信息与智能科学导论-教案-07

7.云计算导论曹鉴华天津科技大学1主要内容云计算概述云计算技术基础云计算的应用

2云计算定义云计算是什么？简单来说就是互联网服务。“云”非常形象地刻画了互联网的特征：抽象且无处不在。用户只要有条件连上互联网，就可以按照自己的需要购买和使用云计算服务。3

云计算的由来在云计算概念诞生之前，很多公司就可以通过互联网发送诸多服务，比如订票、地图、搜索，以及其他硬件租赁业务，随着服务内容和用户规模的不断增加，对于服务的可靠性、可用性的要求急剧增加，这种需求变化通过集群等方式很难满足要求，于是各公司通过在各地建设数据中心来达成。对于像Google和Amazon这样有实力的大公司来说，有能力建设分散于全球各地的数据中心来满足各自业务发展的需求，并且有富余的可用资源，于是Google、Amazon等就可以将自己的基础设施能力作为服务提供给相关的用户，这就是云计算的由来。在云计算的概念诞生后，从IBM、Google、Amazon到Dell、微软、阿里等，这些公司都在不遗余力地推进云计算的发展，并且都从各自的角度诠释着云计算以及相关的应用。4身边的云计算百度搜索百度每天的搜索量超过60亿次。在百度首页输入搜索关键词时，用户很快就可以获取与关键词相关联的结果，而且结果还有一定的次序规则。5身边的云计算电商平台据报道，2018年双十一阿里巴巴天猫全天交易额达到2135亿，而2017的成交总额为1682亿元，增长了30%以上。这而对电商公司的IT网络技术也是非常巨大的挑战，每日的用户数据、交易数据、物流数据等都是以千万条、上亿条计，如2017年阿里云在双十一高峰期每秒钟处理32.5万个订单请求，支付宝在峰值时，每秒处理25.6万笔交易。6身边的云计算12306铁路售票中心12306是中国铁路客户服务中心网站的简称，是世界上规模最大的实时票务交易系统。在2018年铁路春运期间，12306的点击量超过1500亿次，高峰时每秒售出近700张火车票。7身边的云计算天网监控系统在计算能力超强的云计算平台的支持下，天网监控系统依靠动态人脸识别技术，能够准确识别出40多种人脸的特征，可以根据视角不同、光线明暗差异、动态静态条件等，准确识别出人脸。此外，该系统的速度也非常惊人，可实现每秒比对30亿次，1s就能将全国人口“筛”一遍，2s便能将世界人口“筛”一遍。动态人脸识别技术的准确率也非常高，目前1:1识别准确率已经达到99.8%以上，而人类肉眼的识别准确率为97.52%。。8云计算概念及特征从狭义上理解，云计算就是基于互联网的计算服务，如常见的数据统计分析、高精度图形渲染等。从广义上理解，云计算是指服务的交付和使用模式，即通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务。这种服务可以与IT和软件、互联网相关，也可以是任意其他服务。9美国国家标准和技术研究院（NationalInstituteofStandardTechnology）给出了云计算的定义：云计算是一种按使用量付费的模型，可以随时随地、便捷地、按需地从可配置的计算资源共享池中获取所需的计算资源（包括网络、服务器、存储、应用程序及服务），资源可以快速供给和释放，只需投入较少的管理工作。

