任务一 初识云计算

任务要求

小李刚从学校毕业，被某公司聘为云计算助理工程师。公司现准备将原有的计算机服务器改造成云计算服务平台。为此，小李必须去了解云计算的基础概念及搭建云计算平台的相关知识，以便提出详细的改建方案和实施步骤。需要认识以下的基本知识。

● 云计算的起源。

● 云计算的基本概念。

● 典型的云计算服务平台。

相关知识

1.云计算的起源

早在2006年3月，亚马逊公司首先提出弹性计算云服务。2006年8月9日，谷歌公司首席执行官埃里克·施密特（Eric Schmidt）在搜索引擎大会（SES San Jose 2006）上首次提出“云计算”（Cloud Computing）的概念。从那时候起，云计算开始受到关注，这算是云计算最正统的诞生记。

云计算作为一种计算技术和服务理念，有着极其深厚的技术背景，谷歌作为搜索公司，首创这一概念，有着很大的必然性。随着众多的互联网厂商的兴起，各家互联网公司在对云计算的投入和研发不断加深，陆续形成了完整的云计算技术架构、硬件网络、服务器方面逐步向数据中心、全球网络连接、软件系统等方面发展，完善了操作系统、文件系统、并行计算架构、并行计算数据库和开发工具等云计算系统关键部件。

云计算经历了集中时代向网络时代转变，最终向分布式时代转换，在分布式基础之上形成了云时代，如图1-1所示。

云计算的最终目标是将计算、服务和应用作为一种公共设施提供给公众，使人们能够像使用水、电、煤气和电话那样可以便捷的使用计算资源。2010年7月，美国国家航空航天局（NASA）和包括 Rackspace、AMD、Intel、戴尔（DELL）等支持厂商共同宣布“OpenStack”开放源代码计划。微软公司在2010年10月表示支持OpenStack与Windows Server 2008 R2的集成；Ubuntu 也已把 OpenStack 加至11.04版本中。2011年2月，思科系统正式加入OpenStack，重点研制OpenStack的网络服务。云计算服务得到这些厂商支持，发展的速度变得更快，OpenStack 项目也得到了空前的发展，迎来了历史最好的发展时机。

任何新科技的广泛应用在帮助我们增加处理能力的同时，也同样的对云计算环境的安全性造成威胁；通过网络的计算能力，可以将原本安装在自己电脑上的软件安装到运营商提供的数据存储中心，取代我们将自己的资料存放在本地的硬盘的动作，这也产生我们在本地或者当运营商出现暂时故障时无法使用某项服务，短期无法正常访问自己的服务器的问题，如果遇到严重问题时可能会遗失全部资料。如今，技术越来越成熟，对数据保护的手段也越来越多，出现较大的服务访问故障现象概率也偏低。

2.云计算的基本概念

（1）云计算的定义

根据美国国家标准与技术研究院（NIST）定义：云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问，进入可配置的计算资源共享池（资源包括网络、服务器、存储和应用软件等），这些资源能够被快速提供，只需投入很少的管理工作或与服务供应商进行很少的交互。

云计算是分布式计算技术中的一种，最基本的概念是通过网络将庞大的计算处理程序自动拆分成无数个较小的子程序，再交由服务器集群组成的庞大系统进行搜索、计算、分析之后，将处理的结果返回给用户，通过这样的计算处理，可以使最终用户在数秒之间处理数以万计的数据量。

（2）云计算的五大特征

① 按需自助服务：消费者可以单方面部署资源。例如服务器、网络存储，资源是按需自动部署的，不需要与服务供应商进行人工交互。

② 通过互联网获取：资源可以通过互联网获取，并可以通过标准方式访问。例如，通过瘦客户端或富客户端（移动电话、笔记本电脑和工作站等）。

③ 资源池化：供应商的资源被池化，以便以多用户租用模式被不同客户使用。例如，不同的物理和虚拟资源可根据客户需求动态分配和重新分配，通常与地域无关，这些资源包括存储、处理器、内存和网络带宽。

④ 快速伸缩：资源可以弹性地部署和释放，有时是自动化的，以便能够迅速地按需扩大和缩小规模。

⑤ 可计量：云计算系统通过使用一些与服务种类（存储、计算、带宽、激活的用户账号）对应的抽象信息提供计量能力（通常在此基础上实现按使用付费）。

（3）云计算的服务模型SPI

云计算的服务模型SPI由3大服务组成，即IaaS（基础设施即服务）、PaaS（平台即服务）和SaaS（软件即服务），三者构成如图1-2所示。

① IaaS：消费者使用“基础计算资源”。资源服务包括处理能力、存储空间、网络组件或中间件服务。消费者能掌控操作系统、存储空间、已部署的应用程序及网络组件（如防火墙、负载均衡器等），但并不掌控云基础架构。如Amazon AWS、Rackspace等。

② PaaS：消费者使用主机操作应用程序。消费者掌控运作应用程序的环境（也拥有主机部分掌控权），但并不掌控操作系统、硬件或网络基础架构。平台通常是应用程序基础架构，如Google App Engine。

③ SaaS：消费者使用应用程序，但并不掌控操作系统、硬件或网络基础架构。它是一种服务观念的基础，软件服务供应商以租赁的概念提供客户服务，而非购买，比较常见的模式是提供一组账号密码。

在图1-2所示的模型中，IaaS主要是对应基础设施，实现底层资源虚拟化，最后部署实际云应用平台，这个过程是一个网络架构由规划架构到最终的物理实现；PaaS基于IaaS技术和平台，部署终端用户使用的应用或者程序，提供对外服务的接口或者服务产品，最终实现整个平台的管理和平台的可伸缩化；SaaS 基于现成的 PaaS 的基础，作为终端用户的最后接触产品，完成将现有资源进行对外服务，完成服务的租赁化。

