云计算基础入门

### 云计算基础入门 #### 1. 云计算的历史 云计算曾经是一个神秘的概念，但如今已成为现实。在过去几年里，许多公司，从初创企业到大型企业，都将业务迁移到了云端。然而，云本身并非神奇之物，如果企业领导者的思维方式不改变，云也无法推动公司的数字化转型。与传统的本地 IT 基础设施相比，云有所不同。全球市场对云管理员的需求很高，但所需技能和思维方式与传统 IT 管理员不同。 云计算的发展与虚拟化技术密切相关。20 世纪 90 年代末，信息技术领域迎来了一项重大创新——虚拟化。1997 年，Connectix 发布了首款适用于 Macintosh 以及后来适用于 Windows 的虚拟 PC。1999 年，VMware 开启了虚拟化之旅，几年后，微软为 Windows Server 推出了虚拟化平台，如 Microsoft Virtual Server，后来又推出了 Microsoft Hyper - V。 虚拟化对于云计算至关重要，因为每个云计算平台的核心技术就是虚拟化。它使得在同一物理基础设施上创建多个独立计算设备的可扩展系统成为可能。 2006 年，亚马逊网络服务（AWS）重新推出并发布了其 EC2（弹性云计算）服务，标志着公共云计算的普及开始。2008 年，谷歌宣布推出 Google App Engine，微软则宣布了 Windows Azure 平台。 #### 2. 微软 Azure 的简要历史 2008 年 10 月，微软以“Project Red Dog”为代号宣布了 Windows Azure。2010 年 2 月 1 日，微软正式发布 Windows Azure 平台并使其商业化。2014 年，该平台更名为 Microsoft Azure。 起初，Microsoft Azure 可用的服务并不多。最初的管理模型 Azure Service Management（ASM）仅提供了一小部分服务，包括虚拟机、SQL 数据库、云服务等。随着时间的推移，服务数量不断增加，如今已有数百种不同的 Azure 服务，且数量还在持续增长。 2014 年 4 月，在微软 Build 大会上，微软宣布了 Windows Azure 平台的两项重大变革。一是将平台更名为 Microsoft Azure，有一种说法是因为开始提供 Linux 工作负载，从营销角度考虑更名。二是推出了全新的、经过全面重新设计的门户以及新的管理模型 Azure Resource Management（ARM）。 ARM 模型带来了许多新特性，如基于角色的访问控制（RBAC）和资源组。通过 ARM 模型，可以在不同级别（从整个订阅到单个资源）精细设置用户访问权限。而在之前的 ASM 模型中，授予他人管理 Azure 资源的唯一方式是使用共同管理员角色，拥有该角色的用户将获得 Azure 订阅的完全访问权限。 资源组是 ARM 模型的另一个重要改进，它是一个逻辑容器，可根据所选模型对 Azure 资源进行分组，例如按位置、用途、环境等。每个 Azure 资源只能属于一个资源组，常见的做法是将具有相同生命周期的资源分组到一个资源组中。 此外，ARM 模型还引入了 ARM 模板。ARM 模板是一个 JSON 格式的文件，包含需要部署或编辑的 Azure 资源信息。它允许将基础设施作为代码（IaC），这在依赖自动化的现代 IT 世界中非常重要。 如今，微软是拥有超过 60 个全球区域的公共云提供商，数量是其竞争对手的两倍多。同时，微软也是首个在非洲和中东地区推出区域的公共云提供商，并且有许多国家被宣布为新 Azure 区域的选址。 #### 3. 云计算类型 ##### 3.1 私有云 在私有云中，所有基础设施资源都位于本地数据中心。大多数情况下，不需要互联网连接，因为所有资源都在附近。但要搭建私有云，需要有物理场地和设施，包括电力、冷却、网络、物理服务器、软件和硬件许可证等，还需要专门的人员进行数据中心维护。启用私有云需要初始资本投资，前期成本较高。几年后，物理设备以及虚拟化和其他软件需要更新，这将导致新的资本投资和大量迁移到新基础设施的工作。 ```mermaid graph LR A[本地数据中心] --> B[物理服务器] A --> C[网络设备] A --> D[软件和硬件许可证] B --> E[私有云资源] C --> E D --> E ``` ##### 3.2 公共云 随着数据中心的发展，公共云已成为现代信息技术领域的重要变革之一。像 Microsoft Azure、AWS 和 Google 这样的公共云提供商带来了新的 IT 概念。简单来说，公共云提供商让我们能够轻松使用其资源。 公共云的一些好处包括： - 按使用付费模式 - 通过互联网连接访问基础设施 - 资源“一键可用”等 这些好处促使我们重新思考本地基础设施的未来。如果决定使用公共云，无论公司规模大小，只需要定义使用计划，通过一种可能的支付模式激活订阅，然后开始创建所需资源。这比购买和安装完整的本地基础设施要容易得多，而且在许多情况下，特别是对于开发和测试环境，成本更低。因为公共云资源按使用计费，通常按分钟或小时计费。例如，在 Microsoft Azure 中创建一个用于应用程序开发的虚拟机，如果只在工作时间使用，然后在下次工作日之前停止，那么只需要为虚拟机开机的实际时间付费。 | 云计算类型 | 位置 | 连接需求 | 成本 | 维护 | | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | | 私有云 | 本地数据中心 | 多数无需互联网 | 前期资本投入大，后期更新有成本 | 需要专门人员维护 | | 公共云 | 云提供商数据中心 | 需要互联网 | 按使用付费，成本较低 | 云提供商负责大部分维护 | #### 4. 