新一代信息技术 课件第三章 探究云计算

第三章探究云计算CloudComputing✎学习目标1234了解云计算的发展历史了解云计算的基本概念与分类了解的云计算的搭建方法了解典型云平台1走进云时代目录2云从哪里来3如何搭建云4云计算的优势与挑战5云计算案例6云计算引领生活新方向1CHAPTER走进云时代云，大家再熟悉不过，“云”和“计算”、“存储”、“搜索”、“查杀”等联系在一起时，你的生活就会被“云”改变，本节我们先了解云计算的发展与兴起。3.1走进云时代“风起云涌”——云计算的历史云计算与我们的生活越来越近，在大家熟知的电影《阿凡达》中，我们看到了逼真的飞流瀑布、漂浮云中的山峦、渐渐发光的森林……这些3D画面让人仿佛身临其境，在电影《阿凡达》中，有很多同云计算技术相关的地方，我们从云计算的角度来解读一二。片中曾说，在整个潘多拉星球中，每棵树都像是大脑中的神经元，彼此之间互相联系，从而形成一个很大的网络。每个纳美人都可以通过自己的神经末梢上传或下载相关的数据与信息。3.1走进云时代“风起云涌”——云计算的历史每一个纳美人都可以通过辫子上的神经末梢同各种野兽以及大树之间进行交互，这种交互形式简洁、高效且接口统一，十分便于用户进行访问。3.1走进云时代“风起云涌”——云计算的历史云计算技术真是将很多服务器与存储资源通过网络相互联系在一起，向用户提供相应的计算能力与存储能力，云计算的用户可以方便地屏蔽底层的编程接口，提高效率。同时，统一的接口也增强了可用性，这是云计算优于网格计算之处。3.1走进云时代“风起云涌”——云计算的历史上世纪60年代，斯坦福大学的科学家JohnMcCarthy就表示，“计算机可能变成一种公共资源。”JohnMcCarthy教授，人工智能之父3.1走进云时代“风起云涌”——云计算的历史1997年，RamnathChellappa教授在他的一次演讲中第一次提出了“CloudComputing（云计算）”这个词，他指出“计算资源的边界不再由技术决定，而是由经济需求来决定”RamnathChellappa教授3.1走进云时代“风起云涌”——云计算的历史1999年，一家对后世产生深远影响的公司成立了，它的名字是S。S是现在公认的云计算先驱，它由几个前Oracle高管成立，主要向企业客户销售基于云的SaaS（SoftwareasaService—软件即服务，云计算的一种服务类型）S创始人MarcBenioff3.1走进云时代云计算的兴起与发展时间进入21世纪的第一个十年，接棒S公司，将云计算推向下一个高峰的是在线零售商Amazon。Amazon发布的第一个云计算服务是AWS（AmazonWebService—亚马逊网络服务）。3.1走进云时代“风起云涌”——云计算的历史继AmazonAWS之后，类似的云计算产品开始层出不穷的冒出来。短短几年内，Amazon就不再是市场唯一的IaaS提供商，Microsoft等巨头纷纷涌进这个领域。除了数量的增长，云计算类型也变得日益丰富，S和AmazonAWS分别代表了SaaS和IaaS两种云计算服务，除此之外的第三种服务PaaS也快速发展起来。Microsoft公司Salesforce公司3.1走进云时代谁都在“云端”微软、谷歌和亚马逊公司（以下简称亚马逊）是全球最大的三家云供应商，是云计算的第一梯队。第二梯队有：IBM、VMware公司（以下简称VMware)、微软和美国电话电报公司（以下简称AT&T)。IBM公司VMware公司美国电话电报公司3.1走进云时代谁都在“云端”国内的云服务商也都纷纷发力，出现了阿里巴巴，华为，腾讯等企业，云服务呈现了你追我赶的全面竞争趋势。3.1走进云时代云计算产业在国内高速发展中国云市场由本土企业主导，阿里巴巴是国内最早开展云计算业务的企业，在2009年便推出了云服务。华为技术有限公司（以下简称华为）、深圳市腾讯计算机系统有限公司（以下简称腾讯）、北京百度网讯科技有限公司（以下简称百度）和中国电信集团有限公司（以下简称中国电信）等公司都在加速扩展自己的云计算服务规模。其中阿里云已经连续4年稳居中国市场第一名，出现一家独大的局面。