《云计算(第三版)》第1章_大数据与云计算
云计算与大数据技术教案全套 第1-8章 云计算和大数据基础- 综合实践搭
云计算与大数据技术教案全套第1-8章云计算和大数据基础- 综合实践搭云计算与大数据技术教案全套第1-8章云计算和大数据基础- 综合实践搭建第1章云计算概述云计算是一种通过互联网提供计算资源和服务的方式。
它将计算能力、存储空间和应用程序提供给用户，使其能够根据需求动态分配和管理这些资源。
可通过远程服务器进行实时数据同步和协作处理，以实现数据存储和共享等功能。
云计算在大数据领域扮演重要角色，其高效的计算能力和灵活的服务模式能够满足大规模数据处理的需求。
在教学实践中，我们可以通过搭建云计算平台来进行相关实验和案例的学习。
第2章大数据技术概述大数据是指数据量大、种类多、处理速度快的数据集合。
大数据技术是指对这些大规模数据进行收集、存储、处理、分析和应用的一系列技术手段和方法。
这些技术包括数据挖掘、机器学习、分布式存储和计算等。
在教学实践中，我们可以通过搭建大数据技术平台来进行实验和演示。
这样的平台可以提供数据采集、数据存储、数据处理和数据分析等功能，帮助学生深入理解和应用大数据技术。
第3章云计算平台搭建搭建云计算平台是实现云计算教学的基础。
教师可以选择适合的云计算平台，如OpenStack、VMware和Amazon EC2等。
首先，需要选择合适的硬件设备，如服务器、存储设备和网络设备。
其次，需要安装和配置云计算软件，搭建虚拟化环境和云管理平台。
最后，需要测试和优化平台性能，确保其稳定和可靠。
在教学实践中，教师可以通过搭建云计算平台，让学生观察和理解云计算的基本原理和工作方式。
学生可以通过登陆平台，进行云计算相关实验和案例的操作和实践。
第4章大数据技术平台搭建搭建大数据技术平台是实现大数据教学的关键。
教师可以选择适合的大数据技术平台，如Hadoop、Spark和Hive等。
首先，需要选择合适的硬件设备，如服务器和存储设备。
其次，需要安装和配置大数据软件，搭建分布式存储和计算环境。
最后，需要测试和优化平台性能，确保其高效和可靠。
第1章-云计算概述
h
14
云计算5大特征
三、资源池化 资源池（或池）是一种配置机制，是将所使用的各种资源（比如网络资源、 存储资源等）统一进行配置，用户无须关心这些资源采取的设备型号、复杂 的内部结构、实现的方法和地理位置。从用户的角度看，这些资源是一个整 体的设备，可按需为用户提供服务。作为这些资源的管理者来说，资源池可 以无限地增减和更换设备，统一管理、调度这些资源，使用户得到满足。
▪ Salesforce（CRM）、Amazon（EC2、S3）、Google（Apps)等公司基
商业模 式与平 台战略
▪
于互联网提供的IT与软件服务模式已经获得市场认可 Google、Facebook、Twitter、aliba其平台的吸引力和价值
四、安全可靠 云计算必须要保证服务的可持续性、安全性、高效性和灵活性，故其必须 采用各种冗余机制、备份机制、足够完全的安全管理机制、髙效的反应机制 和保证存取海量数据的灵活机制等，从而保证用户数据和服务的安全可靠。
h
15
云计算5大特征
五、资源可控 云计算提出的初衷，是让人们能够像使用水电一样便捷地使用云计算服务， 极大地方便人们获取计算服务资源，并有效节约技术成本，使计算资源的服 务效益最大化。事实上，在云计算在线计费服务领域，如何对云计算服务进 行合理和有效的计费，即如何就提供的云计算服务向最终用户收取服务费用， 仍然是一项值得业界关注的课题。
Paas+Iaas形式的开放平台为主，Iaas较为成熟，Paas初具雏形
云计算与大数据 第一章 揭秘云计算
图1-10 传统vs.*aaS
1.2.2 公有云vs.私有云vs.混合云
从云架构部署、服务、应用以及访问的方式来 区分，我们一般把云分为四大类： 私有云； 公有云； 混合云； 社区云。
