云计算的基础知识(定义/应用/优势/分类/发展历史)

前言

云计算是现在很热门的话题，很多的企业、行业都已经将传统的IT架构替换成云计算的架构。很多兴起的应用：大数据、AI都比较需要用云计算作为支撑的。云计算相比于传统的IT行业有着巨大的优势，本文就带大家认识什么是云计算，云计算的优势是什么。

云计算的确是最近几年兴起的话题，但是它采用的技术并不是新颖的，反而是很多年前的老技术，组合起来使用。需要涉猎范围很广，需要理解存储，网络，服务器，虚拟化等。我们可以这样去理解：云计算是一种将现有的技术整合起来的服务。

云计算应用

很多人应该都在之前或多或少的听说过、接触过云计算。但是可能不真正理解云计算到底是什么。
像我们最熟悉的百度云就是一种最基础云计算服务。在没有百度云之前，我们存储资料主要的途径本地存储。想要将资料移动到另一台电脑上，最常见的操作就是用U盘拷贝，或者是通过QQ等聊天软件来传输资料。而有了百度云这样的云存储APP之后，我们只需要在不同的设备上下载相应的APP，就能实现数据的上传、下载。百度云的工作原理很简单的来说就是将数据存储到云端，然后用户在何时何地都可以使用。
同样使用云计算功能的APP还有很多，如：网易云、手机的云备份服务、云笔记等等。
还有熟悉剪辑、后期制作等工作的小伙伴都知道，这类的工作都需要我们的工作站拥有非常强劲的性能。想要达到好莱坞特效等级的电影更是需要上千人、上亿美金的支持。前段时间中国电影圈非常火的流浪地球，它的特效可以说是比肩好莱坞的水准。该电影后期的制作就用到了华为云平台的云渲染等相关服务。

云计算的优势

云计算最近成为热门，这是时代发展的趋势。那么为什么云计算会成为现在信息时代的热门呢？我们来看一下它的优势。

优势	描述
按需自助服务	用户可根据自己的需求购买云计算服务
广泛的网络接入	任何地点、任何时间只要有网络即可
资源池化	可随意加减资源 最大特点：屏蔽硬件差异：品牌、型号
快速弹性伸缩	可快速根据需求增减服务
可计量服务	用技术和其他的手段实现单位的统一

这里我来解释一下这些优势

拿钢铁侠举例，钢铁侠有许多的战甲，如：MK 1、MK 2、MK 50等等。每套战甲都有独特的作用。比如打绿巨人用的是反浩克战甲，打灭霸用的是MK 50。我根据敌人的不同选择不一样的战甲这就是按需自助服务；托尼在外出时并不将自己的战甲随身携带，而是需要时通过远程召唤的方式，将战甲召唤到自己身上。无论在哪无论什么时间都可以召唤。这就是广泛的网络接入，我们使用云计算的服务重要的一点就是需要网络的支撑。钢铁侠召唤战甲我就不知道是用网络还是用其他高科技了；钢铁侠的战甲可以拆分成很多的部件、在战斗的过程中，哪个部件坏掉了可以直接更换新的部件。这便是资源池化

在云计算中，底层的硬件（硬盘、网卡、CPU、内存等）组成资源池，供上层使用。资源池内的硬件可以是不用的型号，不同品牌的。就好比KFC中的可乐桶中既可以加百事可乐又可以加可口可乐一样。

快速弹性伸缩可以理解为大师兄的金箍棒，可大可小，可长可短。需要要大的时候就大，需要小的时候就小。云计算中，比如我今天用云电脑打游戏，发现内存不太够，那我就可以立马再去购买相应的内存，给我的主机增加内存。

可计量服务比较的抽象，计量就是将单位统一化，从而使用户能够简单的理解用了多少资源。也可以在计费的时候有统一的标准。但是这样注意一下：计量不等同于计费，但是计量包括计费。

云计算的定义

美国国家标准与技术研究院（NIST）定义：

云计算是一种模型，它可以实现随时随地、便捷地、随需应变地从可配置计算资源共享池中获取所需的资源（例如，网络、服务器、存储、应用、及服务），资源能够快速供应并释放，使管理资源的工作量和与服务提供商的交互减小到最低限度。

从定义中我们也可以看出云计算的优势

定义	优势
随时随地、便捷地	广泛的网络接入
随需应变的、资源能够快速供应并释放	快速弹性伸缩
使管理资源的工作量和与服务提供商的交互减小到最低限度	按需自助服务