云计算概念及特征10（1）超大规模。（2）虚拟化（3）高可靠性（4）通用性（5）高可扩展性（6）按需服务（7）极其廉价（8）潜在的危险性云计算业务模型11IaaS基础设施即服务PaaS平台即服务SaaS软件即服务…一切即服务云计算业务模型12IaaS基础设施即服务IaaS主要包括计算机服务器、通信设备、存储设备等，能够按需向用户提供计算能力、存储能力或网络能力等IT基础设施类服务，也就是能在基础设施层面提供服务。通俗理解就是通过Web浏览器直接租用服务器、存储和网络硬件，然后自行安装操作系统及应用软件，而不是在本地购买这些硬件设施。对于用户而言，可节省硬件维护成本和场地，同时还可以随时扩展所需要的硬件资源能力。亚马逊、微软、VMware、Rackspace、RedHat、阿里云、华为云等都有IaaS业务。云计算业务模型13PaaS平台即服务对比“硬件+操作系统/开发工具+应用软件”的传统计算机架构，PaaS平台层提供类似操作系统和开发工具的功能，也就是通过互联网为用户提供一整套开发、运行和运营应用软件的支撑平台。用户无须购买硬件和软件，只需利用PaaS平台，就可以创建、测试、部署和运行应用及服务。微软公司的WindowsAzure和谷歌公司的GAE，是目前PaaS平台中最为知名的两个产品。谷歌公司的云计算平台支持很强的容灾性，支持应用的快速自动部署和任务调度，能提供多并发用户的高性能感受。云计算业务模型14SaaS软件即服务简单地说，SaaS就是一种通过互联网提供软件服务的软件应用模式。在这种模式下，用户不需要花费大量投资用于硬件、软件和开发团队的建设，只需要支付一定的租赁费用，就可以通过互联网享受相应的服务，而且整个系统的维护也由厂商负责。。国内外知名云15目前国内外比较知名的公有云服务提供商包括亚马逊的AWS、微软的Azure、谷歌的Cloud，以及国内的阿里云、腾讯云、移动云等。云计算技术基础16云计算硬件技术基础云计算是一种新的IT资源及能力的互联网服务模式，其IT资源与能力建立在大量坚实的物理基础之上。与传统个人计算机系统类似，云计算系统也包括计算、存储和通信三个子系统。云计算硬件技术基础17计算设备在云计算系统中，计算设备常统称为主机（Host），是支撑系统运行的最基础设施。主要包括服务器、大型机、服务器集群、笔记本电脑、台式计算机、平板电脑、智能手机、虚拟机等。在主机中与计算直接相关的设备主要是中央处理器（CPU）和内存。目前CPU厂商主要为英特尔和AMD，在服务器CPU方面主要选择Intel至强系列和AMD皓龙系列的产品。目前还有一种常见的图形处理器（GraphicsProcessingUnit，GPU）芯片，在浮点运算、并行运算等方面，GPU可以提供优于CPU性能数十倍乃至上百倍的性能，GPU已成为大数据计算不可或缺的设备。云计算硬件技术基础18存储设备常见的存储介质有光盘、硬盘、闪存驱动器（U盘、固态硬盘）等。磁盘阵列（RedundantArraysofIndependentDisks，RAID）：即独立磁盘构成的具有冗余能力的阵列。RAID是一项将多个磁盘驱动器合并到一个逻辑单元中，并提供保护和提高性能的技术。网络存储技术：服务器和存储节点自身携带的存储器容量远远不能满足业务应用的需求时，外置网络存储成为数据存储的主要存储区域，主要包括光纤通道存储区域网络（FC-SAN）、IP通道存储区域网络（IP-SAN）、网络连接存储（NetworkAttachedStorage，NAS）。3．网络通信云计算系统中除了主机可以作为计算节点，还有各式各样的数据通信技术可以实现网络间的互连，网络通信设备及部件都是连接到网络中的物理实体。网络通信设备包括中继器、交换机、路由器、网关、防火墙等19云计算硬件技术基础云计算核心技术基础20分布式云计算的硬件底层包括大量的服务器集群。当把每个服务器看作一个计算机节点时，云计算系统由许多计算机节点通过互联网技术连接在一起构成。在进行云计算、云存储时，需要将任务通过网络分配到各个节点上，数据中心负责调度，共同完成任务。其中的关键就是分布式技术。云计算核心技术基础21分布式系统概念分布式系统是指一组通过网络进行通信、为了完成共同任务而协同工作的计算机节点组成的系统。其基本思想是将一件任务分给多台机器，所有机器一起合作完成任务。与团队协作思想类似，将任务按一定规则分配给每个队员，充分调动队员的能动性和积极性，最后再由团队领导者进行统一汇总，保质保量完成任务。云计算核心技术基础22分布式计算什么是分布式计算？简单点理解就是将大量的数据分割成多个小块，由多台计算机分工计算，然后将结果汇总。为什么需要分布式计算？因为“大数据”来了，数据量远远超出单个计算机的处理能力范围。有可能是单位时间内的数据量大，例如，在12306网上买票，每秒可能有数以万计的访问；也可能是数据总量大，例如，百度搜索引擎要在服务器上检索数亿条中文网页信息。目前分布式计算经典的商业应用解决方案是采用HadoopMapReduce。云计算核心技术基础23分布式计算什么是分布式计算？简单点理解就是将大量的数据分割成多个小块，由多台计算机分工计算，然后将结果汇总。为什么需要分布式计算？因为“大数据”来了，数据量远远超出单个计算机的处理能力范围。有可能是单位时间内的数据量大，例如，在12306网上买票，每秒可能有数以万计的访问；也可能是数据总量大，例如，百度搜索引擎要在服务器上检索数亿条中文网页信息。目前分布式计算经典的商业应用解决方案是采用HadoopMapReduce。云计算核心技术基础24分布式存储在海量数据集应用场景下，单台机器无法实现完整的数据存储，就需要将数据切片后分散存储在多台设备上，利用多台设备分担存储负荷，提高系统可靠性、存取效率和可扩展性。分布式文件系统如图所示。云计算核心技术基础25虚拟化虚拟化作为一种资源管理技术，将计算机的各种实体资源，如服务器、网络、内存以及存储等，予以抽象、转换后呈现出来，打破实体结构间不可分割的障碍，使用户可以更好地应用这些资源。用户可以构建出最适应需求的应用环境，从而节省成本，并使这些资源的利用率得到最大化。云计算核心技术基础26虚拟化分类按使用介质分类：硬件虚拟化、软件虚拟化按应用分类：

