術使得中間的服務器能夠同時承載不同的OS，從而可以運行不同的應用，提升利用率（中間服務器利用率達到70%），降低能耗（兩邊的服務器可以關機）。并且可以實現不同應用的數據隔離。2021/2/747虛擬化技術 虛擬化技術可用于整合資源，提升資源利用率，降低能耗，是綠色IT的關鍵技術。虛擬化技術使得不同用戶的應用運行在同一個服務器資源上，卻可以保證不同用戶數據的隔離。虛擬化技術使得VM（虛擬機，一個映射文件）能夠在底層服務器發生故障，自動遷移到其他狀態良好的服務器上，甚至整個數據中心發生災難，都能夠實現快速恢復。虛擬化技術使得用戶的系統配置需求能夠快速獲得滿足，不同配置的VM（資源+OS+App）能夠自動部署到資源池上。IaaS是通過互聯網請求和配置VM的（例如需要能夠運行WindowsServer2003和OracleDB，要求500G硬盤，CPU為3GHZ），如果不采用虛擬化，需要人工去尋找特定的服務器（x86）以及相應的配置，并且進行安裝部署虛擬化技術使得用戶的VM能夠實現動態彈性變更，而不需要預先預測容量需求IaaS服務的一大特色正是用戶可以在互聯網彈性變更資源需求X2021/2/748目錄1、云計算介紹2、云計算定義3、云的分類4、云服務交付方式5、國內外云計算發展現狀6、云計算技術解析7、云平臺架構及實現技術2021/2/749

根據現有技術及廠商產品相結合，從資源服務層、云管理平臺層、服務界面層，以及運行維護層和安全管理層兩個輔助層，分析每層所涉及的技術，以及技術實現方式。

云平臺架構介紹1、云平臺整體框架服務界面運行維護層管理平臺SystemsDirector、AIM、VCenter、SystemsCenter安全管理層存儲StorageFoundation、SVC、USP、3PAR網絡Nexus、VDX資源服務層基礎設施ESXHyper-VXen服務器（X86）服務器（Unix）XVMPowerVMVSE2021/2/750存儲單元：靜態存儲字節數、存儲I/O次數、I/O流量網絡傳輸單元：網絡地址個數，持續傳輸速度，峰值傳輸速度處理單元：每秒運算次數、內存容量、處理器（核）個數資源池存儲資源池化將IBMHPEMCHDSSUN物理存儲以存儲能力為指標構建存儲單元網絡資源池化將現有的網絡架構以網絡傳輸能力為指標構建網絡傳輸單元計算資源池化將IBMHPSUN等UNIX主機整合成UNIX處理單元，將X86平臺虛擬化成X86處理單元存儲池網絡池處理池資源服務層—資源池化2021/2/751服務器層——寄宿虛擬化：

虛擬化管理程序作為應用運行在宿主操作系統上，利用宿主操作系統的功能來實現硬件資源的抽象和虛擬機的管理，實現較易，但性能較低。典型實現：VMwareWorkstation、MicrosoftVirtualPC、SUNXVM和MicrosoftHyper-V。原生虛擬化：

虛擬化層管理程序直接安裝在物理服務器上，不需要依賴宿主操作系統，虛擬機運行在虛擬化平臺上，虛擬化平臺提供指令集和設備接口，以提供對虛擬機的支持。具有較好的性能，但實現更為復雜，典型實現：CitrixXen、VMwareESXServer和IBMPowerVM。資源服務層—服務器虛擬化技術2021/2/752存儲層——基于主機的存儲虛擬化：

若干個獨立的存儲設備通過運行存儲管理軟件實現一個有機的虛擬存儲設備整體，用戶不需直接控制物理存儲設備。典型實現：SymantecStorageFoundation。優勢一，可以使系統在存儲空間調整過程中仍然保持在線狀態，優勢二，可以實現主機上存儲設備并行使用。缺點，運行時占用主機資源，影響系統運行效率、穩定性和安全性,容易產生單點故障或安全攻擊導致的資源不可用

資源服務層—存儲虛擬化技術2021/2/753基于SAN網絡的存儲虛擬化：

具體的存儲虛擬功能的實現在交換機或存儲虛擬化服務器中進行。依據虛擬化引擎的位置不同，存儲虛擬化技術分為帶內（in-band）和帶外（out-of-band）兩大類。

帶內——又稱對稱虛擬：是虛擬化引擎應用在應用服務器和存儲的數據通路上的實現方式帶內虛擬化存儲具有很強的協同工作能力，可以通過集中的管理界面進行控制。優勢：其對系統數據的安全保障很好。缺點：增加了主機和物理存儲設備之間的時延，但由于I/O在固定的通道中傳輸，限制了其擴展性。對于降低虛擬化的復雜性和簡化管理方面，實現有困難。

帶外——又叫不對稱虛擬：是在數據通路外的存儲虛擬化服務器上實現的虛擬功能，典型實現：EMCInvista。優勢一，由于主機直接將虛擬化存儲指令分配到目的設備上，I/O運行不再受到增加等待時間或帶寬的制約。優勢二，由于元數據服務器不與主機交換信息,而是和智能端口交換信息，加大了其易操作性和擴展性。優勢三，由于大多數的I/O運算在智能交換機內由端口的處理器直接處理，如果需要增加規模，只需要增加更多的處理器，適合大規模擴展配置，支持當前所有的大規模數據中心資源服務層—存儲虛擬化技術2021/2/754。基于存儲控制器的存儲虛擬化：