对私有云、公有云、混合云的定义与界定的关键是云的服务对象。 如果被服务的对象是一个机构，那么我们称之为私有云。 如果服务开放给大众，并通过互联网可以访问，则称之为公有云。 混合云通常是兼有私有云和公有云部分，两部分可相对独立运作，但是也
2211世世纪纪头头88年年 –– EECC22
•• EECC22bbyyAAmmaazzoonn––22000066;;AAzzuurree--22000088
22000088~~22001100年年--OOppeennXX
•• OOppeennNNeebbuullaabbyyNNAASSAAOOppeennssttaacckk
22001100年年--今今
•• 眼眼花花缭缭乱乱
图1-2 云的起源及发展（从20世纪70年代至今）
分时计算
网络互联
资源共享及网络 安全
1.1.1.2 云计算的本质
近几年，云计算的发展让人眼花缭乱，各种新兴的技术、新兴的公司风 起云涌。其中值得一提的有两样东西。一个是容器计算。我们前面提过虚拟 化，基于虚拟机（Virtual Machine，VM）的虚拟化可算是对Baremetal （裸机）这种形式的有效补充，而容器可算作是对基于VM技术的虚拟化的有 效补充。容器的意义在于重新提高了因虚拟化带来的计算效率的降低，后面 的章节中我们会专门论述相关的问题。
1.1 云从哪里来
首先，我们需要知道云从哪里来，搞清楚谁是云 计算的提出者至关重要，这个大可上升到哲学的高度， 可类比千百年来科学家乃至全人类最关心的问题的核 心，就是知道人从哪里来。同理，知道云从哪里来可 以更好地帮助我们预判云会朝哪个方向发展，会在何 处融入、改变人们的工作与生活。
云计算与大数据技术课后习题
第一章云计算与大数据基础1.在信息产业的发展历程中。
硬件驱动力，网络驱动力，作为两个重要的内在动力在不同的时期起着重要的作用6．MapReduce思想来源LISP语言7。
按照资源封装层次，云计算分为 Iaas paas saas三种8。
教材P2 1。
1.210。
教材P8 1。
2。
211. 教材P10 1.2.3第二章云计算与大数据相关技术1。
一致性hash算法原理:哈希算法是一种从稀疏值到紧密值范围的映射方法，在存储和计算定位时可以被看做是一种路由算法。
通过这种路与哦算法文件块能被唯一的定位到一个节点的位置.传统的hash算法容错性和扩展性都不好，无法有效的适应面向数据系统节点的动态变化。
意思就是当集群需要增加节点，传统的hash算法不容易检测到新增加的节点,此为扩展性不好，而一致性hash算法增加一个节点只会影响增加的这个节点到前一个节点之间的数据.容错性就是如果不幸一个机器C宕机了，那么机器B和C之间的数据都会被D执行，那么受影响的数据只是机器B和C之间的数据。
当然,容错性和扩展性对于节点数较多的集群是比较有意义的，对于节点较少的集群似乎这两个特性并没有什么诱惑力。
一致性hash的实际目的就是解决节点频繁变化时的任务分配问题,一致性hash将整个hash值空间组织成一个虚拟圆环，我们这里假设某hash函数H值空间为0~（2^32—1），即32位无符号整形。
下面简述一下一致性hash的原理：这是一致性hash的整个值空间0～（2^32-1）下一步将各个服务器使用Hash进行一个哈希，具体可以选择服务器的ip或主机名作为关键字进行哈希,这样每台机器就能确定其在哈希环上的位置，假设使用四台机器进行hash：将数据key使用相同的函数Hash计算出哈希值，并确定此数据在环上的位置，从此位置沿环顺时针“行走”，第一台遇到的服务器就是其应该定位到的服务器。
