信息技术（电子信息类）课件 云计算

云计算“新一代信息技术系列丛书信息技术（电子信息类）第一章01云计算概述云计算概述一、云计算的产生与发展互联网自1960年开始兴起，主要用于军方、大型企业等之间的纯文字电子邮件或新闻集群组服务，直到1990年才开始进入普通家庭。随着Web网站与电子商务的发展，网络已经成为目前人们的生活必需品之一。云计算也正成为信息技术产业发展的战略重点，全球的信息技术企业都在纷纷向云计算转型。云计算是2007年3月诞生的新名词，由于它具有提供弹性和动态的IT基础设施、保证服务质量的计算环境和可配置的软件服务的能力,因此在2007年底就作为一个热门话题而兴起。云计算是一种商业计算模型，它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使用户按需获取计算力、存储空间和信息服务。云计算是为企业提供的具有普适性和灵活性、在Internet上向一个可配置的计算资源共享池按需访问的模型。云计算概述01020304微软发布其公共云计算平台(WindowsAzurePlatform)，由此拉开了微软的云计算大幕。同样，云计算在国内也掀起了一场风波，许多大型网络公司纷纷加入云计算的阵列。2008年2019年8月17日，北京互联网法院发布《互联网技术司法应用白皮书》;发布会上,“互联网技术司法应用中心”揭牌成立。2019年8月17日我国云计算市场规模达到1781亿元，增速为33.6%。其中，公有云的市场规达到990.6亿元，同比增长43.7%，私有云的市场规模达791.2亿元，同比增长22.6%。2020年1月，阿里软件在江苏南京建立首个“电子商务云计算中心”。同年11月，中国移动云计算平台“大云”计划启动。目前，云计算已经发展到了一个较为成熟的阶段。2009年一、云计算的产生与发展云计算的理解分为狭义和广义两类是指IT基础设施的交付和使用模式;狭义云计算云计算概述二、云计算的内涵与特性云计算是近5年兴起的一种网络应用模式。该应用的独特性在于，它是完全建立在可自我维护和管理的虚拟资源层上的。是指服务的交付和使用模式。广义云计算这种服务可以是IT和软件、互联网相关的，也可以是任意其他服务，它具有超大规模、虚拟化、可靠安全等独特功效。010203040506计算资源的集成提高设备的计算能力。平台模块化设计体现高可扩展性。分布式数据中心保证系统的容灾能力。虚拟资源池为用户提供弹性服务。软、硬件相互隔离减少设备的依赖性。按需付费降低使用成本。云计算概述二、云计算的内涵与特性云计算具有以下几个特点:云计算的发展目标有以下几点:云计算概述三、云计算的发展目标和意义123国家明确要求以大数据、云计算为核心完成未来信息化系统的建设，统筹各类数据，构建大数据取之于民、用之于民的整体蓝图;以整合为核心目标，统一基础设施建设，集中管理数据资源，依托云计算实现标准化、科学化、精准的业务支撑体系;建立统一资源数据平台，有效提升基础设施的利用率，杜绝重复建设、投资浪费现象;4促进信息共享，实现业务协同，杜绝烟肉式的建设方式;5优化资源配置，提升服务能力，使人力和信息资源得到最充分的利用和配置，提升为民服务的能力和水平。云计算概述三、云计算的发展目标和意义中华人民共和国工业和信息化部(以下简称工信部)总结了云计算的以下几个重大意义。(1)从宏观层面来看，云计算作为一种新一代产业经济的重要驱动力，正在渗透到经济和社会的各个领域，对我国经济和社会的发展产生更加深远的影响。(2)从促进信息消费层面来看，云计算创造了消费增量市场。随着商业化的不断成熟，云计算不但推动了传统各行各业信息化浪潮，也带来了信息消费巨大的新增市场空间。(3)改变个人用户信息消费的模式，用户可以随时随地获得按需定制和灵活收费的云服务。消费模式的变革将带来市场空间持续扩大，也将改变消费者的购买习惯。