任务1.2 认识云计算技术

任务说明

云计算的目标是将计算和存储简化为像公用的水和电一样易用的资源，用户只要连上网络即可方便地使用，按量付费。云计算提供了灵活的计算能力和高效的海量数据分析方法，企业不需要构建专用的数据中心就可以在云平台上运行各种各样的业务系统，这种计算模式和商业模式吸引了产业界和学术界的广泛关注。虚拟化研究是云计算的基石，是云计算最重要的支撑技术。

任务分析

本任务的主要内容是了解云计算的发展、基本定义、服务模式及部署模式等最基本的云计算技术。

相关知识

从20世纪80年代起，IT产业经历了四个大的时代：大（小）型机时代、个人计算机时代、互联网时代、云计算时代，如图1.2.1所示。大（小）型机时代在20世纪80年代之前，个人计算机时代从20世纪80年代到20世纪90年代，互联网时代在20世纪90年代到21世纪，最近十年，云计算时代正在到来。

从20世纪60年代的只有大型机，到20世纪七八十年代以UNIX为主导，小型机开始成为主流，大型机真正统领江湖的时代事实上只有15～20年。

个人计算机时代到来的标志是昂贵的、只在特殊行业使用的大型机发展成每个人都能负担得起、每个人都会使用的个人计算机。个人计算机时代的到来提高了个人的工作效率和企业的生产效率。

互联网时代的到来使数亿计的单个信息孤岛汇集成庞大的信息网络，方便了信息的发布、收集、检索和共享，极大地提高了人类沟通、共享和协作的效率及社会生产力，丰富了人们的社交和娱乐活动。可以说，当前绝大多数企业、学校的日常工作都依赖互联网。

云计算时代的到来，这里先不说云计算的定义，而是从日常生活说起。现在我们每天都在使用自来水、电和天然气，你有没有想过这些资源使用起来为什么这么方便呢？不需要自己去挖井、发电，也不用自己搬蜂窝煤烧炉子。这些资源都是按需收费的，用多少付多少费用。有专门的企业负责产生、输送和维护这些资源，用户只需要使用就可以了。

如果把计算机、存储、网络这些IT基础设施与水、电、气等资源做比较，IT基础设施还远没有达到水、电、气那样的高效利用。就目前情况来说，无论是企业还是个人，都是单独购置IT设施，但使用率相当低，大部分IT基础设施没有得到高效利用。产生这种情况的原因在于IT基础设施的可流通性不如水、电、气那样成熟。

科学技术的飞速发展，网络带宽、硬件性能的不断提升，为IT基础设施的流通创造了条件，假如有一个公司，其业务是提供和维护企业和个人需要的计算、存储、网络等IT基础资源，而这些IT基础资源可以通过互联网传送给最终用户。那么，用户不需要采购昂贵的IT基础设施，而是租用计算、存储和网络资源，这些资源可以通过手机、平板电脑和瘦客户端等设备访问。这种将IT基础设施像水、电、气一样传输给用户、按需付费的服务就是狭义的云计算。如果将提供的服务从IT基础设施扩展到软件服务、开发服务，甚至所有IT服务，就是广义的云计算。

云计算是基于Web的服务，以互联网为中心。从2008年开始，云计算的概念逐渐流行起来，云计算在近几年受到IT、学术界、商界甚至政府的热捧，一时间云计算这个词语无处不在，让同时代的其他 IT 技术自叹不如。云计算被视为“革命性的计算模型”，囊括了开发、架构、负载平衡和商业模式等。

任务实施

第1步：了解云计算发展的大事件

云计算与大数据时代的到来，深入影响着世界经济社会的发展，改变着人们的工作、生活和思维方式。随着云计算与大数据技术不断成熟，其在各个领域的应用将成为必然。

1959年6月，Christopher Strachey发表虚拟化论文，虚拟化是云计算基础架构的基石。

1962年，J.C.R.Licklider提出“星际计算机网络”设想。

1984年，Sun公司的联合创始人JohnGage说出了“网络就是计算机”的名言，用于描述分布式计算技术带来的新世界，现在的云计算正将这一理念变成现实。

1997年，南加州大学教授RamnathK.Chellappa提出云计算的第一个学术定义：“计算的边界可能不是技术局限，而是经济合理性。”

