云基础与应用实战 课件 第1章 云计算概述

云基础与应用实战CloudFoundationsandApplicationPractice第1章云计算概述单元学习目标：了解云计算发展的历史；理解云计算的基本概念；掌握云计算的特征；认识云计算的商务优势；知晓云计算的未来发展。第1章

云计算概述

1.云计算产生背景科学技术的不断进步，特别是近20年来新一代信息技术的快速发展及其在科学、工程、经济和社会领域的广泛应用，产生出大量规模庞大、结构复杂，需要保存并经过复杂计算才能分析处理的数据信息。传统高性能计算系统技术繁杂，价格昂贵，其系统架构与并行处理算法紧密相关，导致系统扩展缺乏弹性，通常只能依靠增加硬件规模来提升系统计算能力。传统高性能计算系统的升级及维护需要耗费大量的人力、物力、财力，不仅造成系统规模日渐庞大、结构日趋复杂，还会带来高能耗、机房空间紧张、系统成本上升等一系列问题。因此，面对海量数据存储和处理的巨大需求，迫切需要一种具有高可扩展性、容易部署与使用，并且成本低廉的新型计算模式，来应对数据规模和业务类型的快速增长。1.1

云计算技术演进

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云计算技术演进

图1-12010年-2025年全球数据规模年增长趋势2.云计算服务基本要素⑴计算具有广泛的社会需求传统模式下，为向更多用户提供更多、更好的服务，组织（企业）需要持续扩充基础设施、升级服务器硬件、改进软件业务系统来满足不断增长的业务需求。这势必导致业务系统规模不断扩大、结构日益复杂，系统运营费用也不断增加。大多数个人计算机使用者不是计算机专业人士，通常不需要使用高性能计算对海量数据进行复杂处理，一般不会购买昂贵且使用率不高的高性能计算设备和收费软件，也尽可能避免自行解决复杂的计算机软硬件问题。这意味着，人们注重的是所获得的数据处理能力如何帮助其完成自身业务、提高工作效率、甚至个人消费和娱乐。1.1

云计算技术演进2.云计算服务基本要素⑵计算资源管理与服务的远程按需获取信息技术的进步，特别是互联网技术的发展，解决了云计算要广泛地服务于社会需要解决的“计算”资源管理与服务的远程按需获取问题。分布式技术、虚拟化技术，特别是互联网技术发展，奠定了分布式计算资源管理与计算服务远程按需获取的技术基础，实现了计算资源、数据库，乃至应用程序基于互联网的大规模协作与共享，使人们得以通过互联网远程按需获取计算资源与服务。1.1

云计算技术演进2.云计算服务基本要素⑶规模经济促使计算成本大幅下降经过十多年高速发展，云计算技术日渐成熟，云服务供应商不断增加，云服务类型日益拓展，越来越多的组织（企业）和个人转而使用云服务供应商提供的各种云计算服务，开启从本地计算模式向云计算模式的迁移。规模扩张促使云服务供应商通过网络将海量服务器连接构成“云计算”服务平台，再通过互联网为全球用户按需提供计算资源和应用服务。效率提升和“规模经济”带来的云计算资源与服务成本下降，使云服务供应商能以降价方式回馈云计算消费者，吸引更多云计算用户。1.1

云计算技术演进1.1

云计算技术演进1.2

走进公有云从业者的世界1.公有云从业者职业前景⑴从市场规模来看全球云计算行业发展迅速，市场规模不断扩大。预计在大模型等高新技术持续推升算力需求的态势下，到2026年全球云计算市场将突破万亿美元。政策红利的影响和数字化转型需求的拉动，云计算细分市场得到了超预期发展。预计未来云计算行业规模，特别是公有云细分市场规模，仍将保持较高的增长速度。而此过程也必然会为云计算人才，特别是公有云从业者提供更为广阔的发展空间。1.2

走进公有云从业者的世界1.公有云从业者职业前景⑵从企业发展来看2021年以来，我国先后发布一系列政策文件，将云计算列为数字经济重点产业，通过引领企业上公用云，赋能传统产业转型升级。在地方层面，截至2022年，已有31个省市根据地方发展情况发布云计算产业引导性政策文件。在国家和地方政策的持续激励下，云计算应用已从互联网拓展至政务、金融、工业、医疗、交通等领域。特别值得注意的是，国家和各省市发展规划都十分重视加速推动中小企业“上公用云”。这意味着，随着云计算技术，特别是公有云计算应用的深化，各行业领域未来将为云从业者提供更多的岗位。1.2