(4)促进经济发展和转型，助力节能减排绿色发展，推动新兴产业的发展。(5)促进软件和信息技术服务业的转型升级。从资源配置的角度来看，云变得越复杂，终端的功能就变得更庞大。云计算的应用，几乎与所有的计算和存储资源都可以连接在一起。(6)从服务的内容角度来看，互联网将提供更多层次的服务，这和传统的软件厂商相比从产品的开发、服务的提供到商业模式和商业形态都发生了根本的变化。(7)从资源耗费的角度来看，云计算所耗费的成本将明显降低。02云计算系统的系统架构云计算系统的系统架构一、云计算系统架构的参考模型从不同的角度来看，云计算系统架构的复杂性有一定的差异性。在最易于理解的二维视角下，云计算系统架构由两个部分组成:前端和后端。基础设施包括硬件和管理软件两个部分。其中硬件包括服务器、存储器、网络交换机等;管理软件负责高可用性、可恢复性、数据一致性、应用伸缩性、程序可预测性和云安全等。应用程序是呈现给客户和计算机用户的部分，包括客户的计算机网络和用户用来访问云应用程序的界面。在这种二维视角下，云计算架构由基础设施和应用程序两个维度组成。云计算系统的系统架构一、云计算系统架构的参考模型1云基础设施架构的分层结构从二维视角下可以将云基础设施架构看作一个整体，它与云应用程序一起组成云计算系统架构的二维视图，然而云基础设施架构本身并非一个不可分割的整体，而是一个可以被再次分层的结构。通常来说，云基础设施架构由四层组成:虚拟化层Web服务层服务总线层客户机界面云计算系统的系统架构一、云计算系统架构的参考模型2REST架构:云计算的软件架构尽管云基础设施架构在逻辑上分为四层，四层之间的软件架构技术纽带可以采用表述性状态转移(RepresentationalStateTransfer，REST)架构。在很多应用场景下，云计算系统架构应该采用无状态、基于服务的架构。REST架构是无状态的架构中的一种。云计算采用REST架构的原因是其简单、开放，并已经在互联网上实现。REST架构体现的正是Web架构的特征:源服务、网关、代理和客户。云计算系统的系统架构一、云计算系统架构的参考模型2REST架构:云计算的软件架构REST架构的主要特点组件交互的伸缩性:参与交互的组件数量可以无限扩展。界面的普遍性:IT界人士都熟悉REST架构的界面风格。组件发布的独立性:组件可以独立发布，无须与任何组件进行事先沟通。无状态连接:客户机上、下文不保存在服务器中，每次请求都需要提供完整的状态。客户机/服务器模型:使用统一的界面来分离客户机和服务器。（1）（2）（3）（4）（5）这是根据云计算服务的消费者来源划分的，划分标准如下:二、云计算系统的部署模型123如果一个云端的所有消费者只来自一个特定的单位组织(如微算科技公司)，那么就是私有云;如果一个云端的所有消费者来自两个或两个以上特定的单位组织，那么就是社区云;如果一个云端的所有消费者来自社会公众，那么就是公共云;4如果一个云端的资源来自两个或两个以上的云，那么就是混合云。云计算系统的系统架构云计算有4种部署模型公共云私有云社区云混合云03云计算系统的使能技术云计算系统的使能技术云计算系统运用了许多技术，包括：分布式技术虚拟化技术云平台技术云计算系统的使能技术一、分布式技术云计算系统可以是一个庞大的信息处理系统，在该系统中，大量服务器、存储设备、数据库、网络设备等分布在不同网络位置和物理位置。该系统就是利用分布式技术，将一个大任务划分成多个子任务并分配给系统中不同的处理节点，然后把各个节点的处理结果进行有机整合，最终产生所需要的结果。分布式技术既提高了工作效能，又充分盘活了系统中各种空闲的软、硬件资源。分布式系统是云计算中最基础的架构，其中包括分布式应用和服务。分布式系统有3个特点一致性可用性容错性云计算系统的使能技术一、分布式技术分布式系统中常用的技术有以下4种分布式计算是一种计算方法，和集中式计算是相对的。