例如我们有Object A、Object B、Object C、Object D四个数据对象,经过哈希计算后，在环空间上的位置如下：根据一致性哈希算法，数据A会被定为到Node A上，B被定为到Node B上，C被定为到Node C上，D被定为到Node D上下面我们看看当集群机器比较少的情况例如系统中只有两台服务器，其环分布如下，此时必然造成大量数据集中到Node A上，而只有极少量会定位到Node B上。
《云计算》教材
《云计算》教材云计算随着科技的不断发展，云计算作为一种新兴的计算模式，逐渐走进了人们的生活。
本教材将详细介绍云计算的基本概念、关键技术以及应用领域，并探讨其在未来的发展前景。
一、云计算的概念及特点云计算是一种基于互联网的计算方式，它通过将计算资源集中部署在数据中心，为用户提供服务。
与传统的计算模式相比，云计算具有以下几个主要特点。
1.1 弹性扩展云计算提供了弹性扩展的能力，即根据用户需求动态调整计算资源的分配，从而满足不同规模和负载的计算需求。
这种灵活性使得用户能够根据实际情况进行资源的使用与释放，极大提高了计算效率。
1.2 资源共享云计算采用资源共享的方式，多个用户可以共享同一组计算资源，从而降低了计算成本。
用户通过云服务提供商租用所需资源，无需购买和维护昂贵的硬件设备，大大降低了使用成本。
1.3 高可靠性云计算采用分布式架构，分布在多个数据中心的计算节点互相备份，即使部分节点出现故障，也不会影响整体的运行。
这种高可靠性保证了用户服务的连续性和稳定性。
二、云计算的关键技术为了实现云计算的特点和功能，需要依赖一系列关键技术的支持。
本节将介绍云计算的几个关键技术。
2.1 虚拟化技术虚拟化技术是实现云计算的基础，它将物理资源（如服务器、存储设备等）抽象为逻辑资源，为不同的用户提供虚拟化的计算环境。
通过虚拟化技术，可以实现资源的灵活配置和利用，提高资源的利用率。
2.2 分布式存储分布式存储是云计算中的一个重要技术，它将数据分布在多个节点上进行存储和管理，提高了存储的可扩展性和可靠性。
同时，分布式存储还支持对数据的快速访问和备份，保证了数据的安全性和可用性。
2.3 虚拟网络技术虚拟网络技术是云计算中的另一个关键技术，它通过对物理网络进行抽象和隔离，为用户提供独立的网络环境。
虚拟网络技术可以根据用户需求进行网络拓扑的创建和管理，方便用户进行网络配置和管理。
三、云计算的应用领域云计算作为一种灵活和高效的计算模式，已经在各个领域得到了广泛的应用。
《云计算》教材
《云计算》教材《云计算》教材第一章云计算概述1.1 云计算的定义1.2 云计算的发展历程1.3 云计算的特点1.4 云计算的分类1.4.1 公有云1.4.2 私有云1.4.3 混合云1.4.4 社交云1.5 云计算的应用领域第二章云计算架构2.1 云计算的基本架构2.2 云计算的关键技术2.2.1 虚拟化技术2.2.2 分布式计算技术2.2.3 大数据技术2.3 云计算的核心组件2.3.1 虚拟机管理器2.3.2 资源池2.3.3 服务编排和自动化管理2.4 云计算的安全性和可靠性第三章云计算服务模型3.1 基础设施即服务（IaaS）3.1.1 IaaS的定义3.1.2 IaaS的特点和优势3.1.3 IaaS的实现技术3.1.4 IaaS的应用案例3.2 平台即服务（PaaS）3.2.1 PaaS的定义3.2.2 PaaS的特点和优势3.2.3 PaaS的实现技术3.2.4 PaaS的应用案例3.3 软件即服务（SaaS）3.3.1 SaaS的定义3.3.2 SaaS的特点和优势3.3.3 SaaS的实现技术3.3.4 SaaS的应用案例第四章云计算的优势和挑战4.1 云计算的优势4.1.1 灵活性和可伸缩性4.1.2 资源池共享4.1.3 成本效益4.2 云计算的挑战4.2.1 安全和隐私问题4.2.2 管理和监控问题4.2.3 依赖供应商问题第五章云计算的法律和合规性5.1 云计算的法律法规5.2 云计算的隐私保护5.3 云计算数据的合规性要求5.4 云计算的合同和服务级别协议附件：附件1：云计算架构图附件2：云计算应用案例法律名词及注释：1、个人信息保护法：是指保护和管理个人信息，促进网络信息安全和高效运行的法律。