走进公有云从业者的世界1.公有云从业者职业前景⑶从人才需求来看云计算技术体系的成熟和发展，促使越来越多的组织开始从传统IT架构向云计算架构转型。Gartner预测，到2025年，将会有超过85%的组织采用云优先原则。随着云计算与各行业领域广泛、持续的深度融合，规模型企业陆续实现业务云端化，必将产生对云计算技术人才的大量需求。进入云计算普惠发展期，各行业企业日常运营高度依赖云业务系统。面对激烈的市场竞争，作为云计算应用实施和优化的主体，云计算技术人才的竞争也将成为充分发挥协同效应，为企业和社会发展提供持续稳定增长动力的不容忽视和最重要的一环。据工信部统计预测，未来数年将是我国云计算技术人才需求相对集中的时期，预计每年云计算技术人才总体需求缺口将高达数十万。1.2

走进公有云从业者的世界2.公有云从业者认知及所需技能1.2

走进公有云从业者的世界2.公有云从业者认知及所需技能⑴基础理论知识包括操作系统知识、计算机网络知识、程序设计知识、数据库知识、软件工程知识、分布式系统知识、信息安全知识。1.2

走进公有云从业者的世界2.公有云从业者认知及所需技能⑵技术基础知识包括服务器、网络、存储等硬件知识，虚拟化和容器技术知识，分布式数据存储、任务调度知识，云服务技术知识，高可用与负载均衡知识，云计算平台安装，配置和调试知识，云资源管理和分发知识，云计算平台开发知识，云计算平台网络，存储，监控知识，云应用开发知识，云计算平台架构知识，云计算平台服务管理知识。1.2

走进公有云从业者的世界2.公有云从业者认知及所需技能⑶安全知识包括云服务器、网络、存储等硬件设备安全管理知识，云机房安全管理知识，云计算平台用户身份鉴别与访问安全控制知识，云安全管理知识，云计算平台应急响应管理知识，信息系统安全等级保护知识。1.2

走进公有云从业者的世界3.证明自己——亚马逊云科技认证及学习路径1.2

走进公有云从业者的世界1.2

走进公有云从业者的世界证明自己——亚马逊云科技认证及学习路径⑴亚马逊云科技CertifiedCloudPractitioner（云从业者认证）了解亚马逊云科技云概念；了解亚马逊云科技云中的安全性和合规性；了解核心亚马逊云科技服务；了解亚马逊云科技云的经济性。1.2

走进公有云从业者的世界证明自己——亚马逊云科技认证及学习路径⑵SolutionsArchitect-Associate（助理级架构认证）具有亚马逊云科技计算、联网、存储、管理和数据库等服务和管理方面的知识和技能；能够识别和定义涉及亚马逊云科技技术的解决方案的技术要求；能够识别哪些亚马逊云科技服务满足给定的技术要求；了解在亚马逊云科技上构建架构完善的解决方案的最佳实践方法；了解亚马逊云科技全球基础设施；了解与传统服务相关的亚马逊云科技安全服务和功能。1.2

走进公有云从业者的世界证明自己——亚马逊云科技认证及学习路径⑶SysOpsAdministrator-Associate（助理级运维认证）具有至少1年的亚马逊云科技技术实践经验；具有在亚马逊云科技上部署、管理和运行工作负载的经验；了解亚马逊云科技架构完善的框架；了解亚马逊云科技管理控制台和AmazonWebServicesCLI的实践经验；了解亚马逊云科技网络和安全服务实施安全控制和合规性要求的实践经验。1.2

走进公有云从业者的世界证明自己——亚马逊云科技认证及学习路径⑷Developer-Associate（助理级开发认证）深入了解至少一种高级编程语言；使用亚马逊云科技服务API、CLI和软件开发工具包（SDK）编写应用程序；确定亚马逊云科技服务的主要功能；了解亚马逊云科技责任共担模式；使用持续集成和持续交付（CI/CD）管道在亚马逊云科技上部署应用程序；1.2

走进公有云从业者的世界证明自己——亚马逊云科技认证及学习路径⑷Developer-Associate（助理级开发认证）使用亚马逊云科技服务并与之交互；应用对云原生应用程序的基本理解来编写代码；使用亚马逊云科技安全最佳实践编写代码（例如：在代码中使用IAM角色而不是秘密密钥和访问密钥）；在亚马逊云科技上制作、维护和调试代码模块。1.3