通俗的云计算定义

云计算=网络+计算

云：网络
计算：算力、CPU、存储。（包括功能、资源、储存）

“云计算”可以理解为：

通过互联网可以使用足够强大的计算机为用户提供的服务，这种服务的使用量可以使用统一的单位来描述

云计算是互联网和计算发展的必然产物离开了计算，厉害了互联网都不算云计算。

云计算的发展

我们将云计算的发展史拆分成网路的发展史和计算的发展史来讲。

互联网的发展

1969年	ARPANET诞生（阿帕网）	想要两台计算机之间能够通讯。 被称作互联网的起源 最开始军事使用。因为好用后来分为军用、民用。但是不同的网络之间不能通信
1981年	TCP/IP协议的完整规范建立	DoD建立
1983年	三个原始网络采用TCP/IP协议通讯	标志着真正的互联网的诞生 现在不同网络的计算机也可以通信？怎么通信？ 每个计算机都会被分配一个IP地址，通信的时候需要用到IP地址来找目的主机 遇到一个新问题：IP地址很难记，容易记错
1984年	DNS服务出现（IP地址和域名的转换）	访问的时候不需要输入IP地址，只需要输入域名（百度） 举例：身份证号、姓名
1991年	WWW正式向公众开放	使用的云计算都可以通过网页购买云计算服务
1995年	亚马逊、eBay电商成立	为什么提电商：因为电商对云计算贡献很大 国外：亚马逊、微软 国内：阿里云、腾讯云、华为云 介绍：双十一、黑色星期五 云计算概念出现：甲骨文：互联网电脑，所有硬件、操作系统、应用都在云端。但是由于当时网络速度慢，加上互联网泡沫破裂，所以失败。

计算发展史

计算发展史

串行计算

假设有AB两个任务

A和B两个任务运行在一个CPU线程上，在A任务执行完之前不可以执行B。即，在整个程序的运行过程中，仅存在一个运行上下文，即一个调用栈一个堆。程序会按顺序执行每个指令。

如果要计算的问题、任务很复杂、很大，那么使用串行计算所需的时间就很长

并行计算

概念

并行计算（Parallel Computing）是指同时使用多种计算资源解决计算问题的过程，是提高计算机系统计算速度和处理能力的一种有效手段。它的基本思想是用多个处理器来协同求解同一问题，即将被求解的问题分解成若干个部分，各部分均由一个独立的处理机来并行计算。

并行计算中的CPU，可以来自同一台计算机；也可以来自同一网络中的不同计算机。

分类

所谓并行计算可分为时间上的并行和空间上的并行。 时间上的并行就是指流水线技术，而空间上的并行则是指用多个处理器并发的执行计算。

时间上的并行：是指流水线技术

比如说工厂生产食品的时候步骤分为：

1． 清洗：将食品冲洗干净。

2． 消毒：将食品进行消毒处理。

3． 切割：将食品切成小块。

4． 包装：将食品装入包装袋。

如果不采用流水线，一个食品完成上述四个步骤后，下一个食品才进行处理，耗时且影响效率。但是采用流水线技术，就可以同时处理四个食品。这就是并行算法中的时间并行，在同一时间启动两个或两个以上的操作，大大提高计算性能。

空间上的并行

是指多个处理机并发的执行计算，即通过网络将两个以上的处理机连接起来，达到同时计算同一个任务的不同部分，或者单个处理机无法解决的大型问题。

比如小李准备在植树节种三棵树，如果小李1个人需要6个小时才能完成任务，植树节当天他叫来了好朋友小红、小王，三个人同时开始挖坑植树，2个小时后每个人都完成了一颗植树任务，这就是并行算法中的空间并行，将一个大任务分割成多个相同的子任务，来加快问题解决速度。

分布式计算（网格计算和云计算都属于分布式计算）

与集中式计算相对立

分布式计算，是用于研究分布式系统的计算机科学领域。分布式系统是将自己所有的组件分布在不同网络的计算机上。这些计算机通过通以消息机制来配合。工作在不同网络中的计算机通过相互协作来完成一个共同的目标。

分布式计算将该应用分解成许多小的部分，分配给多台计算机进行处理。这样可以节约整体计算时间，大大提高计算效率。

特点

稀有资源可以共享

通过分布式计算可以在多台计算机上平衡计算负载

可以把程序放在最适合运行它的计算机上

其中，共享稀有资源和平衡负载是计算机分布式计算的核心思想之一。

与并行计算对比

分布式计算和并行计算都是运行并行，来获取更高的性能。将大的任务化为小的任务。如果处理单元共享内存，就称为并行计算，反之就是分布式计算。

也有人认为：分布式计算是并行计算的一种特例，也可以这样说。

但是分布式的任务互相之间是有独立性的，上一个任务包的结果错误、未返回，并不会对下一个任务包有影响。并行计算每一个Part之间的结果是相互依赖的。所以分布式计算要求的实时性不高，而且可以出现错误。

网格计算

利用广泛的，零散的资源来完成一个任务。分布式计算的一种。

IBM定义

本地网络或互联网网络中零散的可用资源集合起来，使终端用户或者应用觉得他们在使用一台性能强悍的计算机。

应用：BT下载，你在下载的同时，也在给别人提供资源。

云计算

新兴的共享技术的架构方法，可以将巨大的资源池连接在一起，提供各种IT服务。
云计算和其他计算都不同，将任务（Job）放在云端，用户只需要通过互联网连接云端就可以完成job的整个过程。

云计算与并行计算、分布式计算的区别，以计算机用户来说:

