云计算生态体系: 云计算生态体系建设总体框架

作者：禅与计算机程序设计艺术

1.简介

随着数字化程度的不断提高、数据量的激增、应用场景的增加、用户对服务的依赖性增强等诸多因素的影响，越来越多的人开始意识到传统的服务器硬件已经无法满足需求。云计算就是一种可以在网络上提供按需使用的IT资源的方式，通过网络弹性伸缩、按使用量付费、高可用、自动运维等机制，可以很好的解决这些问题。在云计算出现之前，很多企业都是采用自己的服务器，但随着时间的推移，越来越多的企业已经迁移到了公有云或者私有云平台上，甚至基于公有云平台建立起自己的私有云系统，这种模式被称之为“混合云”。因此，云计算生态体系构建对于IT公司来说无疑是重中之重。本文将从云计算所涉及的各个方面（包括基础设施层、管理层、应用层）逐一阐述云计算的构架，并给出相应的资源链接，方便读者快速了解。

本文的编写受到了国内云计算领域的巨大影响，如阿里云、腾讯云、百度云、华为云、UCloud等等。我们认为应该将他们的经验、教训、模式、心得进行汇集，共同讨论云计算行业的发展趋势和未来发展方向，激发各界学习共赢的热情。

2.基本概念术语说明

2.1 什么是云计算？

云计算是一种利用互联网技术为用户提供计算机服务的新型服务方式。它是指利用互联网动态分配的资源、透明性、按需计费的模型，把商业计算能力或IT功能（例如应用程序和数据库等）通过网络访问的方式提供给最终消费者。云计算是一种将硬件资源、软件服务、存储设备和服务组件部署到Internet上的方法。云计算服务包括计算、网络、存储、安全和应用服务等多个方面。通过云计算服务，用户能够获得虚拟化、自动化、可扩展性、灵活性和低成本的优势，实现自助服务、随需应变的IT资源的服务。

2.2 为何要构建云计算生态体系？

由于移动互联网、物联网、云计算、大数据等新兴技术的迅速发展，传统IT技术在处理效率、成本和质量方面的瓶颈已越来越难以满足需求。基于此，一些大型企业也开始尝试以新技术的形式进行技术创新，如微软、阿里巴巴、百度、华为、京东等企业。他们都希望借助互联网的开放性和无边际的市场潜力，通过建立庞大的云计算产业链，打通信息时代和实体世界之间的鸿沟。但是，如何有效地构建、运行和管理这样一个庞大的云计算生态体系是一个复杂而艰难的任务。因此，建立云计算生态体系尤其重要。

2.3 云计算分层结构

为了更加准确地描述云计算的构架，根据云计算服务提供方的特性和特点，云计算通常分为四层：基础设施层、管理层、应用层、终端层。

2.3.1 基础设施层

基础设施层是云计算的第一层，主要包括网络、存储、计算和安全三大方面。其中，网络又包括负载均衡器、DNS服务、内容分发网络等网络服务；存储则包括云盘、对象存储、块存储、文件存储等云端存储服务；计算则包括云主机、容器云、函数计算等计算服务；安全则包括网络安全、云防火墙、云盾等安全服务。

2.3.2 管理层

管理层是云计算的第二层，主要包括应用开发、基础设施自动化、运营管理和计费三个方面。其中，应用开发则包括开发工具、编程接口、平台即服务（PaaS）、软件即服务（SaaS）等云端服务；基础设施自动化则包括自动化配置管理、网络自动化、备份恢复、监控告警等自动化运维服务；运营管理则包括基础设施的管理、备份、迁移、容灾、升级、故障切换等；计费则包括按用量付费、按容量付费、按流量付费等付费方式。

2.3.3 应用层

应用层是云计算的第三层，主要包括大数据分析、业务协作、安全防护、机器学习等应用。其中，大数据分析则包括基于云端的数据仓库、实时计算、机器学习等服务；业务协作则包括工作流程服务、文档协作服务等；安全防护则包括云防火墙、加密通信、数据风险管理等安全服务；机器学习则包括人工智能、自然语言处理、图像识别、智能视频等服务。

2.3.4 终端层

终端层是云计算的最外层，主要包括移动互联网、物联网、车联网等终端。其中，移动互联网则包括手机APP、微信小程序、快应用等应用；物联网则包括智慧城市、智能安防、机器人、无人机等设备；车联网则包括车辆监控、驾驶行为分析等服务。

