云计算基础之云计算概念

云计算基础

主机资源使用方式在云计算出现之前，常用的主机资源使用方式有： IDC托管、IDC租用、自己购买、虚拟机、...

 传统的资源管理方式

资源方面：

• 初始投入/后期维护成本高，后期资源闲置浪费

人力方面：

• 纯手工操作，自动化能力差 技术水平限制，资源分配不合理

最终效果：

• 资源利用率低

虚拟化是什么？

• 就是本来没有，但是通过某种特殊的手段，让你以为有，而且确信不已，这些手段就是虚拟化技术

虚拟化的目的：

在时间上和空间上突破我们工作的限制，提升工作效率。

• 时间上：多种工作在一时间段内同时进行

• 空间上：在一台物理主机上，虚拟出来多台主机，多台主机共同做一件事情。

 为什么要云计算？

对提供商而言：

资源方面：海量资源动态管理，灵活的调配，达到资源高效率使用 人力方面：技术团队高效使用

对客户而言：

使用方式多：网络访问无处不在 成本投入低：按需使用的自助服务，资源可以弹性伸缩

云计算的历史

1961年 "云"概念由计算机科学家John McCarthy提出

1990年 各大厂商开始普及并且验证了现代云计算基础的核心概念：功能服务

2006年 "云计算"出现在商业领域，Google提出"云计算"概念

2009年 美日韩将其纳入政府议程 2010年 中国将其纳入战略性产业，云计算开始在中国进入迅速发展期

2013年 政府工信部发布基于云计算的政务平台设计指南

2015年 云计算脱离争论不休和宣扬阶段，开始进入落地实施阶段

基本概念

云计算概念

　　云计算是一种模型，可以实现随时随地、便捷的、按需地从可配置计算资源共享池中获取所需的资源(网络、 服务器、存储、应用程序及服务)，资源客户快速的供给和释放，使管理的工作量和服务提供者的介入降低至最少 。 -- 2011.9 NIST(美国国家标准与技术研究院)对云计算的修订版定义。

什么是云计算

Management 是 云计算实现的一种 方式，因为包含众多组件，所以也有人称之 为Cloud OS

从表现形式上来讲：

　　底层由物理硬件构建出一个环境，在这个环境上运行一个操作系统，对终端用户而言，当我们需要用到一个操 作系统或应用实现特殊功能时，它只需要向CloudOS提出申请而就能够立即申请获取一个对应的请求环境，这个环 境我们可以随时终止，开启等功能。

对于用户而言，无需关心它所需要的计算能力从哪里来，有别于传统使用计算机操作系统的状况(看得见、摸 得着) 虚拟机资源总容量，不能超过物理资源的容量大小

从本质上来讲：

• 云计算是一种资源交付的模式。它的特点是：基于网络、按需付费、弹性拓展。

• 云服务提供商基于有效的网络通信对所有资源进行统一管理，客户对使用的计算资源按需付费，计算资源使用

过程中支持弹性拓展，客户只需投入很少的管理工作就可以高效率的使用计算资源。

Private：传统/私有方式

• 优点：所有事情都亲自做，可控

• 缺点：用户成本比较高，要求自身技术水平高

• 典型软件：传统物理主机

Iaas：基础设施即服务

• 优点：底层硬件到操作系统，都不需要用户操心，省事，可以集中精力做业务项目。

• 缺点：服务商提供的东西，非自己自由定制，所以不可控

• 典型软件：OpenStack，CloudStack

PaaS：平台即服务

• 优点：我不会运维，我只会开发，底层到运行环境，都不需要用户操心，省事，可以集中精力做应用项目

• 缺点：服务商提供的东西，定制太强，不灵活，只适用于特殊的应用项目，

• 典型软件：Docker、Rocket、Openshift...

SaaS：软件、应用即服务

• 优点：所有东西都由服务商提供，自己只需要花钱使用就行了，对于广大(大中小)企业来说，SaaS是采用先 进技术实施信息化的最好途径。比如说，买企业邮箱，买财务软件云

• 缺点：对客户来说，所有东西都不可控，安全不安全，看情况。

企业云使用现状

• 弱水三千，只取一瓢，所以有眼光的和实力专一的人，做中间某一应用为"特殊服务"，通过应用软件许可证费 、软件维护费以及技术支持费等方式技术变现，实现价值。

• 常见的应用服务有：DBaaS、FWaaS、LBaaS、XaaS...

