云計(jì)算基礎(chǔ)培訓(xùn)

云計(jì)算基礎(chǔ)培訓(xùn)DICT系統(tǒng)集成中心2020年10月目錄

云計(jì)算定義云計(jì)算核心技術(shù)一二云計(jì)算趨勢(shì)三云計(jì)算的概念云計(jì)算是一種“按需購(gòu)買，按量付費(fèi)”的服務(wù)模式。這種模式能夠提供便捷的、按需的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，可配置的計(jì)算資源，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。

--美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）企業(yè)B企業(yè)A企業(yè)C企業(yè)A企業(yè)B企業(yè)C通信網(wǎng)絡(luò)云平臺(tái)服務(wù)商IT資源的集中和共享資源到架構(gòu)的全面彈性廣泛網(wǎng)絡(luò)連入按需自助服務(wù)快速?gòu)椥陨炜s 計(jì)量付費(fèi)服務(wù)資源池化共享基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS) 平臺(tái)即服務(wù)(PaaS) 軟件即服務(wù)(SaaS)基本特征服務(wù)部署方式公有云私有云混合云行業(yè)云云計(jì)算的歷史（1）基于虛擬機(jī)的云計(jì)算（2006-今）云計(jì)算概念最早起源于產(chǎn)業(yè)界內(nèi)的大型IT企業(yè)。2006年Amazon最早推出了云計(jì)算產(chǎn)品EC2（ElasticComputeCloud）；2007年，IBM、Google將公司內(nèi)部進(jìn)行的一些分布式計(jì)算項(xiàng)目稱為“云計(jì)算”，云計(jì)算的概念由此在業(yè)界流行開(kāi)來(lái)。此后十余年間，隨著產(chǎn)業(yè)界各企業(yè)的廣泛參與，云計(jì)算概念和范圍不斷擴(kuò)大。云計(jì)算的歷史（2）容器興起和編排大戰(zhàn)（2008-2018）2013年Docker發(fā)布，容器逐步替代虛擬機(jī)，云計(jì)算進(jìn)入容器時(shí)代2017年底，kubernetes贏得容器編排的勝利，云計(jì)算進(jìn)入云原生時(shí)代云計(jì)算的三大服務(wù)模式IaaS（InfrastructureasaService，基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）：即將計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)施封裝成服務(wù)交付給用戶。PaaS（PlatformasaService，平臺(tái)即服務(wù)）：即提供一個(gè)創(chuàng)建、托管和部署應(yīng)用程序的環(huán)境，使開(kāi)發(fā)人員專注于應(yīng)用程序本身。SaaS（SoftwareasaService，軟件即服務(wù)）：即直接將應(yīng)用以云服務(wù)的方式交付給用戶。客戶自己管理云服務(wù)商管理虛擬化數(shù)據(jù)庫(kù)中間件應(yīng)用數(shù)據(jù)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心主機(jī)托管IaaSPaaS數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器/存儲(chǔ)SaaS虛擬化數(shù)據(jù)庫(kù)中間件應(yīng)用數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器/存儲(chǔ)虛擬化/云管平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中間件應(yīng)用數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器/存儲(chǔ)虛擬化/云管平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中間件應(yīng)用數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器/存儲(chǔ)虛擬化數(shù)據(jù)庫(kù)中間件應(yīng)用數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器/存儲(chǔ)云計(jì)算三大部署模式公有云公有云資源（如服務(wù)器和存儲(chǔ)空間）由第三方云服務(wù)提供商擁有和運(yùn)營(yíng)，這些資源通過(guò)Internet提供。