云计算概论

介绍

云计算对行业和最终用户的影响怎么强调都不为过：在云网络上运行的软件无处不在，改变了日常生活的许多方面。通过利用云计算，初创公司和企业能够优化成本并增加他们的产品，而无需购买和管理所有硬件和软件。独立开发者有权推出全球可用的应用程序和在线服务。研究人员可以大规模地共享和分析数据，这些数据曾经只用于资金雄厚的项目。互联网用户可以快速访问软件和存储，以创建、共享和存储数量远远超出其个人设备计算能力的数字媒体。

尽管云计算的存在越来越多，但它的细节对许多人来说仍然是模糊的。云到底是什么，如何使用它，它对企业、开发人员、研究人员、政府、医疗保健从业者和学生有什么好处？在这篇概念性文章中，我们将概述云计算、它的历史、交付模型、产品和风险。

在本文结束时，您应该了解云如何帮助支持业务、研究、教育和社区基础设施，以及如何开始将云用于您自己的项目。

什么是云计算？

云计算是计算资源 作为服务 的交付，这意味着资源由云提供商而不是最终用户拥有和管理。这些资源可能包括基于浏览器的软件应用程序（如 Tik Tok 或 Netflix）、照片和其他数字媒体（如 iCloud 或 Dropbox）的第三方数据存储，或用于支持计算基础设施的第三方服务器。商业、研究或个人项目。

在云计算广泛普及之前，企业和普通计算机用户通常必须购买和维护他们希望使用的软件和硬件。随着基于云的应用程序、存储、服务和机器的可用性不断提高，企业和消费者现在可以访问大量按需计算资源作为互联网访问服务。从本地软件和硬件转变为联网的远程和分布式资源意味着云用户不再需要自己投资购买和维护这些计算资源所需的劳动力、资金或专业知识。这种对计算资源的前所未有的访问催生了新一波基于云的业务，改变了跨行业的 IT 实践，并改变了许多日常计算机辅助实践。借助云，个人现在可以通过视频会议和其他协作平台与同事合作、按需访问娱乐和教育内容、与家用电器通信、使用移动设备叫出租车以及在某人家中租用度假屋。

定义云计算

美国国家标准与技术研究院 (NIST) 是美国商务部的一个非监管机构，其使命是推动创新，它将云计算定义为：

一种模型，用于实现对可配置计算资源（例如，网络、服务器、存储、应用程序和服务）的共享池的无处不在、方便、按需的网络访问，可以通过最少的管理工作或服务提供商交互来快速配置和发布.

NIST 列出了以下云计算的五个基本特征：

按需自助服务：无需人工干预即可访问或调配云资源。通过这种模式，消费者可以在注册后立即访问云服务。组织还可以创建机制，允许员工、客户或合作伙伴根据预定逻辑按需访问内部云服务，而无需通过 IT 服务。
广泛的网络访问：用户可以通过任何设备和任何联网位置访问云服务和资源，只要他们有权限。
资源池：云提供商资源由多个租户共享，同时保持单个客户端的数据对其他客户端隐藏。
快速弹性：与本地硬件和软件不同，云计算资源可以根据云用户不断变化的需求快速增加、减少或以其他方式修改。
计量服务：对云资源的使用进行计量，以便企业和其他云用户只需为他们在任何给定计费周期中使用的资源付费。

这些特征为企业和个人等提供了广泛的变革机会，我们将在后面的云计算的好处一节中讨论。为了获得一些额外的背景信息，让我们简要回顾一下云计算的出现。

云计算的历史

云计算的许多方面可以追溯到 1950 年代，当时大学和公司出租大型计算机上的计算时间。当时，租用是访问计算资源的唯一方式之一，因为计算技术太大且价格昂贵，无法由个人拥有或管理。到 1960 年代，斯坦福大学的 John McCarthy 和美国的 JCR Licklider 等计算机科学家国防部高级研究计划局 (ARPA) 开始提出一些想法，这些想法预测了当今云计算的一些主要特征，例如将计算概念化为一种公共设施，以及允许人们访问数据的计算机网络的可能性和来自世界任何地方的程序。