2、数据隐私：是指个人或组织拥有的、与个人身份相关的、非公开的信息。
3、服务级别协议：是一份协议，规定了云服务提供商与客户之间的服务质量承诺和责任。
云计算(第三版)
2.3.5 通信协 议
2 Google云计算原理与应用
2.3 分布式锁服务Chubby
2.3.3 Chubby中 的Paxos
2.3.6 正确性 与性能
2 Google云计算原理与应用
06
2.4.6 性能 优化
05
2.4.5 子表
服务器
04
2.4.4 主服
务器
03
2.4.3 系统
架构
02
2.4.2 数据
2 Google 云计算原 理与应用
2.2 分布式数据处理 MapReduce
https:///
2.2.2 编程模 型
2.2.4 案例分 析
1
2
3
4
2.2.1 产生背 景
2.2.3 实现机 制
2.3.1 Paxos 算法
2.3.2 Chubby 系统设计
2.3.4 Chubby 文件系统
0 3 . 41. 1 非 关 系 型 数据库
与传统关系数据库的比 较
0 3
3.4.3 DynamoDB
0 2
3.4.2 SimpleDB
0 4
3.4.4 SimpleDB和 DynamoDB的比较
3.4 非关系型数据库服务 SimpleDB和DynamoDB
3 Amazon 云计算 AWS
3.5 关系数据库服务RDS
2.9 Google应用程序引擎
06
3 Amazon云计算AWS
3 Amazon云计算AWS
A
C
3.2 弹性计算云 EC2
3.4 非关系型数据 库服务SimpleDB
和DynamoDB
E
3.6 简单队列服 务SQS
《云计算(第三版)》配套PPT之一：第1章 大数据与云计算
发表学术论文的形式公开其云计算三大法宝：GFS、MapReduce和Bigtable， 并在美国、中国等高校开设如何进行云计算编程的课程
19 of 42
国外云计算的先行者
亚马逊的云计算 称为Amazon Web Services
（AWS）
歌是最大的云计 算技术的使用者
软紧跟云计算步 伐，推出了
indows Azure 操作系统
17 of 42
率先在全球提供了弹性计算云EC2（Elastic Computing Cloud）和简单存 储服务S3（Simple Storage Service），为企业提供计算和存储服务。
主持完成科研项目25项，发表论文80余篇，出专业书籍15本。获部级科技进步 二等奖4项、三等奖4项。主编了国内第一本云计算教材《云计算》和第一本云计算编程 书籍《实战Hadoop》。创办了知名的中国云计算（）和中国大数据 （）网站。
曾率队夺得2002 PennySort国际计算机排序比赛冠军，两次夺得全国高校科技比 赛最高奖，并三次夺得清华大学科技比赛最高奖。
电子工业出版社《云计算(第三版)》配套课件
云 计 算 （第三版）
CLOUD COMPUTING Third Edition
第1 章
大数据与云计算
主编：刘鹏 教授
of 42
刘鹏
教授、博导、学科带头人，清华大学博士。现任中国云计算专家咨询委员会秘书 长、中国信息协会大数据分会副会长、工业与信息化部云计算研究中心专家。
荣获“全军十大学习成才标兵”（排名第一）、南京“十大杰出青年”、江苏省 “333高层次人才培养工程”中青年科学技术带头人、清华大学“学术新秀”等称号。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
价值越大，这就要求对数据的处理
速度也要快，以便能够从数据中及 时地提取知识，发现价值。
复杂度（Complexity）
对数据的处理和分析的难度大。
14 of 39
目 录
大数据时代
