云计算架构PPT课件

云计算体系结构，1，Outline，3.1云计算的本质3.2云计算的体系结构3.3云堆栈和云主体3.4软件定义的数据中心3.5实践：open stack，data science，statistics，machine learning，domain execution，3.1云计算的本质，3.1.1创新概念：将IT作为服务，3.1.2云计算系统工程3.1.3云数据中心3.1.4云的工作负载模型3.1.5云计算的规模效应，3。3.1.1创新概念：将IT作为服务销售，云计算将所有IT资源包装为服务，即“将IT作为服务销售”。不能轻视IT作为服务的概念。尽管主机时代，作为服务的IT概念仍然具有破坏性。我们大多数人已经习惯了拥有自己的IT资产，因此在别人拥有IT资产的方式上存在着无意识的矛盾。但是，如果仔细分析这个问题，就会发现IT是作为服务的自然演进。4，3.1.2云计算系统工程，一个好的组织需要优秀的管理员，云计算需要配置大量计算资源，然后一起工作，那么云计算必须为大规模系统提供科学的管理方法。此方法可以解决资源组织管理过程中的各种问题。示例：在增加节点和扩展系统规模的同时，几乎可以确保系统性能的线性提高。在系统可能出现问题的情况下，确保整个系统的稳定运行。当面临不同的业务需求时，可以快速重新配置资源，以适应新的体系结构中的变化。为此，云计算必须创新地组织各种技术，以实现所谓的“系统工程”的各种功能。5，3.1.3云数据中心，当前云数据中心部署有两种主要模式：一种是现有模式：机房建设、布线、机械布置后连接。另一个数据中心是基于容器的数据中心。谷歌创立的这种模式可以使用容器作为计算机房，每个容器最多部署2500台服务器，堆叠或并排放置容器，并通过容器之间的布线形成巨大的数据中心。6，图3.1典型数据中心，7，3.1.4云中的工作负载模型，模式1:即时停止模式2:使用量增加模式3:瞬时暴胀模式4:周期性增减模式，8，3.1.5云计算的规模效应和云计算的规模效应大大减少了用户使用IT资源的阈值。用户无需设置长期投资。如果有更多的客户，则购买更多的处理能力和存储容量，从而支付更多的费用；业务减少时，购买更少的处理能力和存储容量，从而减少支付的成本。云计算平台实际上可以24小时/7天/365天运行。9，3.2云计算的体系结构，3.2.1计算体系结构的演进3.2.2典型云计算体系结构的二维视角，10，3.2.1计算体系结构的进化，计算机出现后，计算机的硬件和软件都经历了漫长的进化。计算范式的范围从集中式计算(主机计算)到客户机服务器计算、浏览器服务器计算、混合计算模式。不同的计算范式对应于不同的计算体系结构，每个计算体系结构对应于其历史时期。11，1 .集中式体系结构，集中式体系结构对应于集中式计算范式。在此体系结构中，所有计算和计算资源、业务逻辑集中在一台大型机或主机上，用户使用只有输入和输出功能的显示终端与主机连接进行交互。12，2 .客户端/服务器(C/S)体系结构，客户端/服务器(C/S)方案对应于同名的计算范例。计算任务从单个主机部分迁移到客户端。客户机托管少量计算任务和所有I/O任务，服务器托管关键计算任务。客户端在执行操作之前连接到主机，并在活动期间保持与主机的持续连接。客户端通常通过远程过程调用使用服务器的功能和服务。，13，3 .多层客户机/服务器计算范例的中间层体系结构。客户端/服务器体系结构的改进旨在简化和提高可扩展性。业务逻辑和数据服务分别部署在两台服务器上，客户端连接到中间服务器，中间层连接到数据服务层，客户端的数据访问由中间层代理执行。图3.10显示了中间层体系结构的示意图。14，图3.10中间层计算体系结构，15，4 .浏览器/服务器(B/S)体系结构、浏览器/服务器体系结构对应于浏览器/服务器计算范例。此体系结构是在更改客户端和中间层含义后扩展中间层计算体系结构的结果。中间层的更改可以在中间层和客户机之间添加web服务器层，从而阻止中间件的各种差异并提供公用用户访问界面。客户机更改反映在负载减少中，在托管计算操作中，更改为仅显示和运行部分基于浏览器的脚本程序的状态。