分布式计算将该应用分解成许多小的部分，分配给多台计算机进行处理。这样可以节约整体计算时间，大大提高计算效率。1.分布式计算网格计算是分布式计算的一种类型。网格计算在松耦合资源环境中得到应用，用来实现复杂的工作负载管理和信息虚拟化功能。网格计算也是一种与集群计算非常相关的技术。2.网格计算并行计算是指同时使用多种计算资源解决计算问题的过程，是提信息技术(电子信息类)高计算机系统计算速度和处理能力的一种有效手段。3.并行计算分布式文件系统就是分布式+文件系统，从文件系统的客户使用者来看，它就是一个标准的文件系统，提供了一系列应用程序编程接口，实现文件或目录的创建、移动、删除和对文件的读写等操作。4.分布式存储云计算系统的使能技术二、虚拟化技术虚拟化是云计算系统中的一种基础技术，可以说当前一个云计算服务必定是构建在虚拟化的基础上的。虚拟化使在一台物理服务器上可以运行多台虚拟机，虚拟机共享物理机的CPU、内存、I/O硬件资源，但逻辑上虚拟机之间是相互隔离的。对于虚拟化技术最早的研究出现于20世纪50年代1959年，克里斯托弗斯·特雷奇(ChristopherStrachey)在国际信息处理大会上发表了一篇名为《大型高速计算机中的事件共享》“TimeSharinginLargeFastComputers”的学术论文。起初，虚拟化技术的出现源于对分时系统的需求，它解决了早期操作系统只能处理单任务而不能处理分时多任务的问题。这里解释两个基本概念。虚拟化技术的发展经历了几十年云计算系统的使能技术三、云平台技术云计算平台也称为云平台，是指基于硬件资源和软件资源的服务，提供计算、网络和存储能力。以数据存储为主的存储型云平台以数据处理为主的计算型云平台云计算平台可以划分为3类以及数据/存储处理兼顾的综合云计算平台云平台一般具备以下特征1硬件管理对使用者/购买者高度抽象2使用者/购买者对基础设施的投入被转换为运营成本04云计算系统的服务与管理云计算系统的服务与管理云计算系统架构分为服务和管理两大部分。在服务方面，主要以提供用户基于云的各种服务为主,共包含3个层次:基础设施即服务(IaaS)、平台即服务(PaaS)、软件即服务(SaaS)。平台即服务PaaS位于云计算三层服务的中间，通常也称为云操作系统。它提供给终端用户基于互联网的应用开发环境，包括应用编程接口和运行平台等，支持应用从创建到运行整个生命周期所需的各种软硬件资源和工具。基础设施即服务(InfrastructureasaService,IaaS)软件即服务IaaS位于云计算三层服务的最底端，它通常按照所消耗资源的成本进行收费。该层提供的是最基本的计算和存储能力，以计算能力的提供为例，其提供的基本单元就是服务器，包含CPU、内存、存储、操作系统及一些软件。(PlatformasaService,PaaS)(SoftwareasaService,SaaS)SaaS是最常见的云计算服务，位于云计算三层服务的顶端。用户通过标准的Web浏览器来使用Internet上的软件。服务提供商负责维护和管理软、硬件设施，并以免费或按需租用方式向最终用户提供服务在管理方面，主要以云的管理层为主，它的功能是确保整个云计算中心能够安全、稳定地运行，并且能够被有效管理。05云计算安全云计算安全一、云计算系统安全技术云计算的节点种类多样、位置分布稀疏且无法有效控制。同时，云服务提供商(cloudservicesprovider，CSP)在传输、处理和存储数据过程中均存在泄露隐私的风险。随着云计算与软件即服务模式的成熟发展，云计算安全需求的重点有以下几个方面。010203040506可信访问控制数据隐私保护密文检索与处理虚拟安全技术数据存在与可使用性证明云资源访问控制07可信云计算云计算安全二、云安全相关法律法规主要存在的问题如下云计算存在数据安全的问题，有可能会侵犯用户的隐私权、著作权、商业机密等。