在公有云中，所有硬件、軟件和其他支持性基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)均為云提供商所擁有和管理。如移動(dòng)云。安全顧慮。許多企業(yè)擔(dān)心將重要數(shù)據(jù)托管在公共環(huán)境，有數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險(xiǎn)。性能超賣問(wèn)題。公有云是面向租戶，絕大多數(shù)存在性能超賣問(wèn)題，導(dǎo)致租戶性能達(dá)不到購(gòu)買需求。缺點(diǎn)方便。云計(jì)算對(duì)用戶端的設(shè)備要求低，使用起來(lái)也最方便。易擴(kuò)展。為存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)提供了幾乎無(wú)限多的空間。優(yōu)點(diǎn)云計(jì)算三大部署模式私有云私有云由專供一個(gè)企業(yè)使用的云計(jì)算資源構(gòu)成。服務(wù)和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)始終在私有網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行維護(hù)，硬件和軟件專供企業(yè)使用。這樣，私有云可使企業(yè)更加方便地自定義資源，從而滿足特定的IT需求。如山東黃金云。前期成本高。建立一個(gè)私有云可能包含前期費(fèi)用，使用費(fèi)和維護(hù)、管理資源。缺點(diǎn)自主可控。私有云是為一個(gè)企業(yè)單獨(dú)使用而構(gòu)建的，只屬于這個(gè)企業(yè)，完全掌控。數(shù)據(jù)私密性好。私有云運(yùn)行在專網(wǎng)內(nèi)可以通過(guò)安全措施實(shí)現(xiàn)很好的數(shù)據(jù)保護(hù)。優(yōu)點(diǎn)云計(jì)算三大部署模式混合云混合云通常被認(rèn)為是“兩全其美”，它將本地基礎(chǔ)架構(gòu)或私有云與公有云相結(jié)合，可利用這兩者的優(yōu)勢(shì)。在混合云中，數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序可在私有云和公有云之間移動(dòng)，從而可提供更大靈活性和更多部署可行性。網(wǎng)絡(luò)顧慮。通常需要高可靠性，低延遲的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)保障能否達(dá)到要求是主要考慮的地方。缺點(diǎn)操作靈活?；旌显?，是目標(biāo)架構(gòu)中公有云、私有云的結(jié)合。所以可以在私有云上運(yùn)行關(guān)鍵業(yè)務(wù)，在公有云上進(jìn)行開(kāi)發(fā)與測(cè)試、web業(yè)務(wù)等。操作靈活性較高。可靠性高?？蓪?shí)現(xiàn)私有云和公有云間的數(shù)據(jù)災(zāi)備，提升系統(tǒng)靈活性和可靠性。優(yōu)點(diǎn)目錄云計(jì)算定義云計(jì)算核心技術(shù)一二云計(jì)算趨勢(shì)三虛擬化云計(jì)算的基礎(chǔ)技術(shù)是虛擬化技術(shù)：每部署一個(gè)應(yīng)用需使用一臺(tái)服務(wù)器，很多時(shí)侯服務(wù)器CPU是空閑的、磁盤是空閑的，使用效率不高。有人提出要把這些空閑的資源分享同時(shí)使用，于是，發(fā)明了虛擬化技術(shù)，就是把一臺(tái)服務(wù)器虛擬成多臺(tái)虛擬機(jī)（VM），規(guī)模化部署，提高使用率，且可以少買機(jī)器，省錢。資源獨(dú)享，平均利用率10%-20%擴(kuò)容時(shí)間長(zhǎng)48核256G20%2核4G4核8G10%20%…50%2核4G8核32G10%30%50%…資源共享，平均利用率80%突破資源限制按需使用，動(dòng)態(tài)擴(kuò)容云主機(jī)物理服務(wù)器虛擬化虛擬化，是指通過(guò)虛擬化技術(shù)將一臺(tái)物理計(jì)算機(jī)虛擬出多臺(tái)邏輯計(jì)算機(jī)，并能夠使得多個(gè)邏輯計(jì)算機(jī)同時(shí)運(yùn)行于同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，同時(shí)每個(gè)邏輯計(jì)算機(jī)相互獨(dú)立運(yùn)行且互不影響，從而顯著提高計(jì)算機(jī)的工作效率。