16，图3.11浏览器/服务器计算体系结构，17，5 .C/S和B/S混合体系结构；c/S是与B/S混合体系结构相对应的混合计算范例。在应用程序的发展中，没有适合每个场景的计算范例，也没有适合所有应用程序的计算体系结构。结果是C/S和B/S混合体系结构，即客户端服务器和浏览器服务器两种体系结构共存的计算体系结构。18，6 .在面向服务的计算体系结构中，每个程序在执行其自己的任务的同时公开服务，以便在其他程序中使用，多个程序通过一个集成(服务请求)界面协调任务。与单个系统相比，这些系统将复杂性限制在可控制的范围内，从而使整个系统更易于管理。19，3.2.2一般云计算体系结构的二维视角从不同的角度看，云计算体系结构的复杂性存在一些差异。从最易于理解的二维角度看，云计算体系结构包括前端和后端两部分。前端是提供给客户或计算机用户的部分，包括客户的计算机网络和用户用于访问云应用程序的web浏览器等界面。后端是我们常说的“云”由服务器、数据存储设备、云管理软件等多种组件组成。20，图3.14云计算体系结构的二维图，21，图3.15云基础架构的层次结构，1 .基础结构的层次结构，22，22，2 .REST体系结构：云计算的软件体系结构；REST反映了web体系结构的特征：源服务、网关、代理和客户。最大的特点是，除了参与者的动作规格外，对个别组件没有限制。REST体系结构的主要特征包括：组件交互组件的可扩展性：您可以无限制地扩展参与交互组件的组件数。界面的普遍性：IT行业熟悉REST的界面风格。组件发布的独立性：组件可以独立发布，无需事先与任何组件通信。客户机/服务器模型：使用集成界面隔离客户机和服务器。无状态连接：客户机上下文不存储在服务器上，必须为每个请求提供整体状态。23，3 .云应用程序的结构，图3.16云应用程序的软件结构，图3.18是该应用程序显示云平台的体系结构，24，3.3云堆栈和云，3.3.1云堆栈3.3.2云卷3.3.3所有都是服务，25，3.3.1云堆栈，云堆栈称为在云之上创建的生产环境。支持应用程序的发布、执行、监视、调度、可扩展性，并为应用程序(如访问控制和权限管理)提供辅助服务的机制。Microsoft的WindowsAzure、Google的AppEngine和VMWare的CloudFoundry是云平台。在云堆栈中，每个层都提供抽象。底部是物理硬件层，随后的每个层都离物理现实更远，易用性增加了一点。每一层用于实现抽象的手段是一种或一种服务，也称为功能。如果两个服务位于同一抽象层，则属于云堆栈的同一层。，26，图3.19云计算的垂直云堆栈体系结构(左图)和传统计算机系统结构(右图)，27，1 .第三层云堆栈体系结构，在第三层模式下，云计算可以简单地概括为IaaS、PaaS、SaaS，即作为服务的基础架构、平台服务和软件服务。作为服务的基础架构可以称为实用程序计算，作为服务的平台可以称为灵活计算，作为服务的软件可以称为按需应用程序(On-demandApplications)图3.20云堆栈的三层模型，28，三层模型中各层的功能和特征，(1)作为服务的基础架构层，(2)作为服务的平台层，(3)作为服务的软件层SaaS的主要特征如下：基于网络(通常是web模式)远程访问的商业软件；集中管理，而不是分布在每个用户站点；应用程序交付通常接近一对多模型，即单实例多租户体系结构。按使用情况计费(实际上通常按月或其它期间计费)。29，2 .四层云堆栈体系结构，四层云堆栈模式是三层云堆栈模式的简单变体。该模式分解了三层模式的基础架构层，将内部硬件部分和虚拟化部分分为两层。一个是硬件层，另一个是虚拟资源层(参见图3.24)。图3.24四层云堆栈模型，30，3.5层云堆栈模型，1层：固件/硬件层2层：软件内核层3层：云基础资源层4:云软件环境层5层：云应用程序层，图3.24层云堆栈模型，31，3.3.2云，云是云计算的物质基础，是用于云计算的资源集合。通过网络连接到构成云计算的硬件和软件环境，例如网络、服务器、存储、交换机等。在某些情况下，大范围云可能包括数据中心和辅助设施，例如电源、空调、机架、冷却等。当前的云计算基于数据中心，因此云就是数据中心。32，图3.27云平台的计算环境，33，3.3.3是服务对象，包括水平或垂直云堆栈体系结构。