云计算基础知识1.云计算概念云计算是通过互联网按需提供计算能力、数据库、存储、应用程序和其他IT资源，并采用按实际使用量付费的定价模式。——亚马逊云科技云计算是一种根据使用量付费的模式，该模式提供对可配置计算资源共享池（例如，网络、服务器、存储、应用程序及服务）便捷的、按需的网络访问，这些资源能够快速的提供或释放而只需要最少的管理工作或与服务提供者的互动。——美国国家标准与技术研究院（NIST）1.3

云基础知识2.云计算技术特征⑴按需自助服务云计算平台利用虚拟化技术实现计算资源的池化和可度量，并以此为基础实现平台的CPU、内存、存储设备、网络等硬件资源和服务管理的自动化，从而大幅提升云计算平台应对频繁变化而又难以预测的服务环境的能力。云计算平台计算资源和服务管理的自动化对云计算用户也是透明的，用户可以通过自助方式，按需获取并配置云计算资源和服务，包括资源与服务的申请、注销、使用、管理等。云计算平台将根据云计算用户的设置自动为其分配所需计算资源和服务，而不需要云服务供应商人工加以配置。1.3

云基础知识2.云计算技术特征⑵广泛的网络接入云计算平台以互联网为基础，联接分布于不同地理位置的数据中心并将其CPU、内存、存储设备、网络等资源整合为相应的计算资源池、内存资源池、存储资源池等虚拟资源池，进而构建成大型分布式计算资源与服务共享系统。用户可以使用各种类型智能终端（笔记本电脑、平板电脑、手机等），通过标准网络协议，便捷访问并获取云计算资源和服务。云服务供应商可以从全局视角综合分析、统一协调、高效可靠地管理各数据中心的计算资源和服务，并在广大地域范围内实施资源部署、迁移和云计算服务，快速发现并恢复系统故障，进而通过自动化、智能化手段实现整个云计算平台的可靠运营，为用户提供更好的云计算资源和服务。1.3

云基础知识2.云计算技术特征⑶计算资源池化云服务供应商运用虚拟化技术，一方面，将CPU、内存、存储设备、网络等计算资源整合成虚拟资源池，并根据云计算用户需求，采用“多租户模型”在用户间动态分配计算资源池的资源（物理的或者虚拟的），为众多云计算用户同时提供服务；另一方面，通过对池化的计算资源进行更为精细的划分，可以提高计算资源的分配和使用效率。云计算用户不需要控制或了解其所获取计算资源的确切地理位置，只需要在更高层面（如国家或数据中心）指定区域。1.3

云基础知识2.云计算技术特征⑷快速弹性架构（RapidElasticity）云服务供应商使用资源池的虚拟化CPU、内存、存储设备、网络等资源构建虚拟计算架构，一方面，通过计算资源的加入或撤出计算系统，可以实现系统架构的快速扩展和收缩；另一方面，不同型号计算设备可以方便地加入或撤出资源池，避免传统解决方案由于购置不同型号计算设备而导致机型繁杂，管理困难等问题，大幅降低硬件采购成本、减轻平台运行维护难度和工作量。由于业务变化及其不同的计算资源消耗特性，用户对计算资源的需求可能出现快速扩展或收缩。因此，要及时满足云计算用户的业务需求，需要云计算平台能够快速部署或释放计算资源。对于云计算用户而言，云计算平台可以视为能够无限提供计算资源。1.3

云基础知识2.云计算技术特征⑸

可度量的服务基于对CPU、内存、存储设备、网络等资源使用情况的实时、持续监控，云服务供应商恰当地运用指标量化计算资源、核算服务成本，并自动配置云计算资源和服务，以优化计算资源使用率，提升云服务质量。云计算用户则可以在自身业务变化与计算资源和服务需求间建立某种动态关联，使其可以根据其业务需求自动、快速、灵活扩展或收缩所使用的计算资源和服务，保障其业务性能并降低成本。此外，云服务供应商通过选择不同度量指标，监控并报告不同类型服务对计算资源的使用情况，可以深度分析并刻画云计算用户需求变化与云计算资源和服务间的潜在关系，为云计算平台未来发展战略提供参考。1.3

云基础知识3.云计算商务优势截止2022年，亚马逊云科技已连续10年获评Gartner云基础设施即服务（IaaS）魔力象限领导者。图1-4Gartner：2022年云基础设施和平台服务魔力象限1.3