然而，云计算直到 21 世纪头十年才成为主流现实和流行术语。这十年见证了云服务的推出，如 2006 年亚马逊的弹性计算 (EC2) 和简单存储服务 (S3)、2007 年的 Heroku、2008 年的谷歌云平台、2009 年的阿里云、2010 年的 Windows Azure（现为 Microsoft Azure）、 2011 年 IBM 的 SmartCloud 和 2011 年的 DigitalOcean。这些服务允许现有企业通过将其内部 IT 基础架构迁移到基于云的资源来优化成本，并为独立开发人员和小型开发人员团队提供用于创建和部署应用程序的资源。基于云的应用程序，称为 软件即服务 (SasS) — 我们将在 云交付模型 部分更详细地讨论 — 在此期间也变得流行。与本地软件或用户需要在其机器上物理安装和维护的软件不同，SaaS 通过允许用户按需从各种设备访问应用程序来提高应用程序的可用性。

其中一些基于云的应用程序——例如 Google 的生产力应用程序（Gmail、Drive 和 Docs）和 Microsoft 365（Microsoft Office 套件的基于云的版本）——由推出云基础设施服务的同一家公司提供，而其他预先存在的软件产品，例如 Adobe Creative Cloud，是使用云提供商的服务作为基于云的应用程序推出的。新的 SaaS 产品和业务也基于这些云提供商的新机遇而出现，例如 2007 年 Netflix 的流媒体服务、2008 年的音乐平台 Spotify、2009 年的文件托管服务 Dropbox、2012 年的视频会议服务 Zoom，以及2013 年的通讯工具 Slack。如今，基于云的 IT 基础设施和基于云的应用程序已成为企业和个人用户的热门选择，其市场份额有望增长。

云交付模型

云资源以各种不同的交付模式提供，为客户提供不同级别的支持和灵活性。

基础设施即服务 (IaaS)

IaaS 是计算基础设施的按需交付，包括操作系统、网络、存储和其他基础设施组件。 IaaS 与物理服务器的虚拟等效物非常相似，它使云用户无需购买和维护物理服务器，同时还提供了根据需要扩展和支付资源的灵活性。对于希望利用云优势并拥有可以监督操作系统、开发工具和其他他们希望使用的底层基础设施的安装、配置和管理的系统管理员的企业来说，IaaS 是一种流行的选择。然而，IaaS 也被开发人员、研究人员和其他希望自定义其计算环境的底层基础设施的人使用。鉴于其灵活性，IaaS 可以支持从公司的计算基础架构到 Web 托管再到大数据分析的所有内容。

平台即服务 (PaaS)

PaaS 提供了一个计算平台，底层基础设施（如操作系统和其他软件）由提供商安装、配置和维护，使用户可以集中精力开发和部署经过测试的应用程序和标准化的环境。 PaaS 通常被软件开发人员和开发团队使用，因为它降低了设置和维护计算机基础设施的复杂性，同时还支持分布式团队之间的协作。对于不需要自定义底层基础架构的开发人员，或者希望将注意力集中在开发而不是 DevOps 和系统管理上的开发人员，PaaS 可能是一个不错的选择。

软件即服务 (SaaS)

SaaS 提供商是基于云的应用程序，用户可以从互联网按需访问，无需安装或维护软件。示例包括 GitHub、Google Docs、Slack 和 Adobe Creative Cloud。 SaaS 应用程序在企业和普通用户中很受欢迎，因为它们通常易于采用、可从任何设备访问，并且具有应用程序的免费、高级和企业版本。与 PaaS 一样，SaaS 抽象出软件应用程序的底层基础架构，以便用户只暴露于他们与之交互的界面。

云环境

云服务可作为公共或私有资源使用，每种资源都满足不同的需求。

公共云

公共云是指由商业提供商公开提供给企业和个人的云服务（如虚拟机、存储或应用程序）。公共云资源托管在商业提供商的硬件上，用户可以通过互联网访问这些硬件。它们并不总是适用于医疗保健或金融等高度监管行业的组织，因为公共云环境可能不符合有关客户数据的行业法规。

