云计算基本概念

引言

前面一篇《大数据 Big Data 基本概念》介绍了大数据基本概念，我们知道大数据两大核心问题就是分布式存储和分布式处理，今天就来了解一下云计算 cloud computering 基本概念。

云计算的概念

云计算是一种通过互联网提供计算资源和服务的计算模型。它将计算、存储、网络和应用等各种资源进行集中汇聚，并通过互联网按需提供给用户。云计算的概念来源于将云形象比喻为互联网，因此被称为"云"计算。

在云计算中，用户无需购买和维护昂贵的硬件设备和基础设施，而是通过互联网访问云服务提供商的数据中心，从中获取所需的计算能力、存储空间、应用程序和服务。用户可以根据实际需求灵活地使用这些资源，实现快速部署、弹性伸缩、按需计费和多租户共享等特点。

云计算通常被分为三种服务模型：

服务类型	说明	对象	供应商
基础设施即服务（Infrastructure as a Service，IaaS）	提供基础的计算、存储、网络等基础设施资源，用户可以在这些资源上构建自己的应用和环境。用户对操作系统、应用程序等具有更高的灵活性和控制权。	面向网络结构师	IaaS 提供商包括 Amazon Web Services (AWS) 的虚拟服务器（EC2）、对象存储（S3）、数据库服务（RDS）、块存储（EBS）、Microsoft Azure 的 Virtual Machines 和 Storag e等。
平台即服务（Platform as a Service，PaaS）	除了提供基础设施资源外，还提供开发和运行应用程序所需的平台和工具。用户可以专注于开发和部署应用，而无需过多关注底层基础设施。	面向应用开发者	一些著名的 PaaS 提供商包括 Heroku、Microsoft Azure 的 App Service、Google App Engine 等
软件即服务（Software as a Service，SaaS）	在云上提供完整的应用程序，用户可以通过互联网直接使用这些应用，而无需进行安装和维护。用户只需通过浏览器或移动设备访问应用即可。	面向终端用户	SaaS 模型广泛应用于各个领域，包括办公软件（如 Google Workspace、Microsoft 365）、客户关系管理（CRM）软件（如 Salesforce）、企业资源规划（ERP）软件、人力资源管理软件等。

云计算的优势在于其灵活性、弹性伸缩、成本效益和高可用性。它为个人用户、企业和组织提供了更便捷和经济高效的计算和存储解决方案，成为推动数字化转型和创新的重要基础设施。许多企业和组织利用云计算来加速业务发展、提高效率和降低成本。

IaaS 主要组件

1. 虚拟化计算资源：
   IaaS提供虚拟化的计算资源，包括虚拟机（Virtual Machines，VMs）和计算实例。用户可以根据需要创建、配置和管理虚拟机，每个虚拟机都可以独立运行操作系统和应用程序。

2. 存储资源：
   IaaS 提供虚拟化的存储资源，包括块存储、对象存储和文件存储等。用户可以根据需求挂载和管理存储卷，用于存储数据和应用程序。网络资源：IaaS 提供网络资源，包括虚拟网络和云上的网络设备。用户可以配置虚拟网络、子网、路由器和防火墙等，以实现网络隔离和安全控制。安全性和身份验证：IaaS 通常提供安全性和身份验证功能，确保用户数据和环境的安全。这可能包括访问控制、身份认证和加密等安全措施。

3. 监控和管理工具：
   IaaS提供监控和管理工具，用于跟踪计算资源的使用情况、性能指标和健康状况。这有助于用户进行资源优化和故障排查。

4. 弹性伸缩：
   IaaS 允许用户根据实际需求进行弹性伸缩，即根据负载的变化自动调整计算资源的规模，以满足不同工作负载的要求。

5. 计费和支付模型：
   IaaS 通常采用按需计费的模式，用户只需支付实际使用的计算资源量，避免了预先投资硬件设备的成本。

PaaS 主要组件

1. 应用运行时环境：
   PaaS 提供了支持多种编程语言和框架的运行时环境，例如 Java、Python、Node.js、Ruby 等。开发者可以选择适合自己的编程语言和开发框架，部署和运行自己的应用程序。

