云计算概论

🎯学习目标

• 理解云计算产生的背景——大数据时代与计算模式的演化；
• 掌握 NIST 对云计算的权威定义；
• 掌握云计算的五大本质特征（按需自服务、弹性扩展、资源池化、网络访问、按量计费）；
• 区分 IaaS / PaaS / SaaS 三种服务模型，明确各自"谁负责什么"；
• 了解公有云、私有云、混合云、社区云四种部署模型；
• 熟悉云计算核心技术栈（计算、存储、网络）与典型厂商产品。

1背景：大数据与计算模式演进

计算模式经历了集中（大型机）→ 分散（PC）→ 重新集中（云计算）的螺旋演化。重新集中的根本驱动力是大数据的爆发。

什么是大数据

大数据是指海量数据，其规模巨大到无法通过目前主流计算机系统在合理时间内获取、存储、管理、处理并提炼，以帮助使用者决策。

大数据的 4V + 1C 特征

2云计算的定义（NIST）

根据 NIST（美国国家标准与技术研究院）定义：

"Cloud computing is a model for enabling convenient, on-demand network access to a shared pool of configurable computing resources (e.g., networks, servers, storage, applications, and services) that can be rapidly provisioned and released with minimal management effort or service provider interaction."

3五大本质特征 ⭐（核心考点）

云计算的本质可凝练为五个核心特征，点击卡片翻转查看要点：

云计算中心如何选址？

最大物理开销是电力和制冷，选址关键在于寻找便宜的电力和自然冷源（如 BAT 到贵州山区建立数据中心）。

4服务模型 IaaS / PaaS / SaaS ⭐

用"住房"类比最易理解——从自己盖房到拎包入住，对底层资源的掌控逐渐减少：

三种模型的住房类比

三种交付模型对比

各模型典型产品速览

5部署模型（四种）

6云计算发展历程

• 1990 年代（雏形）：网络计算、效用计算思想萌芽。
• 2000~2001（虚拟化成熟）：VMware 实现物理机到虚拟机的资源池化，资源不再死绑硬件。
• 2006（商业里程碑）：Google 提出云计算概念，AWS 推出 EC2（弹性计算云）/S3，传统 IaaS 时代正式开启。
• 2010（IaaS 开源繁荣）：OpenStack 社区成立，企业用开源技术搭建私有 IaaS。
• 2011（PaaS 开源）：第一个开源 PaaS 平台 CloudFoundry 发布，云开始向应用层上浮。
• 2013（Docker）：轻量级容器技术颠覆软件交付方式。
• 2014（K8s）：Google 发布 Kubernetes，解决大规模容器调度。
• 2015（CNCF 成立）：正式迈入云原生时代。

7核心技术栈（计算·存储·网络）

云计算的三大基础设施是计算、存储、网络。

① 计算：怎么把物理机切给多个用户？

② 存储：怎么存庞杂数据？

③ 网络：海量服务器怎么管理？

8弹性算力优势与物理极限

云的弹性算力体现在并行计算：将大任务拆分到多进程/多实例同时执行。例如大规模矩阵乘法，可将矩阵按行分块分配给多个进程并行计算。

def parallel_multiply(A, B, num_workers):
    # 1. 将大矩阵拆解为 num_workers 个独立子块
    chunks = np.array_split(A, num_workers)
    # 2. 模拟调用云端 API，横向拉起 num_workers 个计算实例
    with multiprocessing.get_context('fork').Pool(processes=num_workers) as pool:
        # 3. 任务分发给各实例并行计算
        results = pool.map(matrix_multiply_chunk, [(chunk, B) for chunk in chunks])
    return np.vstack(results)  # 垂直拼接各分块结果

⭐重点例题

🎯自测（点击展开）

📝强化题库

选择题点选即时判分；填空题输入后"检查"或"显示答案"。