1998年，VMware（威睿公司）成立并首次引入x86的虚拟化技术。

1999年，Marc Andreessen创建Loud Cloud，其是第一个商业化的IaaS平台。同年，salesforce.com公司成立，宣布“软件终结”革命开始。

2000年，SaaS兴起。

2006年3月，亚马逊推出弹性计算云（Elastic Compute Cloud）服务。

2006年8月，谷歌首席执行官埃里克·施密特在搜索引擎大会首次提出“云计算”（Cloud Computing）的概念。

2008年2月，IBM宣布将在中国无锡太湖新城科教产业园为中国的软件公司建立全球第一个云计算中心（Cloud Computing Center）。

2010年7月，美国国家航空航天局（NASA）与Rackspace、AMD、Intel、戴尔等支持厂商共同宣布OpenStack开源计划。

2010年，阿里巴巴旗下的“阿里云”正式对外提供云计算商业服务。

2013年9月，华为面向企业和运营商客户推出云操作系统Fusion Sphere 3.0。

2015年3月，第十二届全国人民代表大会第三次会议提出制订“互联网+”行动计划，推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合，促进电子商务、工业互联网和互联网金融健康发展，引导互联网企业拓展国际市场。

2015年5月，国务院公布“中国制造2025”战略规划，提出工业互联网、大数据、云计算、生产制造、销售服务等全流程和产业链的综合集成应用。

2015年10月，教育部颁布《普通高等学校高等职业教育（专科）专业目录（2015年）》，“云计算技术与应用”列入新的专业目录。

2016年9月，教育部颁布《普通高等学校高等职业教育（专科）专业目录（2016年）》，“大数据技术与应用”列入新的专业目录。

据中国信息通信研究院发布的《云计算白皮书（2020）》，2019年我国公有云市场规模首次超过私有云。2019年，我国云计算整体市场规模达1334亿元，增速38.6%。其中，公有云市场规模达689亿元，相比2018年增长57.6%，2020—2021年仍处于快速增长阶段，2023年市场规模将超过2300亿元；私有云市场规模达645亿元，较2018年增长22.8%，预计未来几年将保持稳定增长，2023年市场规模将近1500亿元。

第2步：理解云计算的定义

狭义的云计算是指IT基础设施的交付和使用模式，即通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的IT基础设施资源。广义的云计算是指各种IT服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的各种IT服务。

第3步：理解云计算的三大服务模式

（1）IaaS（lnfrastructure as a Service，基础设施即服务）：提供给用户的是计算、存储、网络等IT基础设施资源。用户能够部署一台或多台云主机，在其上运行操作系统和应用程序。用户不需要管理和控制底层的硬件设备，但能控制操作系统和应用程序。云主机可以运行Windows操作系统，也可以运行Linux操作系统，在用户看来，它与一台真实的物理主机没有区别。目前最具代表性的IaaS产品包括国外的亚马逊EC2云主机、S3云存储，以及国内的阿里云、盛大云、百度云等。

（2）PaaS（Platform as a Service，平台即服务）：提供给用户的是应用程序的开发和运营环境，实现应用程序的部署和运行。PaaS主要面向软件开发者，使开发者能够将精力专注于应用程序的开发，极大地提高了应用程序的开发效率。目前最具代表性的PaaS产品包括国外的Google App Engine、微软Windows Azure，以及国内的新浪SAE等。

（3）SaaS（Software as a Service，软件即服务）：提供给用户的是具有特定功能的应用程序，应用程序可以在各种客户端设备上通过浏览器或瘦客户端界面访问。SaaS主要面向使用软件的最终用户，用户只需要关心软件的使用方法，不需要关注后台服务器和硬件环境。目前最具代表性的SaaS产品包括国外的Salesforce在线客户关系管理（CRM），以及国内的金蝶ERP云服务、八百客在线CRM等。