阿里巴巴公司2CHAPTER云从哪里来“云计算的本质是一种服务模型，通过这种模型可以随时、随地、按需地通过网络访问共享资源池的资源，这个资源池的内容包括计算资源、网络资源、存储资源等、这些资源能够被动态地分配和调整，在不同用户之间灵活地划分。3.2云从哪里来从资源池化说起以往企业做IT建设好比是“烟囱式”的建设，今天要建设一个业务应用，就买一套设备，一个应用就是一根烟囱，互相之间不连通，资源无法根据业务的变化实现动态调整，利用率很低。云计算则打破烟囱，改成“池子”的方式，把所有计算的资源整合成计算资源池，所有存储的资源整合成存储资源池。全部IT资源都变成一个个池子。3.2云从哪里来虚拟化是什么虚拟化是云计算的基础。简单来说，虚拟化就是在一台物理服务器上，运行多台“虚拟服务器”。这种虚拟服务器，也叫虚拟机（VM，VirtualMachine）。从表面来看，这些虚拟机都是独立的服务器，但实际上，它们共享物理服务器的CPU、内存、硬件、网卡等资源。3.2云从哪里来云计算的现状云计算主要分为4种类型：私有云、公共云、社区云、混合云。同时，云计算服务主要有3种：基础架构即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）。首先来学习什么是公有云和私有云。目前市场上存在的各种云服务可以从“谁在使用服务”和“提供了什么服务”这两个角度进行分类。3.2云从哪里来云计算的现状云计算主要分为4种类型：私有云、公共云、社区云、混合云。同时，云计算服务主要有3种：基础架构即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）。首先来学习什么是公有云和私有云。目前市场上存在的各种云服务可以从“谁在使用服务”和“提供了什么服务”这两个角度进行分类。“私有云”是某个企业专用的云环境，仅限于该企业内部的用户使用。“公有云”可以由多个企业的用户共享。

社区云是面向一群有共同目标、利益的用户群体提供服务的云计算类型。混合云顾名思义就是两种或两种以上云计算的综合，混合云可以是公有云与私有云的混合，也可以是私有云与社区云的混合。3.2云从哪里来云计算的现状云计算提供的服务不同，又可以分为SaaS：Software-as-a-Service（软件即服务）SaaS利用互联网向其用户提供应用程序，这些应用程序由第三方供应商管理。大多数SaaS应用程序直接通过Web浏览器运行，不需要在客户端进行任何下载或安装。PaaS：Platform-as-a-Service（平台即服务）

PaaS为开发人员提供了一个框架，使他们可以基于它创建自定义应用程序。所有服务器，存储和网络都可以由企业或第三方提供商进行管理，而开发人员可以负责应用程序的管理。IaaS：Infrastructure-as-a-Service（基础设施即服务）

IaaS是完全自助服务，用于访问和监控计算、网络，存储和其他服务等内容，它允许企业按需求和需要购买资源，而不必购买全部硬件。3CHAPTER如何搭建“云”“云计算的本质是一种服务模型，通过这种模型可以随时、随地、按需地通过网络访问共享资源池的资源，这个资源池的内容包括计算资源、网络资源、存储资源等、这些资源能够被动态地分配和调整，在不同用户之间灵活地划分。3.3如何搭建云云计算的体系结构云计算平台是一个强大的“云”网络，连接了大量并发的网络计算和服务，可利用虚拟化技术扩展每一个服务器的能力，将各自的资源通过云计算平台结合起来，提供超级计算和存储能力。通过云计算体系结构如图所示。3.3如何搭建云云计算的体系结构云计算平台是一个强大的“云”网络，连接了大量并发的网络计算和服务，可利用虚拟化技术扩展每一个服务器的能力，将各自的资源通过云计算平台结合起来，提供超级计算和存储能力。通过云计算体系结构如图所示。3.3如何搭建云典型的云计算平台云计算的研究吸引了不同技术领域巨头，因此对云计算理论及实现架构也有所不同。云计算先行者Google的云计算平台能实现大规模分布式计算和应用服务程序，平台包括MapReduce分布式处理技术、Hadoop框架、分布式的文件系统GFS、结构化的BigTable存储系统以及Google其他的云计算支撑要素。