无论是三层结构、四层结构或五层结构、公共、私有或混合或其他云：无论是容量暴增、周期性增减，还是稳定使用，云计算的本质服务都不能改变。用一个短语描述云计算：IT是服务。云计算的本质是IT涵盖作为服务的基础架构、作为服务的平台、作为服务的软件或作为服务的x。在这种情况下，用户最初需要承担的IT资产的采购、配置、运营和维护责任几乎转移到了所有服务提供商，这样他们就可以轻松地完成安装，并专注于核心业务，而不必在客户未能完成的物流上耗费大量人力和物力。34，定义为3.4软件的数据中心，3.4.1数据中心的历史3.4.2继续发展的原动力3.4.3软件定义的必要性3.4.4软件定义数据中心的体系结构分析3.4.5软件定义数据中心的发展，35。3.4.1数据中心的历史，数据中心是数据集中存储、计算和交换的中心。从硬件的角度来看，对计算设备工作环境的印象最直观。因此，数据中心的发展与计算机的发展(包括差别化存储和网络设备)密切相关。36，3.4.1数据中心的历史，20世纪60年代应用了很多商用计算机，其中最具代表性的是IBM的主机系列。所有这些都是占用数十吨、数百平方米面积的巨大数量，与这些机器的缓慢计算速度和小型数据存储大小有些不成比例。在当时，拥有一台这样的电脑费用很高，但同时部署多台电脑房更是奇思妙想。20世纪80年代随着大规模集成电路的发展，出现了很多比较便宜的小型计算机。数据的存储和计算呈分布式趋势，越来越多的小型计算机部署在政府、公司、医院、学校等场所。信息交换依赖于磁盘、磁带等介质。在90年代，计算工作变得越来越复杂，原来的小型计算机开始充当客户端，数据库查询迁移到服务器端等大规模工作开始扩散，直接主导了数据中心的发展。37，图3.28IBM主机房(左)和现代数据中心(右)，38，进入21世纪的互联网是社会发展的主要力量，从技术发展到运营规模，数据中心经历了前所未有的发展高潮。几乎所有企业都需要高速网络和互联网连接，公司的运营在IT中。IDC(InternetDataCenter)出现了。这是第一家将数据中心运营作为主要业务的企业。IDC竞争购买最新的计算机、最快的网络连接设备和存储设备、应用最新的IT管理软件和管理流程，并在数据中心吸引更多internet用户。3.4.1数据中心历史，39，图3.29数据中心的发展，40，尽管3.4.2持续发展的驱动力、数据中心的发展和管理模型的成熟，但对于数据中心系统管理员来说，传统模型的数据中心仍然存在很多问题。1.太多的机器2。机器的利用率太低。3 .应用程序迁移太困难。4 .存储需求增长过快，41。由于3.4.3软件定义的需要，数据中心的管理员、应用程序系统的开发人员和最终用户都认识到从硬件中抽象、集中和管理数据中心的各种组件，以及提供集成服务的重要性。如果需要在现有数据中心部署业务系统(如文件和打印服务)，如图3.30所示，请为该业务分区存储空间，分配运行文件和打印服务的服务器，并配置服务器和存储的网络。42，图3.30现有数据中心的资源，43，3.4.4软件定义了数据中心的体系结构分析，需求推动了软件定义数据中心的发展。通过回顾上述开发路径，可以从系统分析的角度描述软件定义数据中心中包含的部分或层，以及实现这些组件所需的关键技术和整个系统提供的交互接口。44，1 .分层细分，图3.31软件是数据中心的分层模型，45，1 .分层细分、现有数据中心的系统软件和应用程序软件位于硬件之上。但是，在软件定义数据中心中，硬件的功能必须抽象到具有集成计划管理的资源池中，计算、存储和网络资源的抽象方法各不相同。(1)软件定义计算(2)软件定义存储(3)软件定义网络，46，2 .界面和标准，47，3.4.5软件定义数据中心开发，1 .推进需求，先驱2。新技术开发，快速发展3。巨大的空间开发，正在构建标准，48，3.5练习：OpenStack，3.5.1原始描述OpenStack3.5.2OpenStack组件简介3.5.3使用环境OpenStack，49，3.5.1原始描述OpenStack，OpenStack为在云计算中控制计算(服务器)、存储和网络，甚至应用资源提供了一个通用平台。可以通过基于web的界面、命