基础篇

第1章 绪论：初识云计算

1.1 云计算的基本概念

1.1.1 产生背景

云计算是当前ICT（Information and Communication Technology，信息通信技术）领域内热度很高的名词。它是多种技术混合演进的结果，由于其成熟度较高，又有大公司推动，近些年发展极为迅速。外国企业包括亚马逊、谷歌、IBM、微软，以及国内互联网公司阿里、传统IT企业华为等公司，都是云计算技术的先行者。云计算领域的成功公司还包括Salesforce、Facebook、YouTube、Myspace等。

云计算的概念起源于20世纪60年代之前。1959年6月，Christopher Strachey发表虚拟化论文，被认为是今天“云计算”基础架构的基石。经过多年发展，1999年，Marc Andreessen和Ben Horowitz创建LoudCloud，是第一个商业化的IaaS（Infrastructure as a Service，基础设施即服务，详见1.4.1节）平台；2005年，亚马逊公司发布Amazon Web Services云计算平台；2007年11月，IBM公司首次发布云计算商业解决方案，推出“蓝云（Blue Cloud）”计划；2008年4月，Google App Engine发布；2008年中，Gartner发布报告，认为云计算代表了计算的方向；2008年10月，微软公司发布其公共云计算平台——Windows Azure Platform，由此拉开了微软的云计算大幕。

云计算的产生是需求推动、技术进步和商业模式转变共同促进的结果。需求推动指的是政企客户低成本且高性能的信息化需求；人们对于互联网、移动互联网应用需求强烈，追求更好的用户体验。技术进步指的是虚拟化技术、分布与并行计算、互联网技术的发展与成熟，使基于互联网提供包括IT基础设施、开发平台、软件应用成为可能。

云计算的基本原理是：通过使计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或特定的远程服务器中，使企业数据中心的运行与互联网具有更高的耦合度，使企业能够将资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系统。这是一种革命性的变革，它意味着计算能力也可以作为一种商品进行流通，就像水、电、煤气一样，打开即用，关闭即止，取用方便，费用低廉。最大的不同在于，它是通过互联网进行传输的。

1.1.2 概念的演进

云计算是一种新兴的商业计算模型，它利用高速互联网的传输能力，将数据的处理过程从个人计算机或服务器转移到一个大型的计算中心，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、应用软件、服务），并将计算能力、存储能力当作服务来提供，就如同电力、自来水一样按使用量进行计费。

云计算是并行计算、分布式计算和网格计算发展到一定程度后的成果，或者说是这些计算机科学概念的商业实现。云计算是虚拟化、效用计算、IaaS、PaaS（Platform as a Service，平台即服务，详见1.4.2节）、SaaS（Software as a Service，软件即服务，详见1.4.3节）等概念混合演进并跃升的结果。云计算也可以指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服务。它旨在通过网络把多个成本相对较低的计算实体整合成一个具有强大计算能力的完美系统。云计算通常被划分为狭义云计算和广义云计算。

1.1.3 基本特点

1）超大规模：“云”具有相当的规模，企业私有云一般拥有成百上千台服务器。“云”能赋予用户前所未有的计算能力。

2）虚拟化：云计算支持用户在任意位置、使用各种终端获取应用服务。所请求的资源来自“云”，而不是固定的有形的实体。应用在“云”中某处运行，但实际上用户无需了解、也不用担心应用运行的具体位置。

3）高可靠性：“云”使用了数据多副本容错、计算节点同构可互换等措施来保障服务的高可靠性。

4）通用性：云计算不针对特定的应用，在“云”的支撑下可以构造出千变万化的应用，同一个“云”可以同时支撑不同的应用运行。

5）高可扩展性：“云”的规模可以动态伸缩，满足应用和用户规模增长的需要。

6）按需服务：“云”是一个庞大的资源池，按需购买，按用量计费。

7）极其廉价：“云”的自动化集中式管理使大量企业无需负担日益高昂的数据中心管理成本，“云”的通用性使资源的利用率较之传统系统大幅提升，因此用户可以充分享受“云”的低成本优势。

