一、云计算的基本概念

1.云概述

云：是指基于云计算和云服务的应用，这是网络发展的趋势。

2.云计算的概念

核心含义是通过互联网将分散的计算资源（如服务器、存储、软件等）整合为一个动态可扩展的共享资源池，用户可按需获取服务。

3.云计算架构与传统计算机架构的区别

计算机云通过网络提供计算等资源，而传统架构资源多在本地。

云计算

• 1.高可靠
• 2.按需服务
• 3.虚拟化
• 4.高扩展
• 5.资源共享程度高

传统架构

• 1.灵活性差
• 2.资源配置相对固定
• 3.维护成本高

4.早起概念的提出

20世纪60年代，麦卡锡提出计算资源可像水电一样通过公共设施提供 。70年代，“云”概念在网络示意图中用于代表复杂的电信网络或互联网，早期概念由此逐步提出 。

4.1 发展历程中的关键节点

4.2 重要人物与事件推动

• 约翰·麦卡锡提出计算资源按需租用设想；
• 亚马逊推出AWS，将云计算商业化普及；
• 谷歌通过大规模数据中心与分布式系统实践推动。
  

5.云计算的作用

5.1 对现代企业的作用

5.1.1 对现代企业作用重大

成本优化与资源效率提升；加速业务敏捷性与创新；数据驱动决策与智能化转型；安全与合规性增强；行业数字化转型驱动力。

5.2 对个人用户的价值

为个人用户提供便捷存储，可随时存取数据；降低设备硬件要求，节省成本；能跨设备同步使用软件与服务，还提供丰富多样应用资源，满足不同需求，提升使用便利性与效率 。

二、云计算架构

1.云计算的组成

云计算架构是一个复杂且庞大的系统，它由多个关键组件组成，共同实现云计算的功能和特性。
云计算架构的主要组成部分，包括：

• 1.前端交互层
• 2.服务管理层
• 3.资源管理层
• 4.资源池层
• 5.物理资源层
  

1.1前端交互层

1.1.1用户认证：

确保只有经过身份验证的合法用户才能访问云计算服务。这通常通过用户名和密码、数字证书或其他身份验证机制来实现。

1.1.2服务目录展示：

1.1.3服务计量和计费：

根据用户使用的服务量和类型进行计量，并生成相应的费用报告。这有助于实现按需付费的商业模式。

1.1.4用户接口：

提供友好的用户界面，使用户能够方便地操作和管理云计算服务。

1.1.5访问控制：

根据用户的角色和权限，控制其对云计算资源的访问和操作权限。

1.2服务管理层

服务管理层是云计算架构中的核心部分，它负责管理和控制云计算服务的运行。
该层的主要功能包括服务管理、安全管理、运维管理和监控管理等。

1.2.1服务管理:

对云计算服务进行生命周期管理，包括服务的创建、部署、更新和删除等操作。

1.2.2安全管理：

提供安全策略和机制，确保云计算服务的安全性和可靠性。这包括数据加密、访问控制、安全审计等。

1.2.3运维管理：

负责云计算服务的日常运维工作，包括性能优化、故障排查、备份恢复等。

1.2.4监控管理：

对云计算服务的运行状态进行实时监控，及时发现并处理潜在问题。

1.3资源管理层

资源管理层是云计算架构中负责管理和调度物理资源的关键部分。它通过对物理资源的抽象和虚拟化，实现对资源的统一管理和动态调度。
该层的主要功能包括资源抽象、资源调度和资源监控等。

1.3.1资源抽象：

将物理资源（如服务器、存储设备、网络设备等）抽象为虚拟资源，以便上层应用能够透明地使用这些资源。

1.3.2资源调度：

根据应用的需求和资源的状态，动态地调度和分配资源。这有助于实现资源的最大化利用和负载均衡。

1.3.3资源监控：

对资源的使用情况进行实时监控，包括CPU使用率、内存占用率、网络带宽等。这有助于及时发现并解决资源瓶颈问题。

1.4资源池层

资源池层是云计算架构中的资源集合，它包含了大量的物理资源和虚拟资源。
这些资源通过资源管理层进行统一管理和调度，以支持上层应用的运行。
资源池层的主要特点包括规模化、共享化和动态化。