计算类型	用户
并行计算	是由单个用户完成的
分布式计算	是由多个用户合作完成的
云计算	是没有用户参与，而是交给网络另一端的服务器完成的

云计算的发展

云计算1.0

在云计算1.0时代的重点关注是计算虚拟化也就是通过虚拟化集群调度软件将更多的IT应用复用的更少的服务器节点上从而实现资源利用率提高。华为HCIA阶段就是主要学习虚拟化的知识。
在1.0时代大家都发现虽然我使用了虚拟化，我可以提升我的硬件利用率，但是了用户在申请我这个虚拟机的时候，还是需要走传统的那个审批流程。比如我需要创建的虚拟机需要几个CPU、最大内存、多大硬盘、然后再由管理员手动的去创建这个虚拟机。如果一个企业比较大的话，管理员这个工作的效率非常低而且的非常耗时间。所以我们就进入了云计算2.0时代。

云计算2.0

2.0面向的是基础设施云租户和云用户的资源服务化和管理自动化的阶段，在这个阶段，以前需要人工创一个虚拟机、云硬盘等等这些操纵的全部能够变成了自动化，同时在提供虚拟机的规格。比如多大把硬盘、CPU个数等，也进行了标准化的定制。用户在Web界面就可以看到自己所需要的虚拟机的规格，进行自助的申请。然后的管理员只需要通过审批，用户的就可以使用自己的虚拟机了。

云计算3.0

到了3.0时代，云计算关注的是云原生以及业务的重构。他将其IT之前的业务架构逐步从纵向扩展应用分层架构体系，走向分布式无状态化的架构。从而使得其IT在支撑企业业务敏捷化智能化以及资源利用率效率提升方面的迈上了一个新的高度和台阶。

发展	定义	技术代表	特点
云计算1.0	计算虚拟化	Hyper-v（微软）、XEN、KVM、Vmware ESX	虚拟化，更好的资源利用率
云计算2.0	软件定义与整合	Openstack、Vmware、AWS（亚马逊）	基础设施云化，资源服务标准化、自动化
云计算3.0	云原生与重构业务	Docker、CoreOS、Cloud Foundry	应用云化，敏捷应用开发与生命周期管理

云计算的部署模式

两种依据分类依据：运营模式（公有云、私有云、混合云、行业云），服务模式（IaaS、PaaS、SaaS）

公有云

大众熟知的云计算。

前面提到的百度网盘、华为手机的云备份恢复功能、有道云笔记、以及网易云音乐都属于公有云。

目前的公有云可以提供给用户众多的服务，用户呢可以通过互联网像使用水电一样使用公有云服务。随用随到，用多少付多少。

从用户的角度来说，自己只需要购买云计算上的资源或者服务，而云计算所用的硬件以及相应的管理工作都是由第三方的服务商负责的。
公有云的资源那向公众开放

私有云

部署在企业和单位的内部

运行在私有云中的数据的全部保存在企业自有的数据中心

那如果需要访问数据需要经过部署在数据中心入口的防火墙。

建设的过程中那可以基于企业应有的劲架构进行改造，同时从以前买过了哪些硬件设备那也可以就可以最大程度上保护客户的现有投资

但是所有的事情他都有两面性的如果企业采用私有云可以保证数据的安全也可以设备利用。但是自己的原有的架构会随着时间的推移，设备会越来越旧，而更换这些设备会是相当高的费用。

还有另外一种说法那就是在公有云购买云专属服务。这种方式可以将企业的关键业务和关键数据的放在公有云的专属服务器上。因为可靠的网络隔离，完全可以满足和私有云一样的高安全性、高可靠性、高性能性。

混合云

包含了私有云、公有云、行业云中的两种或两种以上。
企业一般会使用企业防火墙，对公有云和私有云进行隔离，来保护数据的安全。

行业云

由某个行业或者某个区域内起主导作用或者挂掌握了关键资源的组织建立和维护已公开或者半公开的方式向行业内部和相关组织和公众提供有偿或者是无偿服务的云平台。

除了行业云还有一个社区、政府等建设的云，可以叫做社区云等。这类云其实也算是行业云。

各种云的优劣势

分类	区别	优势	劣势
公有云	搭建者和用户不同	便宜 不需要自己管理 按需自助 弹性伸缩	不安全 性能低（毕竟不是部署在自己家，需要通过互联网） 不可靠
私有云	搭建者和用户是同一人	高安全 高性能 高可靠	成本高（建设时：需要自己买硬件。升级硬件时成本高） 需要自己运维
行业云	一个行业一起用的云（医疗）（私有云）
混合云	上述三种云两种或两种以上混合	集合以上优点	成本高、学习成本高

云计算服务模式

传统模式：在我们使用电脑的时候，使用的是一些应用程序。但是应用程序需要运行环境、中间件做支撑。中间件、运行环境又需要操作系统和底层的硬件做支撑。
云计算服务商根据用户需求提供不同的服务模式：

IaaS

PaaS

SaaS

玩游戏举例

iaas：我只购买了电脑包含cpu、显卡、内存

paas：不仅购买了电脑、还给我装好了操作系统、.net等中间件

saas：不仅装好了操作系统，游戏都给我装好了。

　　审核编辑：汤梓红