1.1.4 国内外主要服务商

云计算的一个典型特征就是IT服务化。云计算是一种全新的商业模式，其核心部分依然是数据中心，它使用的硬件设备主要是由成千上万的工业标准服务器以及其他硬件厂商的产品组成。企业和个人用户通过高速互联网得到计算能力，从而避免了大量的硬件投资。

1.国外云计算服务商

亚马逊公司使用弹性云计算（EC2）和简单存储服务（S3）为企业提供计算和存储服务。收费的服务项目包括存储服务器、带宽、CPU资源以及月租费。截至2019年底，亚马逊公司与云计算相关的业务收入已达350亿美元。云计算是亚马逊公司增长最快的业务之一。

微软云计算平台——Azure Service Platform是微软云计算战略的具体实现，于2010年正式商用。该平台是继Windows取代DOS之后，微软的又一次颠覆性转型。

2.国内云计算服务商

国内的云计算行业市场上活跃着各种大大小小、知名的与不知名的云服务商，这里主要介绍国内主流的优质云服务商，其可以代表目前我国云计算市场的总体技术水平和服务能力。

阿里云：阿里云创立于2009年，集资本、规模、技术实力、品牌知名度和生态系统等多种优势于一体，是目前国内云计算“公有云”市场的行业巨头。2018年9月19日，阿里云发布了面向万物智能的新一代云计算操作系统——飞天2.0，可满足百亿级设备的计算需求，覆盖了从物联网场景随时启动的轻计算到超级计算的能力，实现了从生产资料到生活资料的智能化，改善社会运转效率，是阿里云史上最大的一次技术升级。

华为云：华为云成立于2011年，隶属于华为公司，在多地设立有研发中心和运营机构，专注于云计算中“公有云”领域的技术研究与生态拓展，致力于为用户提供一站式的云计算基础设施服务，是目前国内大型的公有云服务与解决方案提供商之一。

中国电信天翼云：天翼云是中国电信旗下的云计算服务提供商，致力于提供优质的云计算服务。天翼云为用户提供的服务，涉及云计算、云存储、云安全、网络与CDN、数据库等多方面，同时为政府机构、教育、金融等行业打造定制化的云解决方案。作为我国的三大通信运营商（中国移动、中国联通、中国电信）之一，中国电信旗下的天翼云，在争取国内客户方面有着天然的优势。

1.1.5 开源云计算产业现状及展望

1.概述

（1）开源云计算现状

云计算发展到今天，已经成为企业IT基础设施的主流选择；以Docker为代表的Container技术，也推动着云计算的发展。云计算已经从概念走向实际应用，促进着信息化、工业化的融合进程。在企业IT“云”化的过程中，开源技术正在成为未来的重要选择。开源云计算带来的好处很多，其中最吸引人的就是可以帮助企业降低成本。另外，开源模式消除了供应商的限制和壁垒，并且可让技术变得更加协作化，合作者会不断更新开源软件，使该技术得到持续的完善和发展。

（2）开源云计算的优、缺点

开源云计算的系统、产品与服务正不断地创新推出。目前拥有最多传统IT巨头支持的云架构开源项目OpenStack在国内外都受到了普遍关注。在OpenStack基金会发布的白皮书中显示，OpenStack在实际生产环境的部署已得到大幅提升，并且在传统行业的渗透已经呈现规模化趋势，在制造、能源、零售、医疗、交通、保险、媒体等行业发展迅速。开源云也同样存在着明显的缺点，时下流行的开源云计算应用，都存在着技术成熟度欠缺、缺乏完整性、安全成熟度较低等问题。

（3）开源云计算展望

开源云计算模式确实为企业和开发者部署云环境创造了条件，但是，站在用户的角度看，特别是不具备软件开发、运维能力的传统企业，大规模采用开源云项目仍然存在一定的风险。另外，开源的开放所带来的一大弊端就是安全问题，这也是不容忽视的。

2.产业模式

（1）基础通信资源云服务

基础通信服务商已经在IDC（Internet Data Center，互联网数据中心）领域和终端软件领域具有得天独厚的优势，依托IDC云平台支撑，通过与平台提供商合作或独立建设PaaS云服务平台，为开发、测试提供应用环境。