在存儲設備內部或存儲子系統內部實現存儲虛擬化，根據采用的方案不同，RAID、鏡像、盤到盤的復制以及基于時間的快照都采用了此類虛擬化。通過虛擬化，虛擬磁帶庫、虛擬光盤庫等都得以在存儲子系統中加以實現。與帶內方式的存儲虛擬化相似。典型實現：HDSUSP和IBMStorwizev7000。

優勢：在存儲子系統上的虛擬可以將存儲和主機獨立起來，不會過多地占用主機的資源，可以使主機將其資源有效地運用在應用服務上。

缺點：對其后臺所使用的具體硬件兼容性要求很高，在存儲設備升級和擴容過程中需要受到某些限制。資源服務層—存儲虛擬化技術2021/2/755資源服務層—存儲虛擬化技術總結存儲虛擬化磁盤虛擬化塊虛擬化磁帶、磁帶驅動器、磁帶庫虛擬化文件系統虛擬化文件/記錄虛擬化基于主機的虛擬化基于網絡的虛擬化基于存儲控制器的存儲虛擬化帶內虛擬化帶外虛擬化實現結果實現位置實現方式2021/2/756網絡設備虛擬化：

一種是可將一臺物理網絡設備虛擬成多個虛擬網絡設備，并且分別為各虛擬網絡設備配置獨立的吞吐帶寬、通信端口、內存、存儲空間以及管理權限。增加了網絡設備的利用率，節省了硬件成本及能耗；典型實現：思科Nexus系列交換機（支持VDC技術）另一種是指可以將多臺物理網絡設備集合為一臺虛擬網絡設備，由其中一臺網絡設備對所有虛擬出的網絡設備進行統一的維護和管理，提高了可管理性和維護效率，并且在虛擬網絡設備包含的物理網絡設備之間去除了生成樹協議并支持多路徑負載均衡機制。典型實現：思科Nexus系列交換機（支持Fabric擴展技術）、博科VDX系列交換機（支持虛擬集群交換技術（VCS））網絡轉發資源的虛擬化（異構網絡的融合）：通過單一的、高可靠的萬兆以太網（或更高速率）來統一承載數據和存儲等流量，融合多種不同類型的業務流量。為了實現這種融合，可以同時區分以太網流量和存儲流量并且采用不同的處理方式來處理這兩種流量。這種融合可使數據中心網絡高度統一化、核心化。典型實現：思科的Nexus系列交換機和博科的VDX系列資源服務層—網絡虛擬化技術2021/2/757管理平臺和服務界面管理平臺層

對虛擬資源的統一管理，為業務系統提供開放、集成的服務，為管理者提供易管理和推廣的資源分配管理途徑。現有的管理平臺工具，基本都能實現跨平臺。但根據用戶的云平臺管理需求，可對工具進行定制性開發。典型實現：IBMSystemsDirector、DELLAIM、VMwarevCenter和MicrosoftsystemCenter。服務界面層

與業務關聯合作，根據業務需求進行相應的開發，虛擬資源通過web門戶和編程接口，以自動化目錄形式向用戶提供虛擬化服務。2021/2/758云安全層在此層，國際上有相應的標準可以應用——CSA，對云服務的主要安全關注點分為治理和運行2個領域，共涉及12個具體的關鍵域。對于層中的安全監控等有成熟工具的需要向管理平臺提供接口，其他無工具的安全管理點需要定制開發。運行維護層云計算平臺建成后必須建立相應的運行維護團隊，并配備相應的專業人員并制定相關的業務流程，才能保證云計算平臺的有效運行。業務流程涉及云資源池內各種系統資源的流程化管理。在云資源管理中，主要包括了服務器和虛擬機、存儲資源、以及網絡資源的使用和監控過程的流程化管理。建立流程化的管理，不僅提供用戶和管理人員的便捷而直觀的操作方式、實現自動化過程和自助化服務模式，而且也確保了系統使用的分規范性。通過對業務流程的管理，用戶和相關的管理人員根據相應權限可以實現對各類資源的申請、使用、查詢和銷毀等操作。云資源池管理的關鍵業務流程，涉及了各種資源、服務的全生命周期，可以概括為：資源申請，資源使用，資源查詢，資源告警，資源回收云安全和運行維護2021/2/759

云計算標準化是云計算推廣和應用的前提，也是云計算的終極目標。目前國內外有不少組織已經開始探討云計算標準化的問題，希望在未來的云計算核心技術發展中獲得一定的話語權。云計算標準化包含的內容非常廣泛，比如軟件開發的標準化、網格計算的標準化、資源管理接口的標準化等。

資源層虛擬和操作系統層硬件平臺存儲平臺平臺層數據挖掘信息搜索并行計算海量存儲任務調度計費支付用戶狀態通信位置內容分發應用軟件層應用代碼定制代碼第三方軟件SaaSPaaSIaaSHA開放API云應用云平臺運營管理故障管理計費管理性能管理配置管理安全管理網絡平臺