• 现在创业公司，如果没有拿得出手的XaaS的话，你都不好意思说你是创业的，拉投资都拉不过来。这种模式 是很重要的。

• 举例：各种运维平台、日志管理平台、监控平台、财务平台。。。

• 所以说："一切皆服务" 才是云计算的最终目标，再次验证了云计算不是一种技术手段，而是资源使用模式的 变革。

云供应商基本情况：

• 亚马逊：国外企业，支持分级别的资源使用

• 阿里云：国内企业，支持天级别的资源使用

• 青 云：国内企业，支持分级别的资源使用

• 腾讯云、华为云。。。

• 目前他们提供的云主机，一般只支持容量扩充，不支持缩小，因为没有必要。

常见种类

这一节我们从云计算分类、衍生云类型、使用现状三个方面来学习。 云计算分类

公有云：普遍性

• 用户按需使用，成本低廉，管理方面。

• 用户的数据保存在公有云的提供商那里，从技术上来讲，数据安全是没有办法保证的，这能从业务层面上来看待

• 比如：银行不用公有云，竞争对手的云服务战略合作伙伴

• 举例：亚马逊、阿里云、openstack。。。

私有云：专用性

• 所有资源都自己提供，安全有保障

• 技术/人力/业务成本高昂，资源利用效率低。

• 举例：vmware、公司云。。。

混合云：协调性 

• 核心业务用私有云，临时需求/轻量级业务需求使用公有云

• 成本的最优使用效率

衍生云类型：

出现原因：自己搞私有云成本太高，公有云又有安全风险，所以基于公有云衍生出来一系列的云

"托管云"：

• IDC机房自己做一个私有云，我按需可以租给你，当然我还支持扩展，设备你不需要买，你可以自己管，也可 以让我代管，设备你有使用权，但是产权是我的。

问题：

• 万一"一女两嫁",同一个机器，你租给了多家，安全没有保障怎么办？就出现了"专用云"

"专用云"：

• 你租用的物理主机，保证只有你一个人在用

"行业云"：

• 比如说银行不敢用公有云，那么某银行自己建立一个云，然后咱们同一行业的，你即想省钱又想保证安全，那 么你来使用我的行业云。

• "政务云"、"金融云"、"游戏云"

各云模型使用现状

选用的标准：根据业务特点，成本承受能力，业务故障承受能力，技术能力，综合确定 选用哪种？

• 有实力的：自己搞一套云，富裕的话，共享一点

• 实力稍欠缺：核心自己搞一套云，其他的功能用公有云，作为补充，减轻成本

• 小微企业：由于自身特性，选择比较喜欢的云环境

基本架构

云计算基本架构

 

　　根据我们对kvm虚拟机的理解，创建虚拟机需要获取各种物理资源及其映像文件，最重要的就是映像文件。那 么在云计算基本架构中，各种资源我们好获取，重要的是VM实例的磁盘映像文件，因为该文件包含了VM实例的规 格以及各种配置信息。

　　为了保证用户定制的vm实例能够运行，指定主机提供VM实例所需的CPU和内存及网络资源，为了避免延迟，一 个携带操作系统的映像文件一般会在指定主机的本地磁盘空间里面。但是我们生产中一般不能确定VM实例被指定的 具体主机，所以我们一般会单独找个空间存储该映像文件，

为了资源的高使用效率，映像文件一般不包括存储功能，而是找一个专用的存储资源，按需分配存储空间，既 然是永久存储，那么磁盘/网络io就是一个性能挑战，所以也用分布式存储来解决它。

所以: 资源的计算、网络、存储是非常重要的

2) 销毁后怎么重新建？

　　VM实例销毁后，各种资源已各归各位，如果再重新创建规格一样的VM实例，怎么重建呢？ VM实例创建后，会生成各种各样的配置信息，如果重建或者再来一个同规格的VM实例，那么他们用到的配置 信息都是一样的，所以我们需要专门找一个数据库来存放这些配置信息。数据库在整个过程中会有如下操作： 创建虚拟机实例时候，配置信息的检索 销毁虚拟机实例时候，配置信息的更新 虚拟机实例资源变更时候，配置信息的更新 ... 所以：数据库很重要,引申-数据的缓存也很重要

3) 怎么批量创建VM实例？

　　如果批量创建多个VM实例，是同时创建还是按顺序创建呢？ 为了避免同时创建多个VM实例时候，给用户和各种资源带来的压力，我们应该按照创建请求的顺序，一个一个 的创建，而满足顺序的功能的软件，这就可以用异步协作的消息队列。 所以：消息队列很重要

通过上面的案例场景分析：

• 在云计算场景中，至少有三大支撑性服务：数据库、缓存、消息队列，三大主要功能：计算、网络、存储

虚拟化 VS 云计算

 虚拟化：

　　虚拟化是一种技术，它的目的在于提高资源的使用率，并将底层硬件和上层的应用软件进行隔离，使得上层软 件及应用计算变得更加弹性可控。最终达到有限成本的高价值。 默认情况下，虚拟化技术默认并不对外，将底层资源抽象为上层应用软件服务，一个没有被服务化的虚拟化环 境只能被称为"资源池"，只有内部管理人员才可以操作。

云计算：

　　它是以虚拟化技术为核心技术和基础，面向服务架构(SOA)的一种实现,将虚拟化环境"资源池"隐藏起来，将 其上层应用软件形成丰富的云管理接口，达到所有人自由使用所有资源的一种现象，他是一种资源使用模式的变革 。 所以： 虚拟化是一种技术，云计算是资源交付模式，云计算不等于虚拟化。 云计算是基于虚拟化技术的一种资源交付使用模式。