3.3如何搭建云典型的云计算平台MapReduce分布式处理技术MapReduce是Google开发的Java、Python、C++编程工具，用于大规模数据集（大于1TB）的并行运算，也是云计算的核心技术，一种分布式运算技术，也是简化的分布式编程模式，合适用来处理大量数据的分布式运算，用于解决问题的程序开发模型，也是开发人员拆解问题的方法。MapReduce模式思想是将要执行的问题拆解成Map（映射）和Reduce（简化）的方式，先通过Map程序将数据切割成不相关的区块，分配（调度）给大量计算机处理达到分布运算的效果，再通过Reduce程序将结果汇整，输出了开发者需要的结果。3.3如何搭建云典型的云计算平台Hadoop架构在Google发表MapReduce后，2004年开源社群用Java搭建出一套Hadoop框架，用于实现MapReduce算法，能够把应用程序分割成许多很小的工作单元，每个单元可以在任何集群节点上执行或重读执行。此外，Hadoop还提供了一个分布式文件系统GFS（Googlefilesystem），是一个可扩展、结构化、具备日志的分布式文件系统，支持大型、分布式大户数据量的读写操作，其容错性较强。3.3如何搭建云典型的云计算平台Hadoop架构在Google发表MapReduce后，2004年开源社群用Java搭建出一套Hadoop框架，用于实现MapReduce算法，能够把应用程序分割成许多很小的工作单元，每个单元可以在任何集群节点上执行或重读执行。此外，Hadoop还提供了一个分布式文件系统GFS（Googlefilesystem），是一个可扩展、结构化、具备日志的分布式文件系统，支持大型、分布式大户数据量的读写操作，其容错性较强。3.3如何搭建云典型的云计算平台Google云计算执行过程1）将要执行的API程序复制到Hadoop框架中的Master和每一台Worker机器中。2）Master选择由哪些Worker机器来执行Map程序与Reduce程序。3）分配所有的数据区执行到Map程序的Worker机器中进行Map（切割成小块数据）。4）将Map后的结果存入Worker机器。5）执行Reduce程序的Worker机器，远程读取每一份Map结果，进行混合、汇整与排序，同时执行Reduce程序。6）将结果输出给用户（开发者）。4CHAPTER云计算的优势与挑战从云计算诞生起，对云计算的各种质疑就一直存在，很多人认为云计算只是一个商业噱头，并没有真正的创新和价值。到底它的优点和劣势是什么呢？3.4云计算的优势与挑战云，价值何在那么云计算的速度到底有多快？这种速度又给用户的使用带来了哪些意义呢？下面从更高、更快、更强三个方面来看看。1）更高的规格在云计算诞生之前，企业处理能力的上限是可预见的。这和企业硬件水平有绝对的关系。云服务非常好地解决了这个问题，以全球第一家云服务供应商亚马逊的AWS为例，用户一旦在设置服务时打开了AWS自动扩容（AutoScaling)，就再也不需要为服务资源不足而担心了。3.4云计算的优势与挑战云，价值何在那么云计算的速度到底有多快？这种速度又给用户的使用带来了哪些意义呢？下面从更高、更快、更强三个方面来看看。2）更快的速度随着海量数据的出现，大数据存储和分析开始逐渐成为企业的必备技能。云计算服务有效地解决了这个问题，这里以微软的Azure云提供的AzureSQL为例进行说明。AzureSQLDataBase是运行于云端的数据库服务，和SQLServer的基本功能很像，但是借助于云服务，其可以提供更快的处理能力。3.4云计算的优势与挑战云，价值何在那么云计算的速度到底有多快？这种速度又给用户的使用带来了哪些意义呢？下面从更高、更快、更强三个方面来看看。3）更强的服务除了大大提升了性能之外，云计算还有一个明显的优势就是提升了稳定性。其中最知名的案例就是阿里云为“双十一”抢购所提供的服务。为此阿里云提供了4个应对技术方案，分别是全生命周期业务集群管控、无缝对接容量模型、规模化资源编排和自动化业务回归。通过使用这4个方案，企业最终满足了复杂的业务需求，为阿里巴巴在“双十一”购物节取得巨大成功打下了坚实的基础。3.4云计算的优势与挑战云计算靠谱吗相比传统的网络架构，云就要稳定得多，云并不是一台服务器，而是一系列服务器组成的群集。