2.4 云计算技术体系

云计算技术体系包括计算、网络、存储、安全和应用五大方面。

2.4.1 计算

计算即云端服务器提供的计算资源。目前，云计算主要有两种形式：一是公有云，提供公众可用的虚拟服务器，包括AWS、Azure、Google Cloud Platform等公有云服务商；二是私有云，通过内部部署的方式提供服务，包括OpenStack、VMware vSphere、KVM等私有云系统。云计算环境下，虚拟化技术显著降低了资源利用率、灵活性、稳定性、可靠性等问题，并通过抽象化、资源池化和调度自动化，使得云端服务器成为云计算资源的真正意义上的IT基础设施。
云计算下的计算主要由以下四种形式：

1. 虚拟化技术：通过对服务器进行抽象化、配置化，并且支持动态分配、扩张和释放，实现计算的快速部署、弹性伸缩、动态管理等功能。目前，虚拟化技术有VMware、Xen、KVM、Docker等。
2. 云主机：云主机是指以云端硬件平台作为计算资源的虚拟化服务器，采用租用、保管或共享的方式，由云供应商或服务商实时提供。云主机可以免除用户购买、装配服务器硬件的烦琐过程，大幅减少了管理成本。
3. 服务计算：通过软件定义网络（SDN）、微服务、Serverless等架构，云计算环境下的计算也可以具备高度自动化、动态弹性和自治能力。通过与其他服务的结合，云计算环境下的计算可以实现与用户的交互和数据的集成。
4. 大规模并行计算：在云计算环境下，大规模并行计算可以通过集群计算技术实现。集群是多台计算机通过网络连接组成的分布式计算环境。通过多台计算机并行运算，可以提升计算性能，同时降低计算机成本。

2.4.2 网络

网络即云端互联网服务，提供了网络基础设施、弹性负载均衡和安全防护等功能。云计算中的网络分为以下几类：

1. 基础设施网络：云端的网络基础设施一般由ISP、电信运营商、路由器、交换机等设备组成，它保证云资源的正常连接和数据传输。
2. 弹性负载均衡：弹性负载均衡即通过智能监测、智能调度、自动故障转移等手段，帮助云客户实现应用服务的高可用。目前，主要有七层负载均衡SLB、四层负载均衡CLB、 DNS均衡等产品。
3. 安全防护：云端的安全防护主要包括网络安全、内容安全、身份认证、访问控制等。网络安全通过过滤攻击和嗅探异常流量，保障云资源的安全；内容安全主要是对内容进行审查、过滤和监控，提升内容的安全性；身份认证则是通过密钥验证和多重身份验证，保障用户的账户和资源的安全；访问控制则是通过权限管理、用户审核等方式，限制用户对云资源的访问权限。

2.4.3 存储

存储即云端数据存储服务，提供了海量、高容量、低成本的数据存储能力。云计算中的存储分为以下几类：

1. 云端硬盘存储：云端硬盘存储包括本地SSD、本地HDD、容量型SSD、容量型HDD、弹性云盘等。云端硬盘存储提供弹性、可靠的云端存储服务，同时降低了成本，适用于各种场景下的海量数据存储和离线分析。
2. 对象存储：对象存储主要用于存储和检索非结构化的数据，例如图片、视频、音频等媒体文件。对象存储提供按需计费、数据持久化、安全、高可用等服务。目前，对象存储服务有亚马逊的S3、微软的Blob Storage、腾讯云的COS等。
3. 文件存储：文件存储主要用于存储和管理各种类型的文件，包括Office文档、压缩包、PDF文件等。文件存储提供文件的上传、下载、存储和版本控制等功能。
4. NoSQL数据库：NoSQL数据库主要用于存储结构化、半结构化和非结构化数据。NoSQL数据库提供了键值对、文档型、图形查询、列存储等不同类型的存储服务，可以帮助云客户降低成本、提升存储效率和数据分析能力。