云服务模型 云服务模型主要分为以下三种： - **基础设施即服务（IaaS）**：提供基础的计算、存储和网络资源，用户可以在这些资源上部署和运行自己的操作系统、应用程序等。例如，在 Microsoft Azure 中创建虚拟机，用户可以选择虚拟机的大小、操作系统等，就像拥有自己的物理服务器一样，但无需管理硬件。 - **平台即服务（PaaS）**：提供一个平台，用户可以在该平台上开发、部署和管理应用程序，而无需关注底层的基础设施。例如，使用 Azure App Service 可以快速部署 Web 应用程序，无需自己搭建服务器和配置环境。 - **软件即服务（SaaS）**：用户通过互联网使用软件应用程序，无需在本地安装和维护软件。例如，Microsoft 365 就是典型的 SaaS 服务，用户可以通过浏览器访问各种办公软件。 ```mermaid graph LR A[云服务模型] --> B[IaaS] A --> C[PaaS] A --> D[SaaS] B --> E[计算资源] B --> F[存储资源] B --> G[网络资源] C --> H[开发平台] C --> I[部署平台] C --> J[管理平台] D --> K[软件应用] ``` #### 5. 公共云的好处 公共云具有诸多好处，以下是详细介绍： - **易于管理**：公共云提供商负责大部分基础设施的管理和维护，用户只需关注自己的应用程序和数据。例如，在 Azure 中，用户可以通过 Azure Portal 轻松管理各种资源，无需担心服务器的硬件维护和软件更新。 - **成本效益**：按使用付费的模式使得用户只需为实际使用的资源付费，避免了前期大量的资本投资。特别是对于开发和测试环境，使用公共云可以大大降低成本。 - **自动化**：公共云平台提供了丰富的自动化工具和功能，如 ARM 模板可以实现基础设施的自动化部署和配置，提高工作效率。 - **安全性**：云提供商通常拥有专业的安全团队和先进的安全技术，能够提供更高水平的安全保障。例如，Azure 提供了多种安全功能，如身份验证、访问控制、数据加密等。 - **可扩展性**：公共云资源可以根据用户的需求轻松扩展或缩减，无需担心硬件的限制。例如，在业务高峰期可以增加虚拟机的数量，在业务低谷期减少资源使用，节省成本。 - **高可用性**：云提供商通过多个数据中心和冗余设计，确保服务的高可用性。例如，Azure 提供了可用性集和可用性区域等功能，保证应用程序的持续运行。 | 好处 | 描述 | | ---- | ---- | | 易于管理 | 云提供商负责基础设施管理，用户专注应用和数据 | | 成本效益 | 按使用付费，降低前期投资和运营成本 | | 自动化 | 提供自动化工具，提高部署和配置效率 | | 安全性 | 专业安全团队和技术，保障数据和应用安全 | | 可扩展性 | 资源可按需扩展或缩减，灵活应对业务变化 | | 高可用性 | 多数据中心和冗余设计，确保服务持续运行 | #### 6. 地理区域、区域和配对 云服务提供商通常在全球多个地理区域设有数据中心，每个地理区域包含多个区域。区域是数据中心的集合，具有独立的电力、网络和冷却系统。区域配对是指将两个区域配对在一起，以提供灾难恢复和高可用性。例如，在 Azure 中，每个区域都有一个配对区域，当一个区域出现故障时，可以快速切换到配对区域。 ```mermaid graph LR A[地理区域] --> B[区域 1] A --> C[区域 2] B --> D[数据中心 1] B --> E[数据中心 2] C --> F[数据中心 3] C --> G[数据中心 4] D --> H[配对区域 2] F --> I[配对区域 1] ``` #### 7. 订阅和账户 在使用云服务时，需要了解订阅和账户的概念： - **订阅**：是使用云服务的基础，每个订阅都有一定的配额和限制。用户可以通过订阅来管理资源的使用和计费。例如，在 Azure 中，可以创建不同类型的订阅，如免费订阅、付费订阅等。 - **租户和账户**：租户是一个组织在云服务中的表示，一个租户可以包含多个订阅和账户。账户是用户访问云服务的凭证，用户可以通过账户登录到云平台并管理资源。 #### 8. 基于角色的访问控制（RBAC） 基于角色的访问控制（RBAC）是一种重要的安全机制，用于管理用户对云资源的访问权限。通过 RBAC，可以将用户分配到不同的角色，每个角色具有不同的权限。例如，在 Azure 中，可以创建管理员角色、读者角色等，管理员角色可以对资源进行全面管理，而读者角色只能查看资源信息。 ```mermaid graph LR A[用户] --> B[角色 1] A --> C[角色 2] B --> D[权限 1] B --> E[权限 2] C --> F[权限 3] C --> G[权限 4] D --> H[资源 1] E --> H F --> I[资源 2] G --> I ``` RBAC 的操作步骤如下： 1. 定义角色：根据业务需求定义不同的角色，如管理员、审计员、开发者等。 2. 分配权限：为每个角色分配相应的权限，如创建、读取、更新、删除资源等。 3. 分配角色：将用户或用户组分配到相应的角色。 4. 验证访问：用户登录后，系统根据其角色和权限验证其对资源的访问请求。 通过以上内容，我们对云计算的基础概念、类型、服务模型、好处以及相关的管理和安全机制有了更深入的了解。在实际应用中，可以根据自身需求选择合适的云服务和配置方式，以实现高效、安全和经济的云计算解决方案。