1.4.1规模化：

资源池层包含大量的物理和虚拟资源，能够满足大规模应用的需求。

1.4.2共享化：

资源池中的资源是共享的，多个应用可以同时使用同一份资源，提高了资源的利用率。

1.4.3动态化：

资源池中的资源可以根据应用的需求进行动态调整和扩展，以满足不断变化的业务需求。

1.5物理资源层

物理资源层是云计算架构的最底层，它包含了实际的物理设备，如服务器、存储设备、网络设备等。
这些设备通过虚拟化技术被抽象为虚拟资源，供上层应用使用。
物理资源层的主要任务是提供稳定可靠的硬件环境，确保云计算服务的正常运行。
为了保障物理资源层的稳定性和可靠性，需要采取一系列措施，如硬件冗余、负载均衡、故障恢复等。
同时，还需要对物理设备进行定期维护和升级，以确保其性能和安全性。

2.云计算架构的协同工作

云计算架构的各个组成部分并不是孤立的，它们相互协作、共同工作，以实现云计算的整体功能。

• 前端交互层负责与用户进行交互，接收用户的请求并返回结果；
• 服务管理层负责对云计算服务进行管理和控制；
• 资源管理层负责对物理资源进行抽象和虚拟化，实现资源的统一管理和动态调度；
• 资源池层提供了大量的共享资源，支持上层应用的运行；
• 物理资源层则提供了实际的硬件环境，确保云计算服务的稳定性。

3.云计算参考架构

三、云类型

1 云计算包括：

• 公有云
• 私有云
• 托管型私有云（专有云）
• 混合云
• 社区云

公有云强调弹性和共享，
私有云注重安全性和数据私密性，
混合云结合两者优势，社区云面向特定团体，
多云使用多个公共云避免依赖单一供应商。

2.公有云

• 公有云（Public Cloud）是由服务供应商将应用程序、存储和其他资源作为服务提供给一般的使用者。服务模式是免费或按需使用付费的模式。
• 用户只能用通过互联网来使用这些服务，服务提供商不提供到用户的直接连接。

2.1公有云的特点：

• 具备更高的弹性扩展能力
• 几分钟内快速获取资源
• 投入成本更低，用户压力更小
• 可以享受云服务商标准的售后技术支持

公有云是一个多租户环境，云提供商的数据中心基础架构由所有公有云客户共享。
像 Amazon Web Services（AWS）、Google Cloud、IBM Cloud、Microsoft Azure 和 Oracle Cloud 等领先的公有云，其客户的数量可能达到数百万。
许多企业正在将其部分计算基础架构迁移到公有云，因为公有云服务 具有弹性且易于扩展，可以灵活调整以满足不断变化的工作负载需求。
其他企业则被更高的效率和更少的资源浪费所吸引，因为客户只需为他们所使用的资源付费。还有一些公司希望减少在硬件和本地基础架构方面的支出。
公有云有很多优点，但最大的一个缺点是:难以保证数据的私密性。

3.私有云

私有云（Private Cloud）是 仅为单一的公司或团体使用 而运营的云基础设施，这个基础设施可以由内部管理，也可由第三方托管。

3.1私有云的特点：

• 面向特定用户，所以可以提供更高的安全及隐私级别；
• 对资源完全自主可控，独享硬件和软件资源；
• 具备定制化特短，可定制计算、存储和网络资源；
• 成本投入大，包括硬件、软件、人力、维护等成本。

3.2私有云的两种实现形式：

• 内部私有云（on-premise）：也称为内部云，由组织在自己的数据中心内构建。
• 外部私有云（off-premise）：这种私有云部署在组织外部，由第三方机构负责管理，第三方为该组织提供专用的云环境，并保证隐私和机密性。

4.混合云

• 混合云（Hybrid Cloud）是两个或两个以上的云（私有云、社区云 或 公有云）的组合混合体。
• 例如 公有云 + 私有云，即：将企业的 IT 分成两部分，分别部署到两朵云上。
• 这类云中，云分别保持独立，但是借助于标准的或者私有的技术，云中的数据和应用程序可以在其间迁移。
  

4.1 混合云的目标：

是建立一个公有云和私有云资源的混合体，并在两者之间进行一定程度的协调，使企业能够灵活地为每个应用程序或工作负载选择最佳的云，并随着情况的变化在两个云之间自由移动工作负载。与单独使用公有云或私有云相比，混合云使组织能够更有效且更具成本效益地实现其技术目标和业务目标。

4.2 混合云的特点：

使用混合云架构，可以享受灵活扩展的能力
混合云既满足需求，又实现了成本的合理降低
使用混合云，可以享受到私有云具备的安全性

5.社区云

社区云（Community Cloud）是云服务商提供给某些公司或团体的服务，而不是面向所有互联网用户的。
公司或团体有着共同关心的问题，如安全性、合规性等，因此称为 社区。
社区内用户共同使用一套云服务设施，这套设施可能是在内部建立的，也有可能是建立在外部的，其成本被社区内部的用户分摊，因此其成本效益比公有云低，但比私有云高。

