云計(jì)算原理

● 體系完整全面，脈絡(luò)自上向下。

● 介紹主流技術(shù)，反映前沿進(jìn)展。

● 薈萃領(lǐng)域精髓，精選案例習(xí)題。

● 內(nèi)容圖文并茂，講解深入淺出。

云計(jì)算技術(shù)是目前計(jì)算機(jī)領(lǐng)域最為核心和備受關(guān)注的技術(shù)之一，龐大的商業(yè)市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)著技術(shù)不斷創(chuàng)新。知名的公有云平臺(tái)，如亞馬遜的AWS、谷歌的GCP、微軟的Azure及中國的阿里云等，都在持續(xù)地?cái)U(kuò)建或改進(jìn)其數(shù)據(jù)中心，目的是在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中取得優(yōu)勢(shì)。大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和邊緣計(jì)算等前沿技術(shù)都與云計(jì)算緊密集成，通過云服務(wù)模式向用戶交付使用。在應(yīng)用層面，開發(fā)云應(yīng)用以創(chuàng)造商業(yè)價(jià)值已經(jīng)成為業(yè)界的共識(shí)。云計(jì)算技術(shù)不僅對(duì)信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了重大影響，而且推動(dòng)了許多傳統(tǒng)行業(yè)，如電力、交通、制造業(yè)和農(nóng)業(yè)，達(dá)到了新的發(fā)展階段。總之，云計(jì)算堪稱計(jì)算機(jī)前沿技術(shù)的集大成者，并對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)帶來了深刻的變革。

黨的二十大報(bào)告提出加快發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，打造具有國際競(jìng)爭(zhēng)力的數(shù)字產(chǎn)業(yè)集群。這為云計(jì)算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了政策支持和發(fā)展空間。云計(jì)算作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的基石，在推進(jìn)中國式現(xiàn)代化過程中扮演著至關(guān)重要的角色。此外，云計(jì)算在提升公共服務(wù)水平、優(yōu)化社會(huì)治理體系、增強(qiáng)數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)等方面也具有重要應(yīng)用價(jià)值。

本書的獨(dú)特之處體現(xiàn)在以下四個(gè)方面。

（1）全：體系完整全面，脈絡(luò)自上向下。

云計(jì)算的內(nèi)容繁多，本書將云計(jì)算的重點(diǎn)主題組織成一個(gè)有機(jī)整體，自上而下、由表及里講解，可以幫助讀者更好地理解云計(jì)算的各個(gè)方面，并建立一個(gè)全面的知識(shí)體系。首先，第1章全面概述云計(jì)算，探討了其歷史背景及如何與其他技術(shù)相結(jié)合。其次，第2章詳細(xì)討論了計(jì)算機(jī)科學(xué)中的關(guān)鍵設(shè)計(jì)原理，這些原理貫穿于本書的后續(xù)章節(jié)。隨后，第3章和第4章轉(zhuǎn)向了云計(jì)算的應(yīng)用，從云平臺(tái)與云應(yīng)用兩個(gè)層面展開討論。最后，本書深入探討了云計(jì)算的底層技術(shù)，從云操作系統(tǒng)、云安全及數(shù)據(jù)中心3個(gè)方面展開討論。

（2）新：介紹主流技術(shù)，反映前沿進(jìn)展。

云計(jì)算技術(shù)發(fā)展迅速，相關(guān)的概念繁多，令人眼花繚亂。本書在深入探討的同時(shí)，力求廣泛覆蓋。云計(jì)算領(lǐng)域的重要技術(shù)和實(shí)踐在本書中得到了充分展現(xiàn)，如AWS Lambda、DevOps、SRE、自然冷卻、浸沒式冷卻技術(shù)、Docker/Kubernetes以及Clos網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等。如果深入研究一項(xiàng)技術(shù)是“埋頭做事”，那么選擇有前途的技術(shù)就是“抬頭看路”。本書提供了云計(jì)算的全局視角，精心篩選有價(jià)值的主題和內(nèi)容，幫助讀者理解整個(gè)領(lǐng)域的全貌和背景，以便做出明智的學(xué)習(xí)選擇，避免盲目探索。如果希望深入研究云計(jì)算的特定主題，本書提供了豐富的鏈接資源和參考書，這些內(nèi)容就像是指南針，為深入學(xué)習(xí)提供指引。