商业模式：采取“三朵云”的发展思路，构建“IT支撑云”，满足自身在经营分析、资料备份等方面的巨大云计算需求，降低IT经营成本；构建“业务云”，实现已有电信业务的云化，支撑自身的电信业务和多媒体业务发展；开发基础设施资源，提供“公众服务云”，构建IaaS、PaaS、SaaS平台，为企业和个人客户提供云服务。

（2）软件资源云服务

软硬件厂商以及云应用服务提供商合作提供面向企业的服务或企业个人的通用服务，使用户享受到相应的硬件、软件和维护服务，享用软件的使用权和升级服务。

商业模式：以产品销售作为稳定的盈利来源向客户提供基于IaaS、PaaS、SaaS三个层面的云计算整体解决方案，尝试以BOC模式提供运营托管服务。

（3）互联网资源云服务

互联网企业基于多元化的互联网业务，致力于创造便捷的沟通和交易渠道。互联网企业拥有大量服务器资源，确保数据安全。为了节能降耗、降低成本，互联网企业自身对云计算技术具有强烈的需求，因此互联网企业云业务的发展具有必然性。而引导用户习惯性行为的特点就要求互联网企业云服务要处于研发的最前沿。

商业模式：基于互联网企业云计算平台，联合合作伙伴整合更多一站式服务，推动传统软件销售向软件服务业务转型，帮助合作伙伴从传统模式转向云计算模式。针对客户和终端用户需求开发针对性云服务产品。

（4）存储资源云服务

云存储将大量不同类型的存储设备通过软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储服务。云存储不仅仅是一个硬件，而是一个网络设备、存储设备、服务器、应用软件、公用访问接口、接入网和客户端程序等多个部分组成的系统。

商业模式：以免费模式、免费+收费结合模式、附加服务模式为云存储商业模式的主流模式，通过这三种模式向用户提供云服务存储业务。而业务模式的趋同目前已成云存储服务亟待解决的重要问题之一。

（5）即时通信云服务

即时通信软件发展至今，在互联网中已经发挥着重要的作用，使人们的交流更加密切、方便。使用者可以通过安装了即时通信软件的终端机进行两人或多人之间的实时沟通，交流内容包括文字、界面、语音、视频及文件互发等。

商业模式：分为免费和收费两种模式，收费模式是目前即时通信云服务的主要方式，而免费模式则是大势所趋。

（6）安全云服务

安全云服务是网络时代信息安全的最新体现，它融合了并行处理、网络计算、未知病毒行为判断等新兴技术和概念，通过网状的大量客户端对网络中软件行为的异常监测，获取互联网中木马、恶意程序的最新信息，传送到服务器端进行自动分析和处理，再把病毒和木马的解决方案分发到每一个客户端。

商业模式：云安全防病毒模式中免费的网络应用和终端客户就是庞大的防病毒网络：通过“免费”的商业模式吸引用户，在提供个性化的服务、功能和诸多应用后实现公司的盈利；防病毒应用可与网络建设运营商、网络应用提供商等加强合作，建立可持续竞争优势联盟，可以最大程度地降低病毒、木马、流氓软件等网络威胁对信息安全造成的危害。

3.产业链构成与发展

（1）云计算产业链分析

目前云计算产业链主要有十大关键环节：硬件设备制造商、云平台开发商、系统集成商、云应用开发商、云资源服务提供商、云平台服务提供商、云应用服务提供商、网络运营商、终端供应商、最终用户。其相互关系结构如图1-1所示。

（2）云计算三大产业

云计算第一产业即云计算核心资源的提供者，包含云计算核心软件系统的提供商和云计算的硬件设备提供商；任何基于云计算平台的应用都可以称为第二产业，比如数据库应用、视频应用等；云计算第三产业负责的是云计算延伸出来的大量非技术性产业，如云计算技术培训、品牌策划等相关的云计算普及和传播，还有其他对云计算产业链的增值性的服务。三个产业层次环环相扣，相互支撑，最后形成完整的云计算产业链。

（3）我国云计算的产业生态链构成

我国云计算产业生态链的构建正在进行中，在政府的监管下，云计算服务提供商与软硬件、网络基础设施服务商以及云计算咨询规划、交付、运维、集成服务商、终端设备厂商等一同构成了云计算的产业生态链，为政府、企业和个人用户提供服务，如图1-2所示。