2. 开发工具和 SDK：
   PaaS 通常提供了丰富的开发工具和软件开发工具包（SDK），以便开发者更快速地构建和调试应用程序。这些工具和 SDK 可以简化应用程序开发过程，提高开发效率。

3. 数据库管理系统：
   PaaS 提供了托管的数据库服务，包括关系型数据库和非关系型数据库。开发者可以在 PaaS 平台上创建、管理和维护自己的数据库实例，而无需自己搭建数据库服务器。

4. 消息队列和服务总线：
   PaaS 提供了消息队列和服务总线等消息传递机制，用于实现应用程序的解耦和异步通信。

5. 自动化部署和扩展：
   PaaS 平台通常支持自动化部署和扩展功能，开发者可以根据实际负载需求自动调整应用程序的规模。

6. 日志管理和监控：
   PaaS 提供了日志管理和监控工具，用于跟踪应用程序的性能指标、错误日志和运行状况。

7. 安全性和身份验证：
   PaaS 通常提供了安全性和身份验证功能，保障应用程序和数据的安全。

8. 多租户和共享资源：PaaS 允许多个用户共享平台上的资源，实现资源的高效利用。

SaaS 主要组件

1. 多租户架构：
   SaaS 应用程序通常采用多租户架构，即多个用户可以共享同一份应用程序的实例，但数据和配置是相互隔离的，确保用户之间的数据安全性和隐私。

2. Web 浏览器访问：
   SaaS 应用程序可以通过标准的 Web 浏览器进行访问，无需安装任何本地软件。这使得用户可以从任何地方、任何设备访问应用程序。

3. 自动更新和维护：
   SaaS 应用程序由服务提供商自动管理和维护，包括软件的更新、安全补丁和性能优化等。用户无需担心软件的维护工作。

4. 按需订阅和付费：
   SaaS 通常采用按需订阅和付费模式，用户可以根据实际使用情况灵活订阅和取消服务，只需支付实际使用的软件许可费用。

5. 集成和拓展性：
   SaaS 应用程序通常支持与其他应用程序和服务的集成，用户可以根据需要扩展和定制应用程序的功能。

6. 数据备份和恢复：
   SaaS 服务提供商通常提供数据备份和恢复功能，确保用户数据的安全性和可靠性。

7. 安全性和身份验证：
   SaaS 应用程序通常采用多层次的安全措施，包括数据加密、访问控制和身份验证，以保障用户数据的安全。

云计算的典型特征

云计算最典型特征就是虚拟化和多用户

特征	说明
按需自助服务（On-demand self-service）	用户可以根据需要自主获取计算资源、存储和应用，无需进行人工干预和额外的人工审批。
广泛网络访问（Broad network access）	云计算服务可以通过标准的网络渠道（如互联网）进行广泛访问。用户可以通过各种终端设备（如电脑、智能手机、平板电脑）随时随地访问云服务。
资源池化（Resource pooling）	云计算提供商将计算、存储和网络资源进行集中汇聚，形成一个共享的资源池。这些资源可以根据需要被多个用户共享，提高了资源的利用率和效率。
快速弹性伸缩（Rapid elasticity）	用户可以根据实际需求快速增加或减少计算和存储资源。云计算平台具备弹性扩展的能力，可以根据负载变化自动调整资源规模。
测量服务（Measured service）	云计算系统可以自动监测、控制和优化资源使用情况。用户通常根据实际使用量支付费用，类似公用事业收费模式。
多租户（Multi-tenancy）	云计算平台可以同时为多个用户提供服务，并确保每个用户的数据和计算资源相互隔离。这种多租户模式可以实现资源共享，降低成本。
高可用性和可靠性（High availability and reliability）	云计算平台通常采用多个数据中心和冗余架构，确保服务的高可用性和可靠性，降低服务中断的风险。
灵活计费（Flexible billing）	用户可以根据实际使用情况灵活计费，只需支付实际使用的资源，而无需预先支付固定费用。

这些典型特征使得云计算成为一种高效、灵活、可扩展且成本效益较高的计算模式。云计算广泛应用于各个领域，为企业和组织提供了更多的计算能力和资源，支持数据处理、应用部署、业务扩展和创新发展。