2.4.4 安全

安全即云计算平台的安全保障服务，包括网络安全、云主机安全、应用安全、数据安全、身份安全等。

1. 网络安全：网络安全主要保障云端资源的网络连通性、数据传输的安全性、服务器的安全性等。云防火墙是云计算提供的一项网络安全服务，帮助云客户保障数据安全，可检测入侵、阻止攻击、管理规则、实时保护。
2. 云主机安全：云主机安全包括主机安全、平台安全、应用安全等方面。主机安全即云主机内部的服务器配置，确保云主机安全运行，防止攻击和数据泄露。平台安全主要针对云端软件服务的运行环境，包括虚拟网络、操作系统、应用程序、安全补丁等，确保云主机的整体安全。应用安全则包括漏洞扫描、恶意代码识别、访问控制和日志审计等安全服务。
3. 数据安全：数据安全主要用于保障云端存储数据的安全。云端存储数据的安全可以通过加密、数据完整性检查、数据权限控制、流量控制、审计和监控等方式来实现。
4. 身份安全：身份安全主要用于保障云端资源的访问控制和身份认证。访问控制主要通过多重身份验证、基于角色的访问控制等方式，保障云端资源的合法访问。身份认证是通过用户名密码、短信验证码、动态令牌、人脸识别等方式，保障用户的账户安全。

2.4.5 应用

应用即云计算环境下的各种应用服务，包括云端开发工具、PaaS平台、SaaS平台、容器云、无服务器计算等。

1. 云端开发工具：云端开发工具主要用于开发、调试、测试、发布云应用，包括代码编辑器、编译器、测试工具、发布工具等。开发者可以使用云端开发工具轻松创建、编译、发布云端应用，节省开发时间、提升效率。
2. PaaS平台：PaaS平台即平台即服务（PaaS），它是基于云端的软件服务，通过软件开发包和API，提供软件即服务（SaaS）。云厂商提供的PaaS平台，让云用户可以简单快速地部署、运行和管理应用。
3. SaaS平台：SaaS平台即软件即服务（SaaS），它是基于云端的应用软件，通过网络访问，提供服务。云厂商提供的SaaS平台，帮助云用户快速获取所需要的应用软件，同时降低了维护成本。
4. 容器云：容器云是一种云服务，它是利用云端资源提供基于容器技术的服务。容器云帮助云客户实现应用的快速部署、弹性伸缩、可靠性保证，降低了运维和管理成本，并可提升应用的运行效率。
5. 无服务器计算：无服务器计算（ServerLess Computing）是一种云服务，它的特征是在云端资源上直接执行代码，不需要预先配置服务器，而只需要付费按照实际使用的资源进行计费。无服务器计算帮助云客户实现应用的快速部署、按需伸缩，并节省服务器投资，通过降低成本、提高资源利用率来优化云资源。

3.云计算架构

3.1 概念

云计算架构（Cloud Architecture）是指一种通过网络提供基础设施服务的商业模式。云计算架构主要包括网络、存储、计算、安全和应用五大层次。网络层包括负载均衡、DNS、CDN、网络安全、边缘计算等方面。存储层包括云存储、对象存储、云数据库、文件存储等。计算层包括弹性云主机、容器云、服务计算、大规模并行计算等方面。安全层包括网络安全、云防火墙、云盾等。应用层包括云应用、PaaS、SaaS、容器云、无服务器计算等。

3.2 云计算架构的目标

云计算架构的目标是通过云计算服务，达到以下四个目标：

1. 技术创新：云计算架构的创新是围绕云计算技术、工具、服务、模式等进行，旨在提升IT服务的效率、效果和价值。
2. 创新模式：云计算架构的创新模式主要是指如何结合云计算技术、工具、服务和模式，通过创新的方式，提升产品、服务和品牌竞争力。
3. 客户体验：云计算架构的目标客户体验是指云计算架构能够提供良好的用户体验，包括终端用户体验、管理员用户体验、开发者用户体验等。
4. 技术服务：云计算架构的技术服务是指云计算架构能够提供高端的技术服务，包括数据中心、硬件设备、软件解决方案等。

3.3 云计算架构演进

云计算架构的演进主要包括以下三个阶段：

1. 初期阶段：初始阶段，云计算架构主要由内部团队和外部合作伙伴一起完成相关技术研究、合作、架构设计，并形成最初的产品和服务。
2. 中期阶段：中间阶段，云计算架构逐渐形成独有的架构模型、技术体系和理念。随着产品和服务的逐步完善，内部团队和外部合作伙伴也纷纷参与云计算架构的建设。
3. 终末阶段：结束阶段，云计算架构进入全球化、金融化、人工智能化的时代，发展方向日益清晰，云计算架构将成为行业领袖。

3.4 云计算架构的现状

云计算架构：

• Hardware Layer:

This layer is responsible for managing the physical resources of the cloud, including physical servers, routers, switches, power and cooling systems. In practice, the hardware layer is typically implemented in data centers. A data center usually contains thousands of servers that are organized in racks and interconnected through switches, routers or other fabrics. Typical issues at hardware layer include hardware configuration, fault tolerance, traffic management, power and cooling resource management.

