云起云落：揭秘云计算基础内功心法

云计算基本概念

• 云计算是一种基于互联网的计算方式。通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需求提供给计算机和其他设备。云计算依赖资源的共享以达成规模经济，类似基础设施（如电力网）
• 形象化理解
  

云计算发展历程

云计算的发展历程可以分为以下三个阶段：

1. 大型机时代：
   在计算机发展的早期阶段，大型机占据主导地位。大型机通常由大型硬件和复杂的操作系统组成，用于处理大规模的数据和复杂的计算任务。用户需要购买昂贵的硬件设备，并自行维护和管理系统。

2. PC时代：
   随着个人计算机（PC）的兴起，计算机变得更加普及和个人化。PC的出现使得普通人可以轻松购买和使用计算机，从而推动了信息技术的普及和发展。人们可以在自己的电脑上进行办公、娱乐和学习，这极大地改变了人们的生活方式和工作方式。

3. 云计算时代：
   随着互联网和虚拟化技术的快速发展，云计算逐渐兴起并成为新的计算模式。云计算通过网络提供各种计算服务，包括存储、计算、数据库等，用户可以根据需要灵活选择和使用这些服务，而无需关心底层的硬件和软件。云计算为用户提供了更加便捷、灵活和经济高效的计算方式，已经成为当今信息技术领域的主流趋势。

大型机和超级计算机的区别：

• 超级计算机本质上也是分布式计算，只是各个节点是通过Infiniband这种通信背板、各种企业级内部互联架构，节点之间的传输速率和稳定性更高。
• 大型机则采用的是单机模式，一般一两个机柜，体积并不一定很大，但是硬件架构大、扩展性大

云计算计算模式

• 并行计算、分布式计算、网格计算、云计算都是不同的计算模式，它们之间存在联系，同时又有各自的特点和应用场景。
• 并行计算：一种多条指令能同时执行的计算方式，一个设备中的多个计算单元（CPU）可以同时完成不同的计算任务，偏向计算方法，如并行矩阵算法、并行比特币挖矿算法
• 分布式计算：不同设备同时来完成不同的计算任务，偏向软件框架，如分布式MySQL、分布式Hadoop、分布式Redis、分布式DNS

• 并行计算和分布式计算也可以一起用，如分布式的并行运算比特币挖矿机，就是分布式的电脑用比特币协议交换信息，每台电脑内部计算用的是并行算法

• 网格计算：按照地理上的区域将设备进行划分，譬如亚洲区、欧洲区等不同的地理范围。将距离比较接近的，位于同一个地理范围内的计算资源，整合在一起，作为一台超级计算机，处理某一个任务。很多资源整合在一起，拥有的计算能力也是很强大的。

• 并行计算、分布式计算和网格计算都是把资源整合，整合之后资源集中到少数人手里，进行单个/少量目标的计算。经历前三个的阶段后，再把资源进一步融合，就是云计算。将大量的计算资源整合在一起，面向全球范围内给用户提供计算服务就是云计算。

云计算商业模式

• 软件即服务(SaaS)
• 平台即服务(PaaS)
• 基础设施即服务(laaS)
  

云计算部署模式

私有云部署

• 私有云建设部署在自己的机房，所有资产属于个人
• 成本：建设成本较高
• 安全性：安全性高，大部分业务部署在私有云来保证企业内部安全，比如政务外网的云目前都是自建

• 出于安全性及自主可控性，用户会选择自建私有云平台

公有云部署

• 使用第三方建设的云平台，用户直接租用云上的资源，部署自己的业务，开箱即用、按需付费
• 成本：支持按需购买、按时长购买，投入成本低，购买灵活等。
• 安全性：虽然云上有各种安全防护及等保认证，但是毕竟云服务属于第三方，存在数据泄露风险

• 中小型企业，尤其互联网公司常采用公有云，大型企业会把部分非核心业务，比如软件测试之类选择公有云

混合云部署

• 把不同的云融合起来使用，比如私有云+公有云混合使用、不同公有云混合使用，不同私有云混合使用等
• 成本：企业把核心业务放到私有云，把非核心业务放到公有云上，降低成本。
• 安全性：鸡蛋不放在一个篮子，业务部署在不同的云平台（不同的公有云或私有云）；保证业务高可用
• 应用场景：企业创新业务模式，开展大量互联网业务（电商、游戏）；应对类似双11爆发式增长的业务，把web服务放到公有云 上，核心业务放到私有云上；实现容灾备份，保证业务持续运行。

云计算虚拟化技术

虚拟机模式虚拟化

• 它通过软件层的封装，提供和物理硬件相同的输入输出表现，实现操作系统和计算机硬件的解耦，将OS和计算机间从1对1变成了多对多（1对多）的关系。

虚拟机虚拟化技术特点

优点:

1. 软硬件解耦: 虚拟机虚拟化技术实现软件与硬件的解耦，使得应用程序不再受限于特定硬件平台。
2. 虚拟操作系统完整性好: 虚拟机中的操作系统完整性好，可以提供独立的运行环境，增强了安全性和隔离性。

缺点:

1. 占用空间较大: 虚拟机需要占用一定的存储空间，特别是在部署多个虚拟机时，会占用较多的存储资源。
2. 便携性差: 虚拟机在不同平台间迁移时需要考虑兼容性和配置调整，相对来说便携性较差。
3. 需要的资源较多: 虚拟机需要一定的计算资源和内存资源来运行，相对于物理机会消耗更多的资源。
4. 性能较差: 虚拟机的性能通常会受到一定程度的损失，相较于物理机可能会表现出较差的性能。

