从 2006 年出现至今，云计算产业持续成长，并在今天成为了互联网产业的顶梁柱，而无数开发者也顺应行业发展，投身于云计算相关产业的开发之中。云的采用已成主流，但这些基础知识点你都 Cover 住了吗？

一、云计算的发展阶段

2003 年 5 月年美国尼古拉斯. 卡尔在《哈佛商业评论》发表名为《IT Doesn’t Matter》的文章，将 IT 的发展类比电力的发展，提出 IT 行业将迎来巨大变革，从专业技术向通用能力转变，首次提出像使用电一样使用 IT，云计算是必然趋势。而类比电力发展得 3 个阶段：独立自建 -> 部分租用 -> 按需使用，IT 发展也可分为 3 个阶段自建 DC -> 传统 DC -> 云计算。

企业自建 EDC

相比于 IDC ，EDC 估计很多人都是头一次听说。EDC (Enterprise Data Center）企业级数据中心，是指企业自建自行运维，稳定性要求较高，多采用相对成熟的技术，其基于数据中心组件与功能，可分为 L0-L4，分别包括楼宇系统层、机房设施层、IT 基础设施层、数据分析与应用支撑层、业务应用层共 5 个层次，各层解藕。

然而，自建机房存在着诸多挑战。自建机房需要承担服务器、存储、网络等硬件资源的成本，又要承担高昂的专线网络费用，同时在场地、电力、空调、日常维护机房管理等各种开销居高不下的同时，还要保证 365 天全天候运营服务，成本非常高昂，都是非常耗时费力重投入的事情。至此，IT 从成本中心向价值中心、利润中心过渡。值得一提的是，腾讯的机房已达到了 T3+ 的标准，能够满足以上需求。

小科普：T3，全称是 Uptime Tier 3，是国外的一种认证体系，Uptime Institute 是全球公认的数据中心标准组织和第三方认证机构。基于数据中心基础设施可用性、可靠性、安全性、及运维管理服务能力，Uptime Institute 将数据中心认证分为 T1 到 T4 4 个等级。

IDC 托管 / 租用

IDC 是互联网数据中心（Internet Data Center）。基本服务表现形式是资源出租（包括空间、主机、带宽），主要分为托管型、租用型。相比于 EDC，IDC 具有成本更低、上线更快、标准化、电信级可靠性、运维管理等优点。

托管型：用户自行购买硬件发往运营商机房托管，期间设备的监控和管理工作均由用户单方独立完成，IDC 数据中心提供 IP 接入、带宽接入、电力供应和网络维护等；

租用型：由 IDC 数据中心租用实体设备给客户使用，同时负责环境的稳定，用户无需购买硬件设备。

云计算诞生

2006 年 8 月 9 日，Google 首席执行官埃里克·施密特在搜索引擎大会首次提出“云计算”的概念，源于网格、公用计算和 SaaS 概念，是对网格计算、公用计算和 SaaS 概念的综合和延伸。

现如今，业界对云计算的定义仍有多种说法。学术界对云计算尚无统一定义，权威机构对云计算的定义也不尽相同。现阶段相对广为接受的是美国国家标准与技术研究院（NIST）定义：云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问，进入可配置的计算资源共享池（资源包括网络，服务器，存储，应用软件，服务），这些资源能够被快速提供，只需投入很少的管理工作，或与服务供应商进行很少的交互。也就是说云计算提供的是一种新的资源按需租用的服务模式，也是一种新型的互联网数据中心业务。

二、云计算的核心要点

云计算的精髓就是把有形的产品（网络设备、服务器、存储设备、各种软件等）转化为服务产品，并通过网络让人们远距离在线使用，使产品的所有权和使用权分离。而云计算的 5 大特点、4 种部署方式、3 种服务模式，则是真正理解并上手云计算技术的基础。

五大关键特点

我们都知道，云计算采用计算机集群构成数据中心，并以服务的形式交付给用户，使得用户可以像使用水、电一样按需购买云计算资源。云计算的特点可归纳以下几点：

按需服务：根据客户需求（用量、时间、成本、可控等）提供合适的服务。

资源池化：通过虚拟化、分布式技术等将硬件资源整合成资源池（计算、存储、网络等），实现软硬件解藕，资源共享，提升资源利用率与调度性。

弹性扩展：基于系统负载、使用量（波峰波谷）灵活实时或近实时分派或回收资源，保障业务持续可用的同时兼顾 IT 成本。

泛网络访问：使用户可以随时随地，使用多种终端，简单容易的获取高质量的网络访问。

服务可度量：可以对服务使用进行监控、度量与计费，可促进 IT 资源的高效使用，精细化管理，成本优化等。

三种服务模式

按照交付模式，云计算可以分为三种服务模式：基础设施即服务（IaaS），平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）。

IaaS(Infrastructure-as-a- Service)：基础设施即服务。消费者通过 Internet 可以从完善的计算机基础设施获得服务。例如：租用虚拟机。

PaaS(Platform-as-a- Service)：平台即服务。PaaS 实际上是指将软件研发的平台作为一种服务，以 SaaS 的模式提交给用户，因此，PaaS 也是 SaaS 模式的一种应用。

SaaS(Software-as-a- Service)：软件即服务。它是一种通过 Internet 提供软件的模式，用户无需购买软件，而是向提供商租用基于 Web 的软件，来管理企业经营活动。