AppA、AppBHostOS（宿主機(jī)操作系統(tǒng)）Server（硬件）GuestOS（虛擬機(jī)操作系統(tǒng)）HostOSServer（硬件）Hypervisor（VMM）GuestOSBins/LibsAppABins/LibsAppBHostOSServer（硬件）DockerEngineBins/LibsAppABins/LibsAppB虛擬機(jī)（VirtualMachine）是由虛擬化層（hypervisor/VMM）提供的高效、獨(dú)立的虛擬計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。擁有自己的虛擬硬件（CPU、內(nèi)存、I/O設(shè)備）。通過(guò)虛擬化層的模擬，對(duì)應(yīng)用看來(lái)，就像運(yùn)行在真實(shí)的服務(wù)器上一樣。重量級(jí)輕量級(jí)IT資源獨(dú)立操作系統(tǒng)必須與硬件緊耦合物理層虛擬化操作系統(tǒng)與硬件分離應(yīng)用之間資源隔離操作系統(tǒng)層虛擬化降低虛擬化損耗一次構(gòu)建，到處運(yùn)行CPU虛擬化R2288HV5服務(wù)器有2個(gè)CPU，每個(gè)CPU有12核，每核超線程為2。服務(wù)器物理CPUCPU內(nèi)核超線程虛擬CPUR2288HV5服務(wù)器處理器1處理器2內(nèi)核1內(nèi)核2內(nèi)核12...內(nèi)核13內(nèi)核14內(nèi)核24...超線程1超線程2超線程47超線程48vCPU1vCPU2vCPU47vCPU48......系統(tǒng)可用的vCPU總數(shù)=Socket數(shù)（CPU個(gè)數(shù)）xCore數(shù)（內(nèi)核）xThread數(shù)（超線程）x虛擬化比例物理硬件軟件調(diào)度虛擬資源分布式技術(shù)控制器端口有限，擴(kuò)容有瓶頸單副本存儲(chǔ)，可靠性達(dá)到3個(gè)9分布式存儲(chǔ)架構(gòu)理論上可無(wú)限擴(kuò)容三副本存儲(chǔ)，可靠性達(dá)到11個(gè)9分布式技術(shù)是將數(shù)據(jù)分散存儲(chǔ)在多臺(tái)服務(wù)器上，通過(guò)分布式軟件和網(wǎng)絡(luò)將這些分散的存儲(chǔ)資源“連接”起來(lái)，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)資源容量“無(wú)限”大。存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)1存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)N………存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)99索引節(jié)點(diǎn)集群…客戶端存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)集群客戶端通過(guò)索引節(jié)點(diǎn)查找數(shù)據(jù)存放位置復(fù)制集中式存儲(chǔ)將設(shè)備集中在一起管理，分配存儲(chǔ)資源給眾多服務(wù)器使用。分布式存儲(chǔ)將本地磁盤通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，形成一個(gè)理論無(wú)限大的存儲(chǔ)資源池。集中式存儲(chǔ)架構(gòu)硬盤框控制器交換機(jī)前端設(shè)備兩臺(tái)控制器互為主備存儲(chǔ)上限僅2PB負(fù)載均衡負(fù)載均衡（LoadBalance）通過(guò)流量分發(fā)來(lái)提升應(yīng)用系統(tǒng)的服務(wù)能力，通過(guò)消除單點(diǎn)故障來(lái)提升應(yīng)用系統(tǒng)的可用性。例：客戶很多，一個(gè)服務(wù)大廳，設(shè)一排服務(wù)窗口，采用排隊(duì)機(jī)排號(hào)，哪個(gè)服務(wù)窗口空閑就去找哪個(gè)。