（3）精：薈萃領(lǐng)域精髓，精選案例習(xí)題。

“工欲善其事，必先利其器。”本書不同于一般的概述性書籍或特定技術(shù)的操作手冊(cè)，它是一本側(cè)重于原理教學(xué)的教材。書中整合了云計(jì)算的眾多主題和跨學(xué)科的核心知識(shí)點(diǎn)，其價(jià)值不言而喻。通過具體案例的分析，幫助讀者理解并掌握云計(jì)算的基本原理（“道”），而非僅僅掌握具體的操作技巧（“術(shù)”）。理解“道”能夠使讀者更深入地洞察技術(shù)的本質(zhì)，理解其設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)邏輯，這比僅僅掌握操作技巧更為深刻和有用。隨著云計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展，掌握這些基本原理，讀者能夠與技術(shù)一同成長，勇敢地探索新領(lǐng)域，甚至引領(lǐng)未來的發(fā)展。

本書第2章匯集了計(jì)算機(jī)科學(xué)中廣泛應(yīng)用的設(shè)計(jì)原理，內(nèi)容廣泛、案例豐富且富有深度，為學(xué)習(xí)云計(jì)算構(gòu)建了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。要充分領(lǐng)略這些知識(shí)點(diǎn)的精妙，讀者需具備一定的背景知識(shí)。如果能夠?qū)⑦@些原理應(yīng)用到其他情境中，靈活運(yùn)用、觸類旁通，那么對(duì)云計(jì)算的理解將會(huì)更加透徹。

盡管本書的內(nèi)容覆蓋廣泛，但致力于直觀地揭示核心概念，一針見血地展現(xiàn)技術(shù)本質(zhì)，從而消解讀者對(duì)技術(shù)的迷惑和不確定性。“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。”單靠理論學(xué)習(xí)是不夠的，必須通過不斷實(shí)踐來加深對(duì)知識(shí)的理解和掌握。因此，習(xí)題部分是“試金石”。本書每章都包含一定數(shù)量的習(xí)題，其中一部分題目設(shè)計(jì)得相對(duì)復(fù)雜，強(qiáng)調(diào)定性分析和定量計(jì)算。

（4）易：內(nèi)容圖文并茂，講解深入淺出。

盡管“大道至簡(jiǎn)”是一個(gè)普遍的理念，但是以清晰易懂的方式闡明一個(gè)抽象的概念或原理是一項(xiàng)頗具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。為了使深?yuàn)W的知識(shí)點(diǎn)變得淺顯易懂，本書采用了3種策略：隱喻、圖解和名言。書中廣泛運(yùn)用隱喻和日常生活中的實(shí)例闡述復(fù)雜的概念和原理。一旦理解了這些隱喻，讀者不僅能夠以直觀的方式記住它們，還能從中獲得樂趣。“一圖勝千言。”本書采用了不少圖解來清晰地展示相關(guān)概念和工作機(jī)制，幫助讀者迅速理解和掌握核心內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)“一目了然”的學(xué)習(xí)效果。此外，書中穿插了眾多名言，不僅是為了傳承先賢智者的真知灼見，使之傳諸后世，同時(shí)增添了閱讀的樂趣，希望讀者能從中獲得啟發(fā)和感悟。

本書的參考學(xué)時(shí)為64學(xué)時(shí)，其中實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)為16學(xué)時(shí)。各章的參考學(xué)時(shí)分配如下：

第1章　導(dǎo)論，6學(xué)時(shí)；

第2章　設(shè)計(jì)原理，8學(xué)時(shí)；

第3章　AWS云平臺(tái)，16學(xué)時(shí)（含8學(xué)時(shí)的AWS云平臺(tái)使用實(shí)訓(xùn)）；

第4章　云應(yīng)用，6學(xué)時(shí)；

第5章　云計(jì)算操作系統(tǒng)，14學(xué)時(shí)（含8學(xué)時(shí)的Docker與Kubernetes基本使用實(shí)訓(xùn)）；