有些问题需要在技术方面进行完善，另外一部分问题需要依靠法律法规进行约束。123第三方托管数据主要包括信息安全、数据权力、知识产权、政府监管、分包协议。第三方托管数据云计算是一种分布式系统，服务提供商会建立多个数据中心，遍布世界各地，所以用户无法确定特定数据的具体物理位置。不确定数据中心的位置云计算技术的开发与应用没有统一的标准与规范，这是限制其发展的瓶颈。全球各大云计算中心都制定了自己的技术开发标准，推出了不同的云计算产品。这加大了全球云服务商兼容技术的难度，也提高了相应的安全风险。缺失统一的标准与规范云计算安全二、云安全相关法律法规方法一，云安全联盟与《云安全指南》方法二，NIST与《公有云计算安全及隐私管理指南》针对上面存在的问题，主要有以下两种解决方法：云安全联盟(CloudSecurityAlliance)成立于2009年4月22日的RSA年会上，是一个“成员驱动”的非营利性组织。云安全联盟于2017年7月发布《云计算关键领域的安全指南第4版》(以下简称《云安全指南》)。《云安全指南》是云安全联盟的第一个研究成果，在云计算领域有很大的影响力。该指南结合业界案例，针对法律、电子证据、虚拟化、数据移植与互操作等方面为云计算安全实践提供了详细的建议。美国国家标准与技术研究院(NationalInstituteofStandardsandTechnology，NIST)作为美国商务部下属的一家非监管性联邦机构。《公有云计算安全及隐私管理指南》是NIST在2011年12月下旬发布的，长达80页，也是NIST在云安全领域发布的第一份指导性文件。该文件概述了公有云计算在安全与隐私方面所面临的挑战，在此基础上就企业外包数据、应用、基础设施，给公共云提出了一些针对性的建议。06云计算的创新实践123工业云与智能制造农业云与智慧农业政务云与电子政务4金融云与智慧银行云计算的创新实践5商贸云与新零售678城市大脑与新型智慧城市云医院与云制药教育云与智慧教育9物流云与应急服务10微信小程序的云开发实践07云计算未来展望云计算未来展望一、云计算与新技术的融合如今，一些新技术(基于云计算或与云计算高度可互操作)为人们的工作与生活带来了极大的便利，但它们也增加了云计算的复杂性。下面对这些新技术进行简要介绍。01020304容器将多个软件包装在一个软件容器中。容器本身承载软件，并且仅包含所需的基本要素(库和配置)，其文件在计算环境之间移动。容器它将笨重的整体应用程序分解为许多更小的、联合的服务或“模块”。微服务可以持续交付最新更新的软件。微服务无服务器也被称为功能性服务，允许应用程序在云平台上更快、更高效地运行。无服务器DevOps的重点是持续集成持续交付。它既是一种技术转变，也是一种文化转变。DevOps云计算未来展望一、云计算与新技术的融合如今，一些新技术(基于云计算或与云计算高度可互操作)为人们的工作与生活带来了极大的便利，但它们也增加了云计算的复杂性。下面对这些新技术进行简要介绍。050607物联网这个庞大的传感器网络将产生海量的数据。物联网和云计算通常都是独立运行的，但这两种技术有着不可分割的联系。物联网规模日益巨大的数据及数量逐渐众多的用户，迫使越来越多的服务必须由处理节点分布在不同机器上的数据中心提供。为数据中心开发出高效可靠的操作系统必定是未来的发展趋势。大数据人工智能技术在塑造未来将发挥巨大作用。凭借其可以独立于工作人员协助而学习的软件的承诺，人工智能成为一款强大的工具，其巨大的潜力使所有其他工具相形见绌。人工智能云计算未来展望二、云计算产业生态及其地位根据NIST的定义，云计算是由一个可配置的共享资源池组成的，该资源池提供网络、服务器、存储、应用程序和服务等多种软、硬件资源，具备自我管理能力，用户只需要少量参与就可按需获取资源。1云计算产业发展现状按照部署方式，云计算技术分为混合云、公有云和私有云。