負(fù)載均衡客戶端1……客戶端9999大量并發(fā)請(qǐng)求云主機(jī)1云主機(jī)2云主機(jī)3數(shù)據(jù)庫(kù)彈性伸縮彈性伸縮（AutoScaling），是根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)需求和策略，經(jīng)濟(jì)地自動(dòng)調(diào)整彈性計(jì)算資源的管理服務(wù)。例：原本有3個(gè)服務(wù)窗口,客戶持續(xù)增加，動(dòng)態(tài)增加服務(wù)窗口的數(shù)量。配置服務(wù)量模板服務(wù)量超過(guò)某個(gè)值時(shí),自動(dòng)增加服務(wù)量不足某個(gè)值時(shí),自動(dòng)減少負(fù)載均衡客戶端1……客戶端9999大量并發(fā)請(qǐng)求云主機(jī)1云主機(jī)2云主機(jī)3數(shù)據(jù)庫(kù)動(dòng)態(tài)增加云主機(jī)n目錄云計(jì)算定義云計(jì)算核心技術(shù)一二云計(jì)算趨勢(shì)三軟件架構(gòu)演進(jìn)軟件架構(gòu)的發(fā)展經(jīng)歷了從單體架構(gòu)、垂直架構(gòu)、SOA架構(gòu)到云原生架構(gòu)（微服務(wù)架構(gòu)）的過(guò)程。目前正處于SOA架構(gòu)到云原生架構(gòu)的過(guò)渡階段。單體架構(gòu)云原生架構(gòu)SOA架構(gòu)垂直架構(gòu)應(yīng)用所有功能集成于一個(gè)系統(tǒng)展示層應(yīng)用層數(shù)據(jù)庫(kù)按照功能將應(yīng)用部署在不同的服務(wù)器上，各應(yīng)用之間互相調(diào)用管理系統(tǒng)電子商城財(cái)務(wù)系統(tǒng)將每個(gè)應(yīng)用程序的不同服務(wù)進(jìn)行拆分，服務(wù)間通過(guò)接口和協(xié)議交互將每個(gè)服務(wù)分為功能專一的微服務(wù)，每個(gè)微服務(wù)可以獨(dú)立開(kāi)發(fā)，測(cè)試云原生=微服務(wù)+DevOps+持續(xù)交付+容器化持續(xù)交付微服務(wù)容器化DevOps1995年左右2000年左右2010年左右2018年提出云計(jì)算經(jīng)歷三個(gè)發(fā)展階段，正在進(jìn)入云原生時(shí)代云1.0：虛擬化云2.0：自動(dòng)化云3.0：云原生計(jì)算虛擬化引入計(jì)算虛擬化技術(shù)，將企業(yè)IT應(yīng)用與底層基礎(chǔ)設(shè)施徹底分離解耦將多個(gè)企業(yè)IT應(yīng)用實(shí)例及運(yùn)行環(huán)境復(fù)用在相同的物理服務(wù)器上，提高資源使用效率，降低成本軟件定義與統(tǒng)一管理引入業(yè)務(wù)平面的軟件定義存儲(chǔ)（SDS）和軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)IT資源的高度彈性和可擴(kuò)展性引入管理平面的云管理平臺(tái)，對(duì)各類資源進(jìn)行統(tǒng)一管理，通過(guò)自助服務(wù)、按需開(kāi)通、按量計(jì)費(fèi)的模式實(shí)現(xiàn)資源供應(yīng)的靈活性和自動(dòng)化云原生與業(yè)務(wù)重構(gòu)引入容器、微服務(wù)等技術(shù)，天然支持應(yīng)用的自動(dòng)擴(kuò)展、業(yè)務(wù)高可用等特性，用戶無(wú)需關(guān)注IT細(xì)節(jié)，只需聚焦業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)提供數(shù)據(jù)庫(kù)、大數(shù)據(jù)、人工智能等豐富多彩的服務(wù)，支持應(yīng)用快速實(shí)現(xiàn)引入DevOps等技術(shù)，增強(qiáng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力，使云成為驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新的新型“操作系統(tǒng)”資源共享，提升利率自動(dòng)化，提升效能研發(fā)運(yùn)營(yíng)一體化，驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新云原生技術(shù)快速發(fā)展，將重構(gòu)IT運(yùn)維和開(kāi)發(fā)模式微服務(wù)架構(