第6章　云安全，6學(xué)時(shí)；

第7章　數(shù)據(jù)中心，8學(xué)時(shí)。

本書由我獨(dú)自撰寫，盡管在編寫過程中已竭盡全力地避免出現(xiàn)任何錯(cuò)誤，但是書中仍然可能會(huì)有某些無法避免的錯(cuò)誤和不足之處。如果您在閱讀過程中發(fā)現(xiàn)任何錯(cuò)誤或有改進(jìn)建議，非常歡迎您通過電子郵件與我取得聯(lián)系，我的電子郵箱：149437858@qq.com。本書并未包含習(xí)題答案，如果有需要，請(qǐng)與我聯(lián)系。

掌握一門技術(shù)需要經(jīng)過“博觀而約取，厚積而薄發(fā)”的過程。編寫一本我期望的高品質(zhì)教科書，意味著要廣泛地查閱資料、深入地學(xué)習(xí)以及通俗易懂地闡述。如果沒有家人無私的支持和協(xié)助，僅憑一己之力是無法完成這項(xiàng)艱巨的任務(wù)。在此，我想對(duì)我的家人表達(dá)真摯的感謝。由于本書的撰寫耗時(shí)較長，我在此十分感謝石永峰副編審的理解、信任和支持。

最后，我衷心感謝您選擇本書來學(xué)習(xí)云計(jì)算。“好風(fēng)憑借力，送我上青云”，希望本書能助您一臂之力，帶您快速進(jìn)入云計(jì)算領(lǐng)域，讓您的云計(jì)算之旅充滿愉悅感。“不畏浮云遮望眼，自緣身在最高層”，祝愿您學(xué)完本書后有一種“會(huì)當(dāng)凌絕頂，一覽眾山小”的感受，愿您將會(huì)俯視而不是仰視云計(jì)算。

