雲計算技術

本書為雲計算及相關技術的入門教材。本書從雲計算的概念、技術與構架幾個方面入手，對雲計算及相關技術進行較為細致的介紹，具體涉及雲計算相關的處理技術（虛擬化技術）、通信技術（電腦網絡技術）和存儲技術（存儲及分佈式存儲技術）；同時結合雲典型應用案例介紹開源的雲計算管理平臺項目OpenStack及被廣泛應用的容器技術；最後介紹雲計算發展的趨勢。本書旨在為讀者提供雲計算領域較為完整的知識架構，為讀者今後從事雲計算、大數據等相關領域的研究、開發等工作或繼續學習深造打下基礎。另外，本書每章後都配有相應的習題，以便讀者鞏固所學知識。

王偉，華東師範大學教授，博士生導師，中國計算機學會高級會員、中國計算機學會教育工作委員會委員、中國計算機學會大數據專委會通訊委員、開源社理事會成員。IBM中國優秀教師獎教金、Google獎教金獲得者，榮獲“第二屆中國大數據創新百人”稱號。

第 1章 雲計算概述 1
1．1　無處不在的雲計算　1
1．2　雲計算的特點　3
1．2．1　按需自助服務　3
1．2．2　廣泛的網絡接入　4
1．2．3　資源池化　4
1．2．4　快速彈性伸縮　4
1．2．5　可計量服務　5
1．3　雲計算的定義　6
1．4　雲計算的起源和發展　9
1．4．1　網絡及互聯網的發展史　9
1．4．2　計算模式的發展史　11
1．4．3　雲計算的推動力　16
1．4．4　雲計算的發展　18
1．5　雲計算的優勢　18
1．6　雲計算的分類　19
1．6．1　按照運營模式分類　19
1．6．2　按照服務模式分類　21
1．7　雲使能技術　23
1．7．1　寬帶網絡和Internet架構　23
1．7．2　數據中心技術　25
1．7．3　虛擬化技術　25
1．7．4　Web技術　26
1．7．5　多租戶技術　28
1．7．6　服務技術　28
1．8　多角度認識雲計算　30
1．8．1　雲計算的三元認識論　30
1．8．2　雲計算的開源方法論　34
1．9　習題　37

第　2章 雲計算機制　39
2．1　雲基礎設施機制　39
2．1．1　邏輯網絡邊界　39
2．1．2　虛擬服務器　40
2．1．3　雲存儲設備　41
2．1．4　雲使用監控　44
2．1．5　資源複製　46
2．2　雲管理機制　46
2．2．1　遠程管理系統　47
2．2．2　資源管理系統　48
2．2．3　SLA管理系統　49
2．2．4　計費管理系統　49
2．3　雲安全機制　50
2．3．1　加密　50
2．3．2　散列　51
2．3．3　數字簽名　52
2．3．4　公鑰基礎設施　53
2．3．5　身份與訪問管理　54
2．3．6　單點登錄　54
2．3．7　基於雲的安全組　55
2．3．8　強化的虛擬服務器映像　56
2．4　基本雲架構　57
2．4．1　負載分佈架構　57
2．4．2　資源池架構　58
2．4．3　動態可擴展架構　58
2．4．4　彈性資源容量架構　59
2．4．5　服務負載均衡架構　60
2．4．6　雲爆發架構　61
2．4．7　彈性磁盤供給架構　61
2．4．8　冗餘存儲架構　62
2．5　習題　63

第3章　虛擬化技術　65
3．1　虛擬化技術簡介　65
3．1．1　虛擬化的定義　65
3．1．2　虛擬化技術的發展　66
3．1．3　虛擬化技術的優勢　67
3．1．4　虛擬化技術的常見類型　68
3．2　服務器虛擬化的基礎知識　69
3．2．1　系統虛擬化　69
3．2．2　服務器虛擬化　70
3．2．3　典型實現　70
3．2．4　全虛擬化　71
3．2．5　半虛擬化　72
3．2．6　主流服務器虛擬化技術　73
3．3　服務器虛擬化的支撐技術　73
3．3．1　CPU虛擬化　73
3．3．2　內存虛擬化　75
3．3．3　設備與I/O虛擬化　76
3．3．4　存儲虛擬化　78
3．3．5　網絡虛擬化　78
3．3．6　桌面虛擬化　79
3．4　虛擬機的主要功能　80
3．4．1　虛擬機快照　80
3．4．2　虛擬機快速部署與克隆　81
3．4．3　虛擬機備份　82
3．4．4　虛擬化集群　82
3．4．5　虛擬機資源熱添加　83
3．4．6　NUMA　84
3．5　KVM　84
3．5．1　KVM簡介　84
3．5．2　KVM的虛擬化技術　85
3．6　FusionCompute　86
3．6．1　FusionCompute簡介　86
3．6．2　FusionCompute的計算虛擬化　88
3．6．3　FusionCompute的存儲虛擬化　91
3．6．4　FusionCompute的網絡虛擬化　92
3．7　桌面雲　93
3．7．1　桌面雲概述　93
3．7．2　桌面雲架構與關鍵技術　93
3．7．3　桌面雲典型應用案例　94
3．7．4　FusionAccess簡介　95
3．8　習題　96