5.1社区云特点包括：

‌- 独占使用‌：由特定社区独占使用，确保数据和资源的安全与隐私。
‌- 共同关切‌：组织之间有共同的关切事项，如使命、安全需求和政策等。
‌- 灵活的管理‌：管理者可以是组织本身或第三方，管理位置可以在组织内部或外部‌

四、云计算的主要服务模型

1.模型示意图

2.SaaS

软件即服务（SaaS）：

• SaaS 应用托管在云服务器上且用户可通过互联网访问它们，因此，不需要用户在自己的设备上安装应用。
  SaaS 就像租房子：房东负责维护房屋，但是租户通常可以像使用自己的房屋一样进行使用。SaaS 应用的示例有 Salesforce、MailChimp 和 Slack。

3.PaaS

平台即服务（PaaS）：

• 在这种服务模型中，公司不需要为托管应用付费，而是需要为构建自己的应用时所需的事物付费。
  PaaS 供应商提供通过互联网构建应用所需的一切，包括开发工具、基础设施和操作系统。PaaS 可以比作租用建造房屋所需的所有工具和设备，而不是租用房屋本身。
  PaaS 示例包括 Heroku 和 Microsoft Azure。

4.IaaS

基础设施即服务（IaaS）：

• 在这种服务模型中，公司从云提供商那里租用所需的服务器和存储空间。然后，使用该云基础设施构建自己的应用程序。
  IaaS 就像一家公司租用一块土地，可在其上建设任何想要的东西，但是需要自己提供所需的建筑设备和材料。IaaS 提供商包括 DigitalOcean、Google Compute Engine 和 OpenStack。

5.FaaS

最近几年出现了第四种服务模型：FaaS

• FaaS 也称为无服务器计算，它将云应用程序分解为更小的组件，这些组件仅在需要时运行。
  想象一下，如果可以一次只租房屋的一小部分：例如，租户只在晚餐时支付餐厅费用、睡觉时支付卧室费用，看电视时支付客厅费用，而当他们不使用这些房间时，就不必支付租金。

6.总结

• IaaS：Infrastructure-as-a-Service(基础设施即服务)
  举例：几年前如果你想在办公室或者公司的网站上运行一些企业应用，你需要去买服务器，或者别的高昂的硬件来控制本地应用，才能让你的业务正常运行。
  但现在可以租用IaaS公司提供的场外服务器，存储和网络硬件。这样一来，便大大的节省了维护成本和办公场地。
• PaaS：Platform-as-a-Service(平台即服务)
  举例： PaaS公司在网上提供各种开发和分发应用的解决方案，比如虚拟服务器和操作系统。这节省了你在硬件上的费用，也让分散的工作室之间的合作变得更加容易。网页应用管理，应用设计，应用虚拟主机，存储，安全以及应用开发协作工具等。
• SaaS：Software-as-a-Service(软件即服务)
  举例：生活中，几乎我们每一天都在接触SaaS云服务，比如：我们平时使用的苹果手机云服务，网页中的一些云服务等。

五、云的应用领域

1.企业办公领域

1.1云办公软件:

• 企业通过网络使用云办公软件，无需本地安装。可实现多人实时协作编辑文档，方便团队沟通与项目推进。
  支持多设备登录，随时随地办公，提升效率，降低企业信息化建设成本 。

2.数据存储与管理

2.1云存储

• 云存储是一种网上在线存储（英语：Cloud storage）的模式，即把数据存放在通常由第三方托管的多台虚拟服务器，而非专属的服务器上。
• 托管（hosting）公司运营大型的数据中心，需要数据存储托管的人，则通过向其购买或租赁存储空间的方式，来满足数据存储的需求。

3.娱乐行业

3.1云游戏

• 云游戏是以云计算为基础的游戏方式，在云游戏的运行模式下，所有游戏都在服务器端运行，并将渲染完毕后的游戏画面压缩后通过网络传送给用户。在客户端，用户的游戏设备不需要任何高端处理器和显卡，只需要基本的视频解压能力就可以了。

3.2云视频

• 云视频（Cloud video ）是指基于云计算商业模式应用的视频网络平台服务。
• 在云平台上，所有的视频供应商，代理商，策划服务商，制作商，行业协会，管理机构，行业媒体，法律结构等都集中云整合成资源池，各个资源相互展示和互动，按需交流，达成意向，从而降低成本，提高效率，这样的概念就是云视频概念。