第1章　導(dǎo)論 1
1.1　簡(jiǎn)介 1
1.1.1　本地部署與云部署 4
1.1.2　集中化與規(guī)模化 5
1.1.3　云計(jì)算生態(tài)圈 7
1.1.4　云計(jì)算的部署模式 8
1.1.5　優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)并存 9
1.2　一切皆服務(wù) 11
1.2.1　IaaS 11
1.2.2　PaaS 11
1.2.3　SaaS 12
1.2.4　FaaS 12
1.3　計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史 12
1.3.1　計(jì)算機(jī)的誕生 16
1.3.2　計(jì)算機(jī)制造技術(shù) 16
1.3.3　高性能計(jì)算機(jī) 17
1.3.4　大型機(jī)與小型機(jī) 17
1.3.5　個(gè)人計(jì)算機(jī) 18
1.3.6　互聯(lián)網(wǎng) 19
1.3.7　移動(dòng)計(jì)算 23
1.3.8　物聯(lián)網(wǎng) 23
1.3.9　云計(jì)算 27
1.4　大數(shù)據(jù)與云計(jì)算 28
1.4.1　商業(yè)模式 28
1.4.2　技術(shù)生態(tài)圈 29
1.4.3　大數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介 30
1.4.4　云端大數(shù)據(jù) 31
1.5　高性能計(jì)算與云計(jì)算 31
1.5.1　性能指標(biāo) 31
1.5.2　MPI并行編程簡(jiǎn)介 33
1.5.3　高性能計(jì)算應(yīng)用分類 35
1.5.4　云端的高性能計(jì)算 36
1.6　邊緣計(jì)算、霧計(jì)算與云計(jì)算 37
本章小結(jié) 38
拓展閱讀 39
習(xí)題 39
第2章　設(shè)計(jì)原理 41
2.1　控制復(fù)雜性 41
2.2　系統(tǒng)的特性 44
2.3　機(jī)制與策略分離 48
2.4　間接 49
2.5　性能 50
2.5.1　性能的定義 50
2.5.2　相對(duì)性能 51
2.5.3　均值 51
2.5.4　性價(jià)比與性能功耗比 53
2.5.5　阿姆達(dá)爾定律 54
2.5.6　利特爾定律 57
2.5.7　并行性與并發(fā)性 58
2.5.8　批量化 62
2.5.9　局部性與緩存 62
2.5.10　數(shù)據(jù)本地性 64
2.6　權(quán)衡 64
2.6.1　取舍 65
2.6.2　折中 66
2.6.3　犧牲一樣，換取另一樣 69
2.6.4　適可而止 70
2.7　平衡與不均衡 70
2.8　瓶頸 72
2.9　估算 75
本章小結(jié) 76
拓展閱讀 76
習(xí)題 77
第3章　AWS云平臺(tái) 79
3.1　背景 79
3.2　EC2 83
3.2.1　簡(jiǎn)介 83
3.2.2　使用AWS CLI管理EC2實(shí)例 85
3.2.3　定價(jià) 85
3.3　EBS 87
3.3.1　簡(jiǎn)介 87
3.3.2　使用AWS CLI操作EBS卷與快照 89
3.3.3　EBS快照的工作原理 90
3.3.4　存儲(chǔ)的性能指標(biāo) 91
3.3.5　性能模型 92
3.3.6　云存儲(chǔ)服務(wù)的選擇 95
3.4　S3 97
3.5　VPC 98
3.6　AWS Lambda 102
3.6.1　簡(jiǎn)介 102
3.6.2　入門案例 104
3.6.3　商業(yè)案例 105
3.6.4　定價(jià) 106
3.6.5　優(yōu)缺點(diǎn) 108
本章小結(jié) 109
拓展閱讀 109
習(xí)題 109
第4章　云應(yīng)用 113
4.1　典型案例 113
4.1.1　大數(shù)據(jù)分析—Netflix 114
4.1.2　人工智能—圖片識(shí)別 116
4.1.3　大型Web應(yīng)用—在線視頻 117
4.2　微服務(wù) 118
4.3　基礎(chǔ)設(shè)施代碼化 120
4.4　持續(xù)集成與持續(xù)部署 122
4.5　DevOps 125
4.6　SRE 126
4.7　混沌工程 129
4.8　云成本分析與FinOps 133
本章小結(jié) 134
拓展閱讀 134
習(xí)題 134
第5章　云計(jì)算操作系統(tǒng) 137
5.1　LOKI 137
5.2　虛擬化 139
5.3　SDN與NFV 142
5.3.1　SDN 142
5.3.2　NVF 145
5.4　存儲(chǔ)技術(shù) 147
5.5　OpenStack 149
5.6　Docker容器 152
5.6.1　背景 152
5.6.2　架構(gòu) 153
5.6.3　案例 153
5.6.4　工作原理 156
5.6.5　容器與虛擬機(jī) 159
5.7　Kubernetes云原生操作系統(tǒng) 161
5.7.1　背景 161
5.7.2　架構(gòu) 162
5.7.3　案例 164
5.7.4　Docker、Kubernetes及容器生態(tài) 165
5.8　云原生 167
本章小結(jié) 169
拓展閱讀 169
習(xí)題 169
第6章　云安全 171
6.1　安全的基礎(chǔ)知識(shí) 171
6.1.1　密碼學(xué) 172
6.1.2　安全的目標(biāo) 175
6.1.3　攻擊與防御 176
6.1.4　常見的攻擊類型 178
6.1.5　安全防御系統(tǒng) 181
6.1.6　安全的模型 184
6.2　安全的基本原則 188
6.3　Web與云安全風(fēng)險(xiǎn) 198
6.3.1　云安全事件 198
6.3.2　Web應(yīng)用程序的常見風(fēng)險(xiǎn) 200
6.3.3　云計(jì)算的常見風(fēng)險(xiǎn) 201
6.4　云安全的責(zé)任模型 203
6.5　合規(guī)性 204
6.5.1　數(shù)字經(jīng)濟(jì)及其面臨的挑戰(zhàn) 204
6.5.2　GDPR 206
6.5.3　國內(nèi)的相關(guān)法律與法規(guī) 213
6.5.4　合規(guī)性的最佳實(shí)踐 218
6.6　算法歧視 219
6.6.1　常見的歧視 220
6.6.2　歧視的產(chǎn)生原因與應(yīng)對(duì)措施 222
6.7　零信任網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 224
6.8　云安全的最佳實(shí)踐 226
本章小結(jié) 228
拓展閱讀 228
習(xí)題 229
第7章　數(shù)據(jù)中心 234
7.1　概述 235
7.1.1　傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心 235
7.1.2　數(shù)據(jù)中心的選址 238
7.1.3　標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化 238
7.2　量化分析 239
7.2.1　PUE 239
7.2.2　CAPEX、OPEX與ROI 241
7.3　倉儲(chǔ)級(jí)計(jì)算機(jī) 242
7.3.1　概念 242
7.3.2　機(jī)架規(guī)格 245
7.4　供電設(shè)施 246
7.5　制冷設(shè)施 249
7.5.1　機(jī)械制冷 249
7.5.2　自然冷卻 252
7.5.3　液冷 254
7.6　網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 256
7.6.1　概述 256
7.6.2　傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 257
7.6.3　現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心的脊葉網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 259
7.7　服務(wù)器 260
7.7.1　服務(wù)器產(chǎn)業(yè)鏈 260
7.7.2　機(jī)架服務(wù)器與刀片服務(wù)器 262
7.8　管理 266
本章小結(jié) 267
拓展閱讀 268
習(xí)題 268
參考文獻(xiàn) 273