存储虚拟化

网路虚拟化

服务器虚拟化

应用虚拟化

桌面虚拟化云计算典型案例27云计算与工业制造随着信息化技术的发展，工业互联网/工业云也成为各个国家的国家发展战略。如美国2012年提出国家制造业创新网络，德国2013年提出工业4.0计划，日本在2017年推出互联工业计划，欧盟提出智能制造路线图计划。中国也在2015年正式提出“中国制造2025”战略规划，明确提出大力发展工业互联网的计划，实现互联网+先进制造业的深度融合。如表7-3中、美、德三国有关工业智能互联的特点对比。云计算与工业制造国家目标主要特征中国智能制造基于泛在网络，借助新兴制造技术、新兴信息技术、智能科学技术及制造应用领域技术等4类技术深度融合的数字化、网络化、智能化技术新手段，构成以用户为中心的统一经营的智能制造资源、产品与能力的服务云（网），使用户通过智能终端及制造服务平台，便能随时随地按需获取制造资源、能力与产品服务德国智能工厂、智能生产基于CPS实现3个集成：

纵向集成，解决企业内部不同层面各系统之间的集成，提高生产线柔性

横向集成，实现全价值链上所有企业之间集成和社会化协作

端到端集成，满足客户的定制化需求，实现“按需生产”美国万物互联基于泛在互联网，将人、产品、制造装备、数据、能力、智能分析与决策和执行系统等智能地连接在一起，构成一个人、信息空间与物理空间融合的智能制造系统，大大提高制造业的创新能力、制造能力和服务能力，进而实现工业的再革命28云计算典型案例29云计算与融媒体随着微博、微信、Facebook、抖音、快手等社交媒体的兴起，传统纸媒体和广播电视媒体遇到了很大的挑战。5G移动互联网通信技术也很快投入商用，未来的新闻将更加多元化。近几年传统媒体结合互联网信息技术，充分利用互联网的优势，形成了“互联网+媒体”的产业格局。融媒体开始得到关注。融媒体是充分利用媒介载体，把广播、电视、报纸等既有共同点，又存在互补性的不同媒体，在人力、内容、宣传等方面进行全面整合，实现“资源通融、内容兼融、宣传互融、利益共融”的新型媒体。图7-13所示为融媒体平台的基本架构。30浙江长兴传媒集团的媒体融合实践，被国家新闻出版广电总局列为2016年面向全国推广的17个典型案例之一。2011年4月，长兴传媒集团由原来的广播电视台、宣传信息中心、县委报道组、政府网新闻版块四个单位整合组建而成，成为了全国第一家县级传媒集团。2012年，集团将报社和广电的采访资源整合，成立了全媒体采访中心。2016年搭建融媒体中心，把采编人员聚到一起；2017年开始全域融合，打造中央厨房，把采编融到一起；2018年进一步深化融合，将内容生产与经营进一步融合，将指挥平台的功能进一步拓展。云计算与融媒体云计算典型案例31云计算与健康医疗

2015年3月，我国发布的《关于印发全国医疗卫生服务体系规划纲要（2015—2020年）》提出开展健康中国云服务计划，积极应用移动互联网、物联网、云计算、可穿戴设备等新技术，推动惠及全民的健康信息服务和智能医疗服务，推动健康大数据的应用，逐步转变服务模式。健康云医院是通过大数据、云计算、物联网技术、医疗设备和医疗管理应用系统构成的健康管理及医疗服务共享服务平台，为政府、医院、医生构造高效、安全、可靠、可监管的协同医疗体系。32云计算与健康医疗云计算应用实践331．腾讯云体验腾讯云虽然起步较晚，但受益于其社交和游戏业务拥有的巨大流量和用户，发展非常迅速。腾讯云提供的产品类型非常丰富，包括基础云存储、云计算、云