OpenStack简介

学习目标：

• 了解 openstack的定义和特点

• 说出 openstack的核心服务

• 说出 openstack的完美组件及其作用

• 了解 openstack学习环境及其特点

OpenStack简介

这一节，我们从历史、简介、核心服务、发行版本、使用简介五个方面来学习 Openstack历史

2010年的时候，云计算的老大是AWS，老二是Rackspace，老二打不过老大，所以就和NASA拉帮结派，Rac kspace拿出自己的对象存储产品项目swift，NASA拿出自己的云计算项目nova，2010年7月份将它们开源，项 目命名为OpenStack。

2012年9月，在OpenStack的6版本，Nova中的两个子项目独立出来，成立了Neutron和Cinder项目，自此 ，OpenStack的关键项目(Nova+Neutron+Cinder)就稳定了。

2016年OpenStack基本上就成了开源云计算领域的行业标准了。

OpenStack官方简介

官方地址：

• https://www.openstack.org

官方文档地址：

• https://docs.openstack.org

发行版本介绍：

• https://releases.openstack.org/index.html

OpenStack是一个正在开发中的云管理平台的"大"项目，覆盖了网络、虚拟化、操作系统、服务器等各个方面

 OpenStack核心服务

 三个核心服务：

• compute、networking、storage

         

           

OpenStack官方项目，基本上每半年更新一次版本，迭代周期太短。所以，企业如果要使用OpenStack的话 ，因为原生的openstack满足不了公司的业务需求，我们必须有能力(特别是二次研发)跟得上OpenStack的发展 ，成本也能承受得起，最主要的是承受得起对客户的承诺(我们提供的服务，满足您日益增长的需求)

openstack经过漫长的8年发展，它逐渐的走向了成熟。

openstack使用简介

OpenStack基于python语言开发，是一个组件非常多且复杂的技术项目，任何一个地方都有可能出问题， 使用和维护OpenStack是需要相当强的技术实力：包括运维能力、系统建构能力、二次开发能力。

一般的小型企业(服务器30-50台左右)：

• 使用OpenStack在技术和成本上是一个巨大的挑战，基本上是没有必要的 如果要用虚拟化的话，ovirt(kvm虚拟机批量管理工具)即可，一两台主机搞OpenStack，吃饱了撑的 。

中大型企业(物理结点在200+左右)：

• 对业务vm实例需要灵活部署运行的话，这种场景才有可能用到OpenStack

架构设计

 概念图：

 组件介绍

这一节，我们从组件简介、组件介绍两个方面来学习。

官方资料

• https://www.openstack.org/software/project-navigator

• https://docs.openstack.org/pike/projects.

• html https://docs.openstack.org/pike/configuration/

组件简介

• https://releases.openstack.org/pike/index.html

大概目前是61个左右，一部分是基础项目，是属于OpenStack管理的项目，和用户没太多直接关系。P版中和 真正和用户有关的项目大概有36多个，能投入生产也就11个左右，最小化安装也就5-6个。 

 

 

　　openstack团队根据组建项目的成熟及重要程度，将其分解成核心项目、孵化项目，以及支持项目和相关项 目。每个项目都有自己的委员会和项目技术主管，而且每个项目都不是一成不变的，孵化项目可以根据发展的成熟 度和重要性，转变为核心项目。

Openstack的组件：

完美组件：

• Cinder：为VMs提供持久的块存储能力，支持多种存储方式，工作中ceph用的比较多

• Glance：用于存储和检索磁盘映像文件，支持多种存储方式

• Heat：openstack的任务编排工具

• Horizon：openstack的web可视化界面

• Keystone；为Openstack中的所有服务提供了认证、授权以及端点编录服务员

• Nova：管理VM的所有操作

• Netron：为Openstack提供网络的功能；插件化设计，支持众多流行的网络管理插件

• swift；分布式存储，基于RESTful的API实现非结构化数据对象的存储及检索，工作一般用ceph 成熟组件：

• Trove：提供数据库即服务的功能

• sahara：在OpenStack中提供大数据服务，生产可用

• Octavia：openstack中的负载均衡项目，生产可用。

• IRonic，物理裸机管理，目前是非常好用。

实验组件：

• Ceilometer，用于实现监控和计量服务的实现，缺乏后续发展

实验环境

这一节，我们从学习环境、主机环境两方面来学习。

官方环境介绍：

• https://docs.openstack.org/install-guide/overview.html#example-architecture

学习环境简介

openstack的学习环境主要有三种模式：单节点、双节点、三节点

单节点部署：

• 所有组件都部署在一台主机上，没有工作意义，仅供学习使用。

两节点部署：

• 由控制节点和计算节点组成，网络功能有限

三节点部署：

• 由控制节点，计算节点和网络节点组成，网络功能有限 我们实验使用两节点环境

网络环境：

• 通过上图可看到，不管是单/双节点或多节点，其内部的网络是复杂的，如果有条件的话，实验环境采用 多网卡，如果采用单网卡，一定要注意网卡的"混杂模式"，即所有类型网络数据均可通过，不做限制。