1. 零基礎(chǔ)玩轉(zhuǎn)國產(chǎn)大模型DeepSeek [徐永冰 張帥 編著]
2. 網(wǎng)絡(luò)工程師5天修煉（適配第6版考綱） [主編　朱小平 施游]
3. 信息系統(tǒng)項(xiàng)目管理師考試32小時(shí)通關(guān)（適用第4版考綱） [薛大龍]
4. 信息系統(tǒng)管理工程師考試32小時(shí)通關(guān)（適配第2版考綱） [薛大龍　劉偉]
5. 土木工程材料檢測(cè)實(shí)訓(xùn) [洪曉江 達(dá)則曉麗 錢波]
6. 科技信息檢索與論文寫作實(shí)用教程 [李振華]
7. 傳統(tǒng)山水畫論解讀與實(shí)踐 [陳鈉 著]
8. Python數(shù)據(jù)庫編程 [主編 殷樹友 邢 翀]
9. 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo) [主編 袁春萍 朱妮]
10. 嵌入式人工智能技術(shù)應(yīng)用（數(shù)字教材） [主編 胡娜 楊國勇 晏廷榮]
11. Vienna整流器技術(shù) [桂存兵 著]
12. 變頻器與伺服應(yīng)用 [陳剛 葉云飛]
13. 物聯(lián)網(wǎng)工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐 [湯琳 李敏]
14. 爐邊夜話——深入淺出話AI [汪建　著]
15. 電商運(yùn)營與管理 [鐘肖英 陳瀟]
16. Java面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì) [主編 姜春磊 陳虹潔]
17. 信息技術(shù)基礎(chǔ)（Windows 10+WPS Office）（微課版） [主編　石利平　田輝平　謝盛嘉]
18. 人工智能應(yīng)用 [主編　陳　萍　劉培培　陳孟軍]
19. 大學(xué)生職業(yè)發(fā)展與就業(yè)指導(dǎo) [主編　劉志堅(jiān)]
20. 高級(jí)辦公應(yīng)用項(xiàng)目教程 [主編 屈晶 趙成麗]
21. 微信小程序開發(fā)項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)（微課版） [主編 黃龍泉 郭峰 朱倩]
22. 企業(yè)檔案工作實(shí)戰(zhàn)寶典百問百答 [華俊 盧秀英 邵甜甜 著]
23. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理及應(yīng)用 [主編 唐繼勇 葉坤 孫夢(mèng)娜]
24. 大學(xué)生創(chuàng)業(yè)基礎(chǔ) [主編 王麗莉 王 楊]
25. 船舶輔機(jī) [主編 王連海 于洋 姜淑翠]
26. 大學(xué)生就業(yè)指導(dǎo) [主編 王麗莉 董宴廷]
27. 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師章節(jié)習(xí)題與考點(diǎn)特訓(xùn) [主編 薛大龍 鄒月平]
28. 高校學(xué)生工作探索與實(shí)踐 [郭亮 著]
29. 大學(xué)生情商管理 [方雄 著]
30. 2023年長沙市會(huì)展業(yè)發(fā)展報(bào)告 [主編 周棟良]