云计算——大数据的计算
云计算发展现状 云计算实现机制 云计算压倒性的成本优势
1.2云计算——大数据的计算
大数据与云计算的关系
计算资源池 计算机
存储资源池 存储器
网络资源池 网络设施
数据资源池 数据库
软件资源池 软件
37 of 39
1.4云计算实现机制
封装云计算能力成标准
的Web Services服
务， 并纳入到SOA体系
SOA 构建层
管理 中间件层
云计算的资源管理， 并对众多应用任务进 行调度，使资源能够 高效、安全地为应用 提供服务
• “云”使用了数据多副本容错、计算节点同构可互 换等措施来保障服务的高可靠性，使用云计算比使 用本地计算机更加可靠。
24 of 39
通用性
• 云计算不针对特定的应用，在“云”的支撑下可以 构造出千变万化的应用，同一片“云”可以同时支 撑不同的应用运行。
25 of 39
高伸缩性
• “云”的规模可以动态伸缩，满足应用和用户规模 增长的需要
32 of 39
最大的云计算技术的使用者 谷歌搜索引擎就建立在分布在200多个站点、超过100万台的服 务器的支撑之上，而且这些设施的数量正在迅猛增长 采用Google Docs之类的应用，用户数据会保存在互联网上的某个位置，可 以通过任何一个与互联网相连的终端十分便利地访问和共享这些数据 谷歌已经允许第三方在谷歌的云计算中通过Google App Engine运行大型并 行应用程序 发表学术论文的形式公开其云计算三大法宝：GFS、MapReduce和Bigtable， 并在美国、中国等高校开设如何进行云计算编程的课程
34 of 39
国内云计算崛起代表企业
多处拥有云计算 数据中心
游戏托管为特色
存储服务为特色
提供类似 AW S 服 务
专门支撑智能硬件 大数据免费托管
35 of 39
国际上 云计算产品最全
目 录
大数据时代
云计算——大数据的计算
云计算发展现状 云计算实现机制 云计算压倒性的成本优势
36
1.4云计算实现机制
G=f(x)
我们的目标 云计算 大数据
16 of 39
云计算长定义
云计算是一种商业计算模型。它将计算任务分布在
大量计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够
根据需要获取计算力、存储空间和信息服务。
云计算短定义
云计算是通过网络按需提供可动态伸缩的廉价计 算服务。
这些资源池称为“云”。
“云”是一些可以自我维护和管理的虚拟计算资源，通常
云计算技术
河南理工大学 计算机学院 物联网系 晁浩 13623879927 chaohao@
1
课程概述
该课程介绍目前信息技术领域热点“云计算”的
现状及其发展，探讨云计算的主要技术发展及趋 势。 课程主要内容包括：云计算概述，Google云计算， Amazon云计算AWS，微软云计算Windows Azure
数据量大（Volume）
存储的数据量巨大，PB级别是常态，因而 对其分析的计算量也大。
快速（Velocity）
数据增长速度快，而且越新的数据
4V 1C
多样（Variety）
数据的来源及格式多样，数据格式除了传 统的结构化数据外，还包括半结构化或非 结构化数据，比如用户上传的音频和视频 内容。而随着人类活动的进一步拓宽，数 据的来源更加多样。
22 of 39
虚拟化
• 云计算支持用户在任意位置，使用各种终端获取服 务。 • 所请求的资源来自“云”，而不是固定的有形的实 体。应用在“云”中某处运行，但实际上用户无需 了解应用运行的具体位置，只需要一台笔记本或者 一部手机，就可以通过网络服务来获取各种能力超 强的服务。
23 of 39
高可靠性
33 of 39
微软于2008年10月推出了Windows Azure操作系统。Azure(译为“蓝 天”)是继Windows取代DOS之后，微软的又一次颠覆性转型。
微软的云平台包括几十万台服务器.