（4）云计算的四大部署类型

① 私有云：云计算基础设施由一个单一的组织部署和独占使用，可由该组织、第三方或两者的组合来拥有和管理。

② 社区云：云计算基础设施由一些具有共有关注点的组织形成的社区中的用户部署和使用，可由一个或多个社区中的组织、第三方或两者的组合来拥有和管理、运营。

③ 公有云：云计算基础设施被部署给广泛的公众开放地使用。它可能被一个商业组织、研究机构、政府机构或者几者的混合所拥有、管理和运营，被一个销售云计算服务的组织所拥有，该组织将云计算服务销售于一般人或广泛的工业群体。

④ 混合云：云计算基础设施是由两种或两种以上的云（私有、社区或公共）组成，每种云仍然保持独立，但用标准的或专有的技术将它们组合起来，具有数据和应用程序的可移植性。

3.云计算平台分类

（1）云计算平台分类

从云计算平台的技术应用看，云计算平台可以划分为3类：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以及计算和数据存储处理兼顾的综合云计算平台。

按构建云计算平台过程是否收费来划分，云计算平台可以划分为2类：开源云计算平台和商业化云计算平台。

（2）典型的开源云计算平台

① AbiCloud（Abiquo公司）:AbiCloud是一款用于公司的开源的云计算平台，使公司能够以快速、简单和可扩展的方式创建和管理大型、复杂的IT基础设施（包括虚拟服务器、网络、应用和存储设备等）。Abiquo 公司位于美国加利福尼亚州红木市，它提供的云计算服务包括为企业创造和管理私人云服务、公共云服务和混合云服务，能让企业用户把他们的计算机和移动设备中的占据大量资源的数据转移到更大、更安全的服务器上。

② Hadoop（Apache基金会）：该计划完全模仿Google体系架构，是一个开源项目，主要包括Map/Reduce和HDFS文件系统。

③ Eucalyptus 项目（加利福尼亚大学）：该项目创建了一个使企业能够使用它们内部IT资源（包括服务器、存储系统、网络设备）的开源界面，来建立能够和Amazon EC2（Elastic compute cloud，即弹性计算云）兼容的云。

④ MongoDB（10gen）:MongoDB是一个高性能、开源、无模式的文档型数据库，它在许多场景下可用于替代传统的关系型数据库或键/值存储方式。MongoDB 由 C++语言编写，其名字来自humongous这个单词的中间部分，从名字可见其野心所在，就是海量数据的处理。关于它的一个最简洁描述为：scalable、high-performance、open source、schema-free和document-oriented database。

⑤ OpenStack项目：OpenStack是一个由NASA（美国国家航空航天局）和Rackspace合作研发的，以Apache许可证授权的自由软件和开放源代码项目。

OpenStack是一个开源的云计算管理平台项目，由几个主要的组件组合起来完成具体工作。OpenStack支持几乎所有类型的云环境，项目目标是提供实施简单、可大规模扩展、丰富、标准统一的云计算管理平台。OpenStack通过各种互补的服务提供了基础设施，即服务（IaaS）的解决方案，每个服务提供API以进行集成。

（3）典型的商业化云计算平台

国内典型的商业化云计算平台有阿里云、盛大云和新浪云等，这个作为基础架构层的IaaS，也就是他们所提供的云主机服务。另外，还有平台层的，包括腾讯的开放平台和新浪的开放平台（PaaS）。他们的概念和Google公司的App Engine相似，让更多的开发者上去做应用，都是看到了Apple的App Store的成功商业模式。相比于国外应用层的服务，国内应用层（SaaS）还需要走很大一段路。

国外典型的商业化云计算平台有微软、Google、IBM、Oracle和Amazon等云。这些国外云计算平台主要提供云企业服务。如微软的Azure平台；Google公司的Google AppEngine应用代管服务；IBM公司的虚拟资源池提供企业云计算整合方案；Oracle的EC2上的Oracle数据库，OracleVM和Sun xVM;Amazon公司的EC2、S3（Simple Storage Service，即简单存储服务）,SimpleDB和SQS。

提示

随着应用需求不断地提高和计算机先进技术不断涌现，催生着新型技术的应用和新概念的出现，可通过参观校园信息化中心，从实际应用角度去理解云计算技术的相关概念。

任务实现

1.参观学校信息化中心机房

通过参观校园信息化中心的机房，可以比较全面地了解自己学校的整体网络拓扑结构，可以比较直观地理解上述云计算的相关概念。因此，在参观时要观察以下几点并做好记录。

① 认真听专业技术人员的情况介绍，了解本校的校园信息化建设的总体目标。

② 记录好校园信息化建设的网络拓扑结构。

③ 记录好网络拓扑结构中主要的网络设备、服务器。

④ 分辨网络服务平台是云计算架构还是虚拟化技术架构。

⑤ 在现有的系统架构中运行了哪些应用项目。

做好上述的参观和记录后再完成以下的问题。

2.分析信息化校园的网络

① 学校的网络拓扑结构是什么样的？由哪几个层次组成？

② 系统采用的是云计算平台还是虚拟化技术？并指出是什么具体的平台技术？

③ 系统有几台物理服务器？服务器的性能指标如何？

④ 系统中运行的应用项目有哪些？

⑤ 系统在运行过程中是如何保障硬件的安全及软件系统可靠运行的？对于服务器故障有什么故障修复技术？

学习云计算的基本概念后，通过具体的系统环境参观，认识设备和相应的功能，并带着有关的问题去听、观察，能够起到很好的理解学习效果。

提示