容器模式虚拟化

• 容器是没有GuestOS的轻量级“虚拟机”，多个容器共享一个OS内核，容器中包含需要部署的应用和它依赖的系统环境，容器大小通常只有几十到几百MB。
• 由于共享操作系统内核，所以容器依赖于底层的操作系统，各个操作系统大都有自己的容器技术和容器工具。

基于容器的虚拟化技术特点

• 基于容器的虚拟化技术（如Docker）相比传统虚拟机虚拟化技术具有资源占用少、启动速度快、易于部署和管理等优点，但安全性相对较低，不适用于需要完全隔离的应用，且不支持不同操作系统的容器化，性能受限于宿主机硬件。

• Docker是目前应用比较广泛的一种Linux容器管理工具。
  

容器VS虚拟机

容器和虚拟化的区别：

1. 两者都是为了创造“隔离环境”
2. 虚拟机是操作系统级别的资源隔离
3. 容器实质上是进程级的资源隔离
   

常见虚拟化工具和技术

虚拟化工具

• 虚拟化工具：VMware、KVM、Xen、Virtual Box

VMware

• 特点：VMware是一家知名的虚拟化技术提供商，旗下有多种虚拟化产品，包括VMware Workstation、VMware vSphere等。VMware提供了强大的虚拟化功能，支持多种操作系统和硬件平台，并且具有丰富的管理和监控功能。

• 优点：易于使用，性能稳定，支持广泛的操作系统，提供丰富的管理工具和功能，适用于企业级和个人用户。

• 缺点：商业软件，部分功能需要付费许可证。

KVM（Kernel-based Virtual Machine）

• 特点：KVM是Linux内核中的一个虚拟化模块，通过利用硬件虚拟化扩展（如Intel VT或AMD-V）来实现虚拟化。KVM通常与QEMU配合使用，提供了强大的虚拟化功能。

• 优点：性能较高，集成在Linux内核中，免费开源，支持广泛的硬件平台，适用于服务器虚拟化。

• 缺点：配置和管理相对复杂，需要一定的Linux系统知识。用户交互并不好，不方便使用

Xen

• 特点：Xen是一种基于类型的虚拟化技术，可以实现高性能的虚拟化。Xen通常作为hypervisor运行，支持多个虚拟机同时运行在一台物理服务器上。

• 优点：性能较高，安全性好，支持广泛的硬件平台，适用于服务器虚拟化。

• 缺点：部署和管理相对复杂，不如KVM那样直接集成在Linux内核中。

VirtualBox

• 特点：VirtualBox是一款免费的开源虚拟化软件，由Oracle公司开发。它支持多种操作系统，包括Windows、Linux、macOS等，提供了丰富的虚拟化功能。

• 优点：易于使用，支持多种操作系统，免费开源，适用于个人用户和开发者。

• 缺点：性能相对较低，适用于个人用户和小规模部署，不如VMware那样适用于企业级部署。

OpenStack：虚拟机的云管理平台

• OpenStack是一个开源的云计算管理平台，它包含一系列用于构建和管理公有云和私有云的组件。这些组件提供处理计算、存储和网络资源的功能，在各种不同的虚拟化技术（如KVM、Xen）上运行，还支持容器等技术。OpenStack通过其各种服务模块，比如Nova（计算服务）、Swift（对象存储服务）、Cinder（块存储服务）、Neutron（网络服务）等，提供一个灵活且可扩展的云平台，可以用来部署和管理大规模云环境。

“轻量级”虚拟化工具

• “轻量级”虚拟化工具：容器、Docker、K8S

容器

• 特点：容器是一种轻量级的虚拟化技术，允许将应用程序及其依赖项打包为一个独立的运行环境。容器共享宿主机的操作系统内核，因此启动速度快，资源消耗低，适合部署和运行单个应用程序。

• 优点：启动速度快，资源消耗低，易于部署和管理，适用于微服务架构。

• 缺点：容器之间共享宿主机内核，安全性相对较低，隔离性不如传统虚拟化技术。

Docker

• 特点：Docker是一种流行的容器管理工具，提供了简单易用的容器打包、部署和管理功能。Docker容器可以在任何支持Docker的环境中运行，帮助开发者快速构建和部署应用程序。

• 优点：简单易用，社区支持广泛，生态系统丰富，适用于开发、测试和生产环境。

• 缺点：安全性需要加强，跨主机网络配置相对复杂，不适用于需要高度隔离的应用场景。

Kubernetes (K8S)

• 特点：Kubernetes是一个开源的容器编排平台，用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。Kubernetes提供了强大的调度、自愈、负载均衡等功能，帮助用户构建高可用、高可扩展的容器化环境。

• 优点：强大的自动化管理功能，支持多种部署模式，可扩展性好，适用于大规模容器部署。

• 缺点：学习曲线较陡，部署和配置相对复杂，需要一定的专业知识和经验。

• 容器、Docker和Kubernetes都是轻量级的虚拟化工具，适用于构建和管理容器化应用环境。
• 容器提供了快速部署和资源隔离的优势，Docker简化了容器的管理和部署过程，而Kubernetes则提供了强大的容器编排和管理功能，适用于构建复杂的容器化环境。

云计算供应商

云计算三要点（云管端）

• 云(数据中心)：
  • “云”的安全措施：用户数据放在云端，需要数据加密、身份认证、用户参与数据的删除（比特清零）等措施保证用户数据的安全。
• 管（中间传输的管道，即网络）：
  • “管”的安全措施：VPN技术，数据在公网上传输的是加密数据，而不是明文传输。
• 端（终端设备）：
  • “端”的安全措施：用户名、密码认证，以及U-key、指纹等二次认证，或者限制用户必须使用指定终端登录；设置组策略，限制USB只能读不能写，避免拷贝数据；或者防止截屏，避免数据泄露等