云基础知识3.云计算商务优势⑴资本支出(CAPEX)转化为运营成本(OPEX)资本支出是用于购置各种长期资产（主要包括固定资产、无形资产以及在建工程）的开销。IT企业的资本支出主要是用于基础设施建设，以及计算机、存储和网络等硬件设备购置。运营成本是用于购买生产要素的费用，通常在生产过程开始后才需要支付，并且会随产量变化而变化，是一种可变支出。IT企业的运营成本主要是购买辅助材料、电力消耗，支付员工工资等。云计算用户只需要根据实际所使用的云计算资源与服务支付相应费用。而庞大的基础设施建设，计算机、存储和网络设备等硬件设备购置等前期投资则不仅转移至云服务供应商成为运营成本，并且云计算资源和服务的营运支出作为可预测成本纳入整体运营预算，可以使云计算用户通过成本分析与控制，获得更好的经济效益。1.3

云基础知识3.云计算商务优势⑵规模经济带来的巨大效益1993年，以太网之父RobertMetcalfe提出“网络价值和网络发展规律”，认为互联网公司的价值与其用户数平方成正比。即网络用户越多，互联网公司的价值就越高；而互联网公司价值越高，就越能吸引更多用户，并提高整个互联网公司总价值。1.3

云基础知识图1-5Metcalfe定律1.3

云基础知识3.云计算商务优势⑵规模经济带来的巨大效益(Con.)根据Metcalfe定律，由于没有传统的前期资本支出，云计算用户可以大幅降低其产品生产和服务的成本，而成本降低使其经济效益与市场竞争力得到提高，并可以通过降低产品与服务的价格回馈老客户，吸引新客户。云计算用户的增加，又使得云服务供应商通过“规模经济”进一步增加收益，进而又可以转化为更低的产品与服务价格。后图的亚马逊云科技“飞轮效应”（FlywheelEffect）就是这种企业运营良性循环的形象诠释。1.3

云基础知识图1-6亚马逊云科技“飞轮效应”1.3

云基础知识3.云计算商务优势⑶无须预留基础设施容量传统应用系统部署之前，需要对系统运行环境，特别是CPU、内存、存储、网络等设备的容量、性能等进行评估并预留，以避免由于配置过度或不足，造成不必要的设备闲置或超载，甚至影响应用系统服务性能。云计算服务快速弹性伸缩的特性，使其只需要简单设置即可在数分钟内就可以完成计算资源的调整。云计算用户可以根据业务访问量及其性能需求，及时扩展或收缩计算资源，而不需要像传统应用系统那样为未来发展预留计算资源而投入大量资金，使云计算用户资本投入可以维持在较低水平。预置容量与实际消耗如后图所示。1.3

云基础知识图1-7预置容量与实际消耗1.3

云基础知识3.云计算商务优势⑷

提高速度与敏捷性机房建设与装修，电力设备购置与安装，综合布线与环控系统安装、机柜布放与服务器安装调试等等，都需要一定的时间。这些无疑会影响依赖其提供计算资源和服务的应用产品的研发进度。云计算用户可以便捷的通过网络自助获得并配置所需的计算资源和服务。这些资源的获得时间从传统模式的数周甚至数月，缩短至仅数分钟，意味着其所支撑的应用产品研发周期将大幅度缩短，进而极大提高应用产品研发的敏捷性。1.3

云基础知识3.云计算商务优势⑸

不再自行维护数据中心自行建设并维护数据中心，其成本主要包括用于基础设施建设和硬件设备购置并随时间推移而折旧贬值的一次性资本支出；用于雇佣运行维护人员、不定期改造和升级基础设施与硬件设备的后期运营成本。如果出现资源闲置状况，不仅导致资源浪费问题，还将增加数据中心建设与维护成本。云计算用户摆脱了繁重的基础设施建设、硬件设备部署、运行和维护等业务支撑工作，可以将精力专注于自身业务，集中人力、物力和财力用于主营业务的拓展。1.3

云基础知识3.云计算商务优势⑹业务可快速扩展至全球云计算基于互联网的基础架构及其遍布全球的基础设施，使云计算用户不仅可以快速、灵活的完成应用程序全球化部署、扩展与迁移，而且可以在更接近其最终客户的地理位置部署特定应用程序来降低延迟，以尽可能小的成本为其客户提供更好的服务体验。以亚马逊云科技（AmazonWebServices）为例，如后图所示，其遍布全球的云基础设施提供有超过175种商用云服务，几乎覆盖所有行业的各类IT需求。显然，这是传统数据中心所难以企及的。1.3

云基础知识(con.)