第4章　雲計算中的網絡基礎知識　97
4．1　計算機網絡概述　97
4．1．1　計算機網絡的基本概念　97
4．1．2　計算機網絡的形成與發展　98
4．1．3　計算機網絡的定義與功能　100
4．1．4　計算機網絡的組成　100
4．1．5　計算機網絡的分類　101
4．1．6　計算機網絡的拓撲結構　103
4．2　計算機網絡的基本原理　104
4．2．1　網絡的分層與封裝　105
4．2．2　物理層　106
4．2．3　數據鏈路層　106
4．2．4　網絡層　107
4．2．5　傳輸層　107
4．2．6　應用層　108
4．3　網絡互連設備　108
4．3．1　中繼器和集線器　108
4．3．2　網橋和交換機　109
4．3．3　路由器　110
4．4　網絡虛擬化　112
4．4．1　網絡虛擬化概述　112
4．4．2　傳統的網絡虛擬化　112
4．4．3　基於虛擬交換機的虛擬網絡　116
4．4．4　華為虛擬化產品的網絡特性　121
4．5　軟件定義網絡　124
4．5．1　SDN簡介　124
4．5．2　SDN發展簡史　125
4．5．3　SDN體系結構　127
4．5．4　SDN關鍵技術　128
4．5．5　SDN的優勢　129
4．6　習題　130

第5章　雲計算中的存儲基礎知識　132
5．1　存儲的基礎知識　132
5．1．1　存儲的發展和技術演進　132
5．1．2　存儲的前沿技術和發展趨勢　135
5．1．3　常見的存儲產品和解決方案　136
5．1．4　雲存儲的數據安全技術　137
5．2　基本存儲單元　138
5．2．1　機械硬盤　138
5．2．2　固態硬盤　140
5．3　網絡存儲　142
5．3．1　DAS　142
5．3．2　SAN　143
5．3．3　NAS　146
5．4　存儲可靠性技術　149
5．4．1　傳統RAID技術　149
5．4．2　RAID 2．0 + 技術　151
5．5　存儲虛擬化　155
5．5．1　I/O通路的虛擬化　155
5．5．2　塊級和文件級的存儲虛擬化　157
5．5．3　基於主機的存儲虛擬化　161
5．5．4　基於存儲設備的存儲虛擬化　161
5．5．5　基於網絡的存儲虛擬化　161
5．5．6　存儲虛擬化產品及應用　162
5．6　分佈式存儲　163
5．6．1　雲存儲概述　163
5．6．2　HDFS　164
5．6．3　對等存儲系統　166
5．7　習題　168

第6章　OpenStack　169
6．1　OpenStack概述　169
6．1．1　OpenStack架構　169
6．1．2　OpenStack核心組件　170
6．1．3　OpenStack組件邏輯關係　171
6．2　OpenStack操作界面管理　172
6．2．1　OpenStack操作界面簡介　172
6．2．2　OpenStack操作界面的架構和功能　172
6．3　OpenStack認證管理　173
6．3．1　OpenStack認證服務簡介　173
6．3．2　OpenStack認證服務原理　175
6．4　OpenStack鏡像管理　176
6．4．1　OpenStack鏡像服務簡介　176
6．4．2　OpenStack鏡像服務原理　177
6．5　OpenStack計算管理　177
6．5．1　OpenStack計算服務簡介　177
6．5．2　OpenStack計算服務原理　178
6．6　OpenStack存儲管理　180
6．6．1　OpenStack存儲服務簡介　180
6．6．2　OpenStack存儲服務原理　181
6．7　OpenStack網絡管理　184
6．7．1　Linux網絡虛擬化基礎　184
6．7．2　OpenStack網絡服務簡介、架構　187
6．7．3　OpenStack網絡服務原理、流程　188
6．7．4　OpenStack網絡服務典型場景分析　189
6．8　OpenStack編排管理　190
6．8．1　OpenStack編排服務簡介　190
6．8．2　OpenStack編排服務架構　191
6．8．3　OpenStack編排服務原理　192
6．8．4　OpenStack編排服務與配置管理工具集成　192
6．9　OpenStack故障管理　193
6．9．1　OpenStack故障處理　194
6．9．2　OpenStack故障處理工具　195
6．9．3　OpenStack故障處理案例　196
6．9．4　OpenStack故障處理的相關項目　198
6．10　習題　199

第7章　容器技術　201
7．1　容器技術概述　201
7．1．1　容器技術簡介　201
7．1．2　容器鏡像　205
7．1．3　容器網絡　210
7．1．4　容器存儲　213
7．1．5　容器底層實現技術　216
7．2　Kubernetes概述　217
7．2．1　Kubernetes簡介　217
7．2．2　Kubernetes管理對象　219
7．2．3　Kubernetes服務　221
7．2．4　Kubernetes網絡　223
7．2．5　Kubernetes存儲　226
7．2．6　Kubernetes服務質量　229
7．2．7　Kubernetes資源管理　231
7．3　習題　234

第8章　雲計算及其他新興技術　236
8．1　雲計算發展趨勢　236
8．1．1　雲計算在國內的發展及趨勢　236
8．1．2　雲計算在國外的發展及趨勢　237
8．1．3　雲計算未來發展需解決的問題及展望　238
8．2　與雲計算相關的其他領域　239
8．2．1　物聯網　239
8．2．2　大數據　241
8．2．3　人工智能　243
8．2．4　5G　244
8．3　其他新興技術簡介　245
8．3．1　邊緣計算和霧計算　245
8．3．2　微服務　247
8．3．3　無服務器計算　249
8．4　習題　251

參考文獻　253