在主流的云计算平台上，很多业务都会自动以冗余的形式部署，并通过SLA提供保证，因此云可以提供超高级别的正常运行时间。越是重要的东西，安全性就越不容忽视，最新的安全风险报告（RistBasedSecurity,RBS)显示，仅在2019年，公开披露的数据泄露事件就超过7098起，共造成151条数据泄露，这也是历史上最严重的一年，其中最严重的是Facebook公司（以下简称Facebook)泄露的4.2亿条电话号码信息。3.4云计算的优势与挑战云计算靠谱吗有人认为云计算既然是以大型云服务商的平台为基础，云服务商就会确保云端环境的安全，其实这也是一种常见的误解。虽然云服务商通常会提供安全工具，但对于运行在云上的所有内容，包括数据和应用程序，其安全性都是由客户自行负责的。与云相关的安全间题主要由云服务商方和用户方这两个方面共同构成，云服务商即为提供云计算服务、软件、平台和设备的企业，而用户则是将数据或程序托管在云端的企业或个人，这也是云端安全责任划分的界线，从专业角度将其称之责任共担。在云计算领域中，云服务商必须确保其基础设施的安全，并且采取技术和措施对客户的数据和应用程序进行保护，而用户则必须从自身角度采取安全措施对应用程序的访问和数据的传输等进行安全强化，避免在管理员账号上使用类似123456这样的弱密码、asdf1234这样的易猜解密码或默认密码（如password)。3.4云计算的优势与挑战云计算的靠谱吗为确保云平台安全有效运行，各个厂商都会采取多种手段。1．基础架构安全；2．网络安全；3．数据安全；4．计算安全。3.4云计算的优势与挑战云计算的局限性但作为一个理性的人，应该清楚地知道云计算的缺点，对其优缺点进行权衡，这一点对于业务决策者、技术决策者来说尤其重要。1．网络依赖以澳大利亚为例，虽然澳大利亚是发达国家，但其网络基础设施并不发达，其高速宽带网络的建设过程可谓坎坷。澳大利亚从2007年开始计划并建立全新的国家宽带网络（NBN),主要采用的是光纤到节点（FTTN)技术，为全国90%以上家庭和企业提供高达100Mbit/s的网络连接。但实际上，到了2019年这一计划也没有完全实现，NBN网络覆盖率不仅推进缓慢，其服务也主要以20~50Mbit/s为主，价格高昂，远不及所宣称的速度值。如果应用场景存在大量数据需要频繁交换，或者要实时上传、下载大量数据，由于需要通过互联网与云平台交互，那么络带宽的瓶颈就会造成严重的问题。3.4云计算的优势与挑战云计算的局限性2．易受攻击这一点也跟上一点介绍的网络依赖性高度相关，虽然各个云服务商都大力招兵买马，但即使是最好的团队也会不断遭受严重攻击和漏洞风险。而对于攻击者而言，云计算平台作为一个大型网络基础设施，也是非常好的攻击对象，其分布广泛、用户量大、数据量大，一旦找到一个漏洞攻入其中，就可以获得无法想象的数据和各个租户的系统控制权。例如，2015年苹果iPhone的iOS操作系统的一个漏洞在黑市的交易价格是100万美元，如若换做云计算平台，其黑市价格恐怕只会更高。3.4云计算的优势与挑战云计算的局限性3．隐私保护云端对大规模数据处理的能力越来越强，一改以往用户数据基本在用户自身设备上存储的传统。这种趋势随之出现滥用用户数据的负面案例，隐私保护是最近两年各大厂商的热门话题。亚马逊、谷歌和微软都在自己的新产品发布会上强调了自己的隐私政策。隐私保护与一般的数据保护的区别在于，它更强调对用户隐私数据的可控访问，而不是隐私数据的物理安全。在极端情况下，可以说隐私数据被泄露给第三方造成的损失（以及随之而来的公关事故）远远大于用户隐私数据被意外删除的后果。5CHAPTER云计算案例这一小节，我们一起来学习一下大型云计算厂商的优秀云计算产品。3.5云计算案例微软智能云如今，微软在云计算市场已经是世界上最顶尖的厂商之一，同时也打破了人们对微软的传统认知，不再画地为牢，而是成为开源社区的强有力盟友，还将许多软件和服务引入了苹果iOS和开源Linux平台，宣布与红帽RedHat、Salesforce等企业开展广泛合作，推动了微软在云计算和人工智能方面的发展，并且成为开源社区最大贡献厂商。在云计算市场，微软提供了广泛的服务和多样的选择，微软强调“三朵云战略”：公有云服务MicrosoftAzure；混合云AzureStack；了云端SaaS产品