• Infrastructure Layer:

Also, known as the virtualization layer, the infrastructure layer creates a pool of storage and computing resources by partitioning the physical resources using virtualization technologies such as Xen, KVM, Hyper-V and VMware. The infrastructure layer is an essential component of cloud computing, since many key features, such as dynamic resource assignment, are only made available through virtualization technologies.

• Platform Layer:

Built on top of the infrastructure layer, the platform layer consists of operating systems and application frameworks. The purpose of the platform layer is to minimize the burden of deploying applications directly into VM containers. For example, Google App Engine operates at the platform layer to provide API support for implementing storage, database and business logic of typical web applications.

• Application Layer:

At the highest level of the hierarchy, the application layer consists of the actual cloud applications. Different from traditional applications, cloud applications can leverage the automatic-scaling feature to achieve better performance, availability and lower operating cost.

I hope this will help you to understand the services, delivery roles and computing layers of the Cloud.

Finally, I would like to say ‘Cloud is nothing more than someone else computer, but…. With greater flexibility, availability, performance, economic and easier to manage’.

3.5 云计算架构的未来

云计算架构的未来主要包括以下几个方面：

1. 技术创新：云计算架构需要持续跟踪和突破新技术、新产品、新模式，通过创新，不断提升产品和服务的竞争力和可持续性。
2. 发展模式：云计算架构的发展模式需要由创新驱动，逐步形成制度化、流程化、规范化的组织架构。
3. 用户体验：云计算架构的用户体验还处于早期阶段，用户体验的改进有利于提升云计算架构的整体用户满意度。
4. 技术服务：云计算架构的技术服务还处于初级阶段，需由云计算架构的专家团队及时研发、生产、推广解决方案。

4.云计算生态体系

云计算生态体系是指由各种云计算相关的技术、服务和资源组成的综合体系，它涵盖了云计算基础设施、云服务提供商、开发者和用户等多个参与方。建设云计算生态体系的总体框架包括以下几个方面：

1. 云计算基础设施：构建云计算的基础设施是建设云计算生态体系的首要任务。这包括数据中心、服务器、存储设备、网络设备等基础设施的建设和运维，以及相关的安全、可靠性和性能优化等工作。

2. 云服务提供商：云服务提供商是云计算生态体系的核心组成部分。他们通过构建和管理云平台，提供各种云服务，如计算、存储、数据库、人工智能、大数据分析等。云服务提供商需要建立完善的服务体系，包括定价、部署、监控、维护和支持等。

3. 开发者和合作伙伴：开发者和合作伙伴是云计算生态体系的重要参与方。他们基于云平台提供的服务和资源，开发和创新各种应用程序和解决方案，推动云计算技术的发展和应用。云计算生态体系需要提供给开发者和合作伙伴良好的开发工具、API接口、技术支持和市场推广等支持服务。

4. 用户和行业应用：用户和行业应用是云计算生态体系的最终受益者和应用方。他们利用云计算平台提供的服务和资源，实现自己的业务需求，提高效率和创新能力。云计算生态体系需要关注用户需求，提供灵活、可定制和安全的解决方案，并在各个行业推广应用。

5. 安全和合规性：云计算生态体系建设需要重视安全和合规性。云平台需要采取各种安全措施，保护用户数据的安全和隐私。同时，云计算生态体系需要遵守相关的法律法规和行业标准，确保合规性和可信度。

6. 创新和生态合作：云计算生态体系的建设需要鼓励创新和生态合作。各参与方可以通过合作共赢、资源共享、技术创新等方式，推动整个生态体系的发展和壮大。政府、学术界和产业界也可以发挥重要作用，提供政策支持、技术研发和市场推动等方面的支持。

总体而言，云计算生态体系的建设需要从基础设施、服务提供商、开发者和用户等多个角度进行协同推进，以实现云计算技术的广泛应用和持续创新。