云计算数据中心

各种数据和应用，并非在 “天上云端”， 而是位于数据中心里。云计算数据中心是承载云服务的关键基础设施，是云计算提供商用来存储和处理大量用户数据的地方。数据中心通常是大型的物理设施，由成千上万台服务器、存储设备、网络设备和其他硬件组成。它们被设计和优化来满足高性能、高可靠性和高可用性的要求，以提供稳定和高效的云计算服务。

数据中心具有以下特点：

1. 规模庞大：
   云计算数据中心通常是规模庞大的，有些数据中心甚至可以覆盖数十万平方米。这是因为它们需要承载大量的服务器和存储设备，以满足各种用户的需求。

2. 高度可靠：
   数据中心采用多样化的冗余设计，确保即使出现故障或设备损坏，仍能继续提供稳定的服务。冗余包括电力供应、网络连接、硬盘存储等方面。

3. 节能环保：
   由于数据中心需要大量的电力供应来维持设备运行，云计算提供商通常会采取节能措施，如使用能效更高的服务器、优化冷却系统等。

4. 网络带宽：
   数据中心拥有高带宽的互联网连接，以确保高速的数据传输和快速的响应时间。

5. 数据安全：
   数据中心有严格的安全措施来保护用户数据的隐私和安全，这包括物理安全、数据加密、访问控制等。

6. 弹性扩展：
   数据中心通常具备弹性扩展的能力，以根据用户需求动态调整计算和存储资源，以应对不断变化的负载。

一些大型的科技公司和云计算提供商拥有自己的数据中心网络，例如 Amazon Web Services (AWS)、Microsoft Azure、Google Cloud Platform 等。除了自建数据中心，一些云计算提供商也会租用或购买其他公司的数据中心空间来扩展其服务能力。数据中心的位置通常会选在地理位置相对稳定、气候凉爽，网络连接较好的地区，以便为全球用户提供优质的服务。

数据中心能耗非常大

能耗类别	具体占比
总能耗点亮占比	空调照明等耗电 55%， IT 设备耗电 45%
服务器耗电量占比	风扇，存储，内存等耗电 70%， CPU 耗电 30%
处理器使用情况	闲置 90%， 计算 10%

云计算应用领域

云计算广泛应用于各个领域，对企业和个人用户都带来了许多优势和便利。以下是云计算的一些主要应用领域：

1. 企业应用：
   企业可以利用云计算来部署和管理各种企业应用，包括客户关系管理（CRM）、企业资源规划（ERP）、人力资源管理（HRM）等。云计算提供了便捷的方式来访问和使用这些应用，减轻了企业的IT管理负担。

2. 数据存储与备份：
   云计算提供商提供大规模的存储服务，企业和个人用户可以将数据存储在云端，同时利用云计算的备份和恢复功能来保障数据的安全性和可靠性。

3. 大数据分析：
   云计算提供了强大的计算能力和存储资源，使得企业可以在云端进行大规模的数据分析和处理。这有助于企业挖掘数据中的洞察，做出更明智的决策。

4. 移动应用：
   云计算为移动应用提供了后端支持，包括数据存储、用户认证、推送通知等功能，使得移动应用的开发和部署更加高效。

5. 人工智能和机器学习：
   云计算提供了大规模的计算和存储资源，可以支持复杂的人工智能和机器学习算法。企业和研究机构可以在云端训练和部署机器学习模型。

6. 互联网 of Things（物联网）：
   云计算为物联网设备提供了连接和数据处理能力，实现了设备之间的互联互通，同时支持大规模的数据收集和分析。

7. 在线视频和媒体服务：
   云计算为在线视频和媒体服务提供了高可用性和高性能的平台，用户可以通过云计算平台观看视频、音乐和其他媒体内容。

8. 科学计算和模拟：
   科研机构和科学家可以利用云计算的高性能计算能力来进行复杂的科学计算和模拟实验。

这只是云计算应用领域的一部分，随着技术的不断发展和创新，云计算将继续在更多的领域发挥作用，为用户带来更多便利和创新。