图1-8亚马逊云科技全球基础设施(截至2022年10月)1.4

云基础经济1.云计算产业链不断完善产业链是产业部门（企业）间基于一定的技术经济关联，依据特定逻辑关系和时空布局关系形成的链式关联关系形态。云计算产业链是云计算产品研发、生产、服务，直至最终用户全过程所涉及的各类企业基于云计算技术经济相关性而形成的链式企业群结构。云产业链是构建云经济体系的关键，从云服务视角可以进一步划分为五个环节。1.4

云基础经济图1-9云计算产业链1.4

云基础经济1.云计算产业链不断完善⑴基础设施服务商主要涉及云计算基础设施所需服务器、存储、网络等各类底层硬件设备，以及机柜、UPS不间断电源、精密空调、监控设施等机房设备，是云计算重要的物质基础。云服务供应商将这些物理硬件资源整合为各类虚拟计算资源和服务，通过互联网以按需方式提供给云用户。1.4

云基础经济1.云计算产业链不断完善⑵平台软件服务商主要涉及云计算平台运行所需各类基础软件、管理软件和平台开发软件的生产厂商，是云计算产业重要的发展动力。云服务供应商将面向云计算的操作系统、虚拟化软件、安全管理软件等云服务基础软件，云应用产品及其开发软件，以软件服务形式提供给云用户。1.4

云基础经济1.云计算产业链不断完善⑶运行支持服务商主要涉及云计算应用开发相关的应用系统规划、咨询、开发、集成厂商，云安全等服务厂商，是云计算产业中最活跃、发展最快的产业集群，其业务模式也处于快速发展状态。云服务供应商通过云数据中心整合基础设施资源为云计算平台的运行提供重要支撑，实现云计算服务、运行维护以及培训等服务。1.4

云基础经济1.云计算产业链不断完善⑷云应用服务商主要涉及为用户提供基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）、软件即服务（SaaS）等相关服务的云服务供应商，是云计算产业的核心和持续发展的动力。云服务供应商面向政府、组织、企业和个人提供各种弹性可扩展计算资源和云服务解决方案，帮助用户基于云服务实现计算、存储、网络资源的管理、调度与访问；基于底层基础设施提供平台中间件服务，帮助用户利用云计算平台构建为其客户提供任务管理、资源协同服务平台；或者以自身云计算平台为基础，为用户提供定制软件服务。1.4

云基础经济1.云计算产业链不断完善⑸云服务用户主要是各类向云服务供应商按需购买各种云服务的消费者，包括政府、组织、企业，以及个人云服务使用者。云服务的广泛使用，特别是政府、组织、企业基于云服务构建各类业务系统，实现业务从本地向云端迁移，使得计算资源和服务得以实现商品化，云计算经济效益得以传导，从而最终构建起完整的云计算产业链。1.4

云基础经济2.云计算经济效益快速显现随着应用领域日益拓展，服务规模不断扩大，世界各国的支持力度持续提升，云经济已成为推动社会转型和经济快速发展的重要力量，并将逐渐成为数智时代重要的经济支柱。1.4

云基础经济2.云计算经济效益快速显现⑴云经济规模持续扩张在规模经济效益和完善的产业链推动下，全球云计算市场近年来持续保持高速增长态势。未来几年，伴随着经济回暖和数字化转型的进一步深入，全球云计算市场仍将呈现出高速增长态势。1.4

云基础经济图1-10全球云计算市场规模及增速1.4

云基础经济(con.)

图1-11我国公有云市场规模及增速1.4

云基础经济2.云计算经济效益快速显现⑵云计算普及率持续提升云计算市场规模持续保持高速增长，正是近年来越来越多的组织和企业的业务系统从传统模式向云计算模式迁移的真实写照。中国云计算发展虽然起步较晚，但是在向云计算迁移方面实现了跨越式发展。2012-2021年，中国云计算相关企业注册量仅2019年有所减少，其余年份注册量规模均逐年扩大。1.4

云基础经济图1-12中国云计算应用企业占比1.4

云基础经济(con.)

图1-132012-2021中国云计算相关应用企业注册增速1.5

实践：申请亚马逊云科技账户1.了解亚马逊云