gòu)容器技術(shù)公有云私有云研發(fā)運(yùn)營(yíng)一體化（DevOps）敏捷開(kāi)發(fā)管理持續(xù)交付自動(dòng)化運(yùn)維應(yīng)用設(shè)計(jì)安全風(fēng)險(xiǎn)管理松耦合應(yīng)用架構(gòu)敏捷基礎(chǔ)設(shè)施管理理念云原生：定義與解讀2015年2018年包含三個(gè)方面：應(yīng)用容器化、面向微服務(wù)架構(gòu)、應(yīng)用支持容器的編排調(diào)度云原生技術(shù)有利于各組織在公有云、私有云和混合云等新型動(dòng)態(tài)環(huán)境中，構(gòu)建和運(yùn)行可彈性擴(kuò)展的應(yīng)用。云原生的代表技術(shù)包括容器、服務(wù)網(wǎng)格、微服務(wù)、不可變基礎(chǔ)設(shè)施和聲明式API。這些技術(shù)能夠構(gòu)建容錯(cuò)性好、易于管理和便于觀察的松耦合系統(tǒng)。結(jié)合可靠的自動(dòng)化手段，云原生技術(shù)使工程師能夠輕松地對(duì)系統(tǒng)作出頻繁和可預(yù)測(cè)的重大變更。CNCF的定義演進(jìn)經(jīng)過(guò)多次演進(jìn)，業(yè)界普遍定義：利用云計(jì)算的先進(jìn)特性，采用像容器（Docker）、微服務(wù)（如SpringCloud、Istio、Dubbo等）、容器編排（K8s）等先進(jìn)技術(shù)，在云上開(kāi)發(fā)和部署可擴(kuò)展應(yīng)用的一種方法或者理念我們的解讀：云原生（CloudNative）本質(zhì)上是對(duì)應(yīng)用提出的要求，讓應(yīng)用更好的適應(yīng)云，盡可能利用云的能力來(lái)構(gòu)建應(yīng)用，不再關(guān)注與業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)的IT細(xì)節(jié)；從云的角度，云應(yīng)該提供更多的資源和能力，減少應(yīng)用的投入，促進(jìn)客戶業(yè)務(wù)敏捷云原生下的應(yīng)用形態(tài)演變非原生務(wù)實(shí)版理想版夢(mèng)想版云只能提供有限的能力，應(yīng)用需要自行實(shí)現(xiàn)云提供大部分能力，部分云未能提供的能力依然需要應(yīng)用自行實(shí)現(xiàn)云提供絕大部分能力，只是在某些特定環(huán)節(jié)無(wú)法完全剝離和解耦云提供所有能力，所有環(huán)節(jié)都完全解耦云原生：不是對(duì)1.0/2.0的顛覆而是升級(jí)云計(jì)算從以資源編排（分配）為主體的的時(shí)代進(jìn)入以應(yīng)用編排（調(diào)度）為主體的時(shí)代，資源和應(yīng)用編排缺一不可，但是主次發(fā)生變化，資源編排層（IaaS）為應(yīng)用編排層（PaaS）的基礎(chǔ)資源編排層（IaaS層）主要完成計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)管理和資源編排功能，并提供標(biāo)準(zhǔn)API接口應(yīng)用編排層（PaaS層）主要完成工作負(fù)載、DevOps、微服務(wù)治理、應(yīng)用編排資源和應(yīng)用編排能力需要聯(lián)動(dòng)整合，通過(guò)云管平臺(tái)統(tǒng)一對(duì)客戶呈現(xiàn)資源編排應(yīng)用編排應(yīng)用編排為主體（調(diào)度）資源編排為主體（分配）提供資源管理的標(biāo)準(zhǔn)化API計(jì)算管理虛機(jī)/裸金屬供應(yīng)高可用/熱遷移資源模板存儲(chǔ)管理塊/對(duì)象/文件供應(yīng)高可用/熱遷移數(shù)據(jù)備份網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)流量控制安全組/防火墻資源隔離資源編排資源統(tǒng)一編排彈性擴(kuò)縮工作負(fù)載應(yīng)用模板包管理高可用DevOps持續(xù)集成持續(xù)發(fā)布敏捷開(kāi)發(fā)微服務(wù)治理服務(wù)發(fā)現(xiàn)服務(wù)治理服務(wù)監(jiān)控應(yīng)用編排應(yīng)用統(tǒng)一編排應(yīng)用彈性擴(kuò)縮統(tǒng)一呈現(xiàn)資源和應(yīng)用編排能力云原生：主流云服務(wù)商K8S與資源管理平臺(tái)技術(shù)并存Ope