第4步：了解云计算的部署模式

云计算的部署模式可以分为三种：公有云、私有云和混合云。

（1）公有云：云计算服务提供商为客户提供的云，所有的服务都是通过互联网提供给用户的，如图1.2.2所示。

对于使用者而言，公有云的优点在于所有的硬件资源、操作系统、程序和数据都存放在公有云服务提供商处，自己不需要进行相应的投资和建设，成本比较低；缺点是由于数据都不存放在自己的服务器中，使用者会对数据私密性、安全性和不可控性有所顾虑。典型的公有云服务提供商有亚马逊AWS（Amazon Web Services）、微软Windows Azure、阿里云、盛大云等。

（2）私有云：企业自己建设的云，所有的服务只供公司内部部门或分公司使用，如图1.2.3所示。私有云的初期建设成本比较高，比较适合有众多分支机构的大型企业或政府。可用于私有云建设的云计算系统包括OpenStack、VMware vCloud等。

另外，私有云也可以部署在云计算服务提供商上，基于网络隔离等技术，通过VPC专线访问。这种私有云也称为VPC（Virtual Private Cloud）。

（3）混合云：很多企业出于安全考虑，更愿意将数据存放在私有云中，但又希望获得公有云的计算资源，因此这些企业同时使用私有云和公有云，这就是混合云。另外，如果企业建设的云既可以给公司内部使用，也可以给外部用户使用，也称为混合云。

第5步：了解云计算兴起的成熟条件

云计算技术兴起的成熟条件包含以下几个方面。

1.虚拟化技术的成熟

云计算的基础是虚拟化。服务器虚拟化、网络虚拟化、存储虚拟化在近几年已经趋于成熟，这些虚拟化技术已经在多个领域得到应用，并且开始支持企业级应用。虚拟化市场的竞争日趋激烈，VMware（威睿）、Microsoft（微软）、Red Hat（红帽）、Citrix（思杰）、Oracle（甲骨文）、华为等公司的虚拟化产品不断发展，各有优势。

虚拟化技术早在20世纪60年代就已经出现，但只能在高端系统上使用。在Intel x86架构方面，VMware在1998年推出了VMware Workstation，这是第一个能在x86架构上运行的虚拟机产品。随后，VMware ESXi Server、Virtual PC、Xen、KVM、Hyper-V等产品的推出，以及Intel、AMD在CPU中对硬件辅助虚拟化的支持，使得x86体系的虚拟化技术越来越成熟。

2.网络带宽的提升

随着网络技术不断发展，互联网骨干带宽和用户接入互联网的带宽快速提升。2013年，国家印发“宽带中国”战略及实施方案，中华人民共和国工业和信息化部、三大运营商均将“宽带中国”列为通信业发展的重中之重。

中国普通家庭的 Internet 接入带宽已经从十几年前的几十 Kbit/s 发展到现在的4～1000Mbit/s，基本实现光纤到户。不得不说，要充分享受云计算服务带来的好处，国内的宽带速度必须进一步提升，并降低费用，让高速Internet进入千家万户。

3.Web应用开发技术的进步

Web应用开发技术的进步，大大提高了用户使用互联网应用的体验，也方便了互联网应用的开发。这些技术使得越来越多的以前必须在 PC 桌面环境使用的软件功能可以在互联网上通过Web来使用，比如Office办公软件及绘图软件。

4.移动互联网和智能终端的兴起

随着智能手机、平板电脑、可穿戴设备、智能家电的出现，移动互联网和智能终端快速兴起。由于这些设备的本地计算资源和存储资源都十分有限，而用户对其能力的要求却是无限的，所以很多移动应用都依赖服务器端的资源。而移动应用的生命周期比传统应用更短，对服务架构和基础设施架构提出了更高的要求，从而推动了云计算服务需求的发展。

5.大数据问题和需求

在互联网时代，人们产生、积累了大量数据，简单地通过搜索引擎获取数据已经不能满足多种多样的应用需求。怎样从海量的数据中高效地获取有用数据，有效地处理并最终得到感兴趣的结果，这就是“大数据”要解决的问题。由于大数据数据规模巨大，所需要的计算和存储资源庞大，将其交给专业的云计算服务商进行处理是一个可行方案。