在企业环境下，要进行云计算的规划设计，可从需求诉求的角度出发，比如降低能耗，需要 IaaS 的方式来满足需求；如果要求统一的开发、测试或运行平台，那么可以选择使用 PaaS；如果需要统一的服务、流程、模型和体验，那么就需要选择使用 SaaS 的方式来实现。

四种部署模式

美国国家标准委员会 NIST 定义了云计算的四种部署模式：公有云、私有云、混合云和社区云。其中，共有云与私有云的核心差别在于服务商与客户是否相同组织，以及底层资源属于服务商还是客户，而企业选公有云或私有云，需要均衡考虑成本、运维以及自主可控因素。

针对于混合云部署方式，客户往往可以选择公有云 + 私有云或多云互通两种形式。然而，现如今公有云 + 私有云的部署形式面临着架构复杂、业务调度与互通技术复杂、平滑扩展尚有困难等挑战，多云互通则具有容灾备份、负载均衡等特点，但却会由于没有统一的标准，使得跨云互通与迁移比较困难。

而当公有云难以满足特定行业定制化需求，或业务理解不足、技术储备不够或定制成本太高，就是社区云大显身手的时候。“社区云”是大的“公有云”范畴内的一个组成部分。目前社区云分为两种类型，一类为公有云厂商带领行业伙伴所共同产生的行业解决方案；另一类则为行业头部厂商整合 IT 能力出售给其他企业使用，如招银云创、兴业数金等。

三、云计算的关键技术

云计算是以数据为中心的一种数据密集型的超级计算。在虚拟化、分布式存储、云管理平台、大数据、AI 等方面具有自身独特的技术。

虚拟化技术

云计算的虚拟化技术不同于传统的单一虚拟化，它是涵盖整个 IT 架构的，包括资源、网络、应用和桌面在内的全系统虚拟化。

在计算虚拟化前，传统应用的系统总会面临着系统资源利用率低、扩展性与容错性较差等挑战。通过裸金属架构使得虚拟化层直接运行在硬件上，提供虚拟 CPU 与内存资源池，每台机器上可运行多个虚拟机 VM，共享虚拟资源，实现软件与硬件解耦，弹性扩展。虚拟化资深研发专家李万鹏曾提出 PV TLB shootdown、PV IPI 性能优化方案，使得部分应用场景性能提升达到 130%~150%，而该方案也被 KVM Forum 列为 X86 架构下 2018 年 KVM 五大核心突破之一。

在传统 IT 架构中的网络，如果业务需求发生变动，需重新修改相应网络设备（路由器、交换机、防火墙）上的配置，而网络虚拟化所解决的就是这样一件非常繁琐的事情。而当下最火的容器技术也是一种轻量级应用虚拟化技术，容器技术通过进程隔离，将应用软件及其运行所依赖的资源与配置打包封装，提供独立可移植的运行环境，实现高性能、秒级部署、弹性伸缩的优势。

分布式存储技术

云计算的数据量往往是大于传统 IT 架构的，在存储层面上，传统的存储架构已经很难满足日益增长的数据存储需求。云计算架构中，通常采用分布式存储，实现更好的扩展性、更大的容量，以及更好的性能指标。

其中，集中化存储数据的传统的数据存储模式，使得存储成为系统性能、可靠性的瓶颈，其读写计算性能不足，扩展性差，冗余度低，在数据规模大时甚至无法满足需要，可见，这并不适合云计算场景下的数据存储。而分布式数据存储会运行在多台节点上，并整合集群内所有存储空间资源，虚拟化并对外提供文件访问服务，以此提供更好的扩展性，更大的容量，更适合大规模数据的性能需求，因此经常出现在云计算的架构中。

云管理平台

云计算资源规模庞大，一个系统的服务器数量可能会高达十万台并跨越几个坐落于不同物理地点的数据中心，同时还运行成百上千种应用。如何有效地管理这些服务器，保证这些服务器组成的系统能提供 7＊24 小时不间断服务是一个巨大的挑战。云计算管理平台就充当着这样一个云计算“神经网络”的角色，通过自动化、智能化的手段实现资源服务的可运营、可管理。

OpenStack 是一个开源的云计算管理平台项目，由几个主要的组件组合起来完成具体工作。旨在为公共及私有云的建设与管理提供软件的开源项目。OpenStack 系统由几个关键服务组成，包括计算服务、认证服务、网络服务、镜像服务、块存储服务、对象存储服务、计量服务、编排服务和数据库服务。

而为了解决超大规模对调度吞吐率带来的挑战，2013 年初，性虚拟化平台 VStation 上线。与 OpenStack 相比，VStation 支持数十万台服务器的集群规模，任一模块跨机房部署容灾，并可支持数万台虚拟机分钟级别的创建，其架构图如图所示。在 VStation 架构中存在多种模块，Scheduler 就是其中的一种模块，负责为虚拟机选择合适的宿主机。

Compute，是宿主机上的 agent 程序，负责和后端通信，并调用 libvirt 等工具。

Compute Access，是 Compute 与后台架构通信的一个接入层。

Network，负责云主机的网络相关操作。

Image，负责云主机的镜像相关操作。

Scheduler，负责调度功能，为云主机挑选最佳宿主机。

Resource，负责资源数据的操作。

Volume，负责磁盘相关操作。

四、结语

云计算使得大量的开发团队能够共享很多的优秀代码和架构，不需要重复地造轮子；云计算也使很多软件架构从最初的一个团队进行开发转变成任何对该软件感兴趣的人都可以进行独立开发，增强了软件架构的开放性；云计算还使传统软件开发从封闭走向了开放，催生新的经济增长点。