Azure的底层是微软全球基础服务系统，由遍布全球的第四代数据中心构 成。 微软将为Windows Azure用户推出许多新的功能，不但能更简单地将现有的 应用程序转移到云中，而且可以加强云托管应用程序的可用服务，充分体现 出微软的“云”+“端”战略。 在中国，微软2014年3月27日宣布由世纪互联负责运营的Microsoft Azure公 有云服务正式商用，这是国内首个正式商用的国际公有云服务平台。
是一些大型服务器集群（包括计算服务器，存储服务器和 宽带资源） 云计算将计算资源集中起来，并通过专门软件实现自动管 理，无需人为参与。 用户可以动态申请部分资源，支持各种应用程序的运 转，无需为繁琐的细节而烦恼，能够更加专注于自己的业 务。
18 of 39
云计算的核心理念是资源池，这与早在2002年提出的网格
Computing Cloud)，并取得了商业上的成功。
19 of 39
云计算
并行计算
分布式计算
网格计算
同时使用 多种计算资 源解决计算 问题的过程
将需要巨大 计算能力的 问题分成许 多小部分进 行处理，最 后综合结果
在动态、多 机构参与的虚 拟组织中协同 共享资源和求 解问题
20 of 39
资源管理
实现云计算商业模式的一个必不可 少的环节，包括提供用户交互接口、管 理和识别用户身份、创建用户程序的执 行环境、对用户的使用进行计费等
任务管理 安全管理
期管理等
用户管理
保障云计算设施的整体安全，包括 身份认证、访问授权、综合防护和 安全审计等
39 of 39
1.4云计算实现机制
简化的IaaS实现机制图
用户交互接口向应用以Web Services方 式提供访问接口，获取用户需求。 服务目录是用户可以访问的服务清单。
系统管理模块负责管理和分配所有可用 的资源，其核心是负载均衡。
配置工具负责在分配的节点上准备任务 运行环境。 监视统计模块负责监视节点的运行状 态，并完成用户使用节点情况的统计。
40 of 39
11 of 39
何谓大数据？
of 39
定 义
海量数据或巨量数据，其规模巨大到无法通过目
前主流的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。
13
1.1大数据时代
价值密度低（Value）
在成本可接受的条件下，通过快速采集、
发现和分析，从大量、多种类别的数据中 提取价值的体系架构。
1.2云计算——大数据的计算
云计算的7个特点
超大规模
虚拟化
高可靠性
通用性
高可伸缩性
按需服务
极其廉价
21 of 39
超大规模
• “云”具有相当的规模，Google云计算已经拥有 100多万台服务器，Amazon, IBM, 微软和Yahoo 等公司的“云”均拥有几十万台服务器。“云”能 赋予用户前所未有有的计算能力
中型数据中心和特大型数据中心的成本比较
项目 网络
存储
中型数据中心成本 $95 每 Mb/秒/月
29 of 39
目 录
大数据时代
云计算——大数据的计算
云计算发展现状 云计算实现机制 云计算压倒性的成本优势
国外云计算的先行者
亚马逊的云计算
谷歌是最大的云计
微软紧跟云计算步 伐，推出了 W i n d o w s A z u re 操作系统
称为Amazon
We b S e r v i c e s （ AW S ）
28 of 39
1.2云计算——大数据的计算
云计算按服务类型大致分为三类：
专 用
将软件作为服务 SaaS（Software as a Service） 将平台作为服务 PaaS（Platform as a Service）
针对性更强，它将某些特定应用 软件功能封装成服务
如：Salesforce online CRM
对资源的抽象层次更进一步，提供 用户应用程序运行环境
如：Google App Engine Microsoft Windows Azure
通 用
将基础设施作为服务 IaaS（Infrastructure as a Service）
将硬件设备等基础资源封装成服务 供用户使用
如：Amazon EC2/S3
等
2
课程要求
通过本课程的学习，同学们应该了解云计算概念， 知识体系，目前云计算领域的主要技术，掌握云 计算基本理论原来与当今的云计算技术及最新发
展。
3
教材
参考书籍 1.《让云触手可及 1.微软云计算实践指 南》 赵立威等 电子工业出版社
2.《云计算》 Michael Miller等著 姜进磊等译 机械工业出版社
计算池的概念非常相似。
之所以将这些资源池称为“云”，一是因为它在某些方面 具有现实中云的特征：
云一般比较大； 云的规模可以动态伸缩，边界是模糊的； 云在空中飘忽不定，无法也无需确定它的具体位置，但它确实 存在于某处。
二是因为云计算的鼻祖之一Amazon公司将大家曾经称为
网格计算的东西，取了一个新名称：弹性计算云(Elastic
目 录
大数据时代
云计算——大数据的计算
云计算发展现状 云计算实现机制 云计算压倒性的成本优势
1.5云计算压倒性的成本优势
全球企业IT开销发展趋势