私有云

私有云 是指由使用它们的组织拥有和管理的云服务，并且仅供组织的员工和客户使用。私有云允许组织对其计算环境和存储的数据施加更大的控制，这对于高度监管行业的组织来说是必要的。私有云有时被视为比公共云更安全，因为它们可以通过私有网络访问，并使组织能够直接监督其云安全。公共云提供商有时将其服务作为可以安装在私有云上的应用程序提供，从而允许组织将其基础架构和数据保留在本地，同时利用公共云的最新创新。

混合云和多云

许多组织使用 混合云 环境，该环境结合了公共和私有云资源，以支持组织的计算需求，同时保持对行业法规的遵守。 Multicloud 环境也很常见，这需要使用多个公共云提供商（例如，结合 Amazon Web Services 和 DigitalOcean）。

云计算的好处

云计算为个人、企业、开发人员和其他组织提供了多种好处。这些好处因云用户的目标和活动而异。

对于商业和工业

在云计算普及之前，大多数企业和组织需要购买和维护支持其计算活动的软件和硬件。随着云计算资源的出现，许多企业开始使用它们来存储数据、提供企业软件以及部署在线产品和服务。其中一些基于云的采用和创新是特定于行业的。在医疗保健领域，许多提供商使用专门设计用于存储和共享患者数据或与患者通信的云服务。在学术界，教育工作者和研究人员使用基于云的教学和研究应用程序。但也有大量基于云的通用工具已被各行业采用，例如用于生产力、消息传递、费用管理、视频会议、项目管理、时事通讯、调查、客户关系管理、身份管理和日程安排的应用程序. 基于云的业务应用程序和基础架构的快速增长表明，云不仅在改变业务 IT 战略：它本身就是一项蓬勃发展的业务。

基于云的技术为企业提供了几个关键优势。首先，它们可以帮助优化 IT 成本。随着企业转向租用计算资源，他们不再需要在购买和维护本地 IT 基础设施方面投入大量资金。云计算也非常灵活，允许企业快速扩展（并且只需支付）他们实际使用的计算资源。然而，成本并不是推动企业采用云的唯一考虑因素。基于云的技术可以帮助提高内部 IT 流程的效率，因为员工可以按需访问它们，而无需通过 IT 审批流程。基于云的应用程序可以改善整个企业的协作，因为它们允许实时通信和数据共享。

对于独立开发者

曾经只有大公司和组织才能负担得起的计算资源现在可以通过互联网连接按需提供，而且成本只是以前的一小部分。实际上，独立开发人员可以快速部署和试验基于云的应用程序。用于共享代码的基于云的应用程序（例如 GitHub）也使开发人员更容易在开源软件项目上进行构建和协作。此外，基于云的教育平台和交互式编码教程扩大了对开发人员教育的访问，使没有正式技术培训的个人能够在自己的时间学习编码。

总之，这些基于云的计算和教育资源有助于降低学习开发人员技能和部署基于云的应用程序的障碍。个人不再需要正式培训、公司支持和大量启动资金来尝试创建和部署应用程序，让更多人参与云开发，与老牌行业参与者竞争，并作为副项目创建和共享应用程序.

对于研究人员

随着机器学习方法在科学研究中变得越来越重要，云计算已成为许多科学领域必不可少的，包括天文学、物理学、基因组学和人工智能。在机器学习和其他数据密集型研究项目中收集和分析的大量数据通常需要超出单个研究人员拥有或大学提供的硬件容量的计算资源。云计算允许研究人员根据工作负载的需要访问（并且只需付费）计算资源，并允许与全球的研究合作伙伴进行实时协作。如果没有商业云提供商，大多数学术机器学习研究将仅限于能够访问大学提供的高性能计算资源的个人。

对于教育者和学生

云计算还为学生提供了补充教育的工具，以及在学习过程中将技术技能付诸实践的机会。用于共享、教学和协作代码和数据的基于云的应用程序（例如 GitHub 和 Jupyter Notebooks）使学生能够通过学习以动手方式学习技术技能，部署和贡献与其领域或专业志向相关的开源软件和研究项目。就像独立开发人员一样，学生能够使用云计算资源与公众分享他们的代码和应用程序，并获得了解他们技能在现实世界中应用的满足感。

学生、研究人员和教育工作者还可以利用云计算资源来支持个性化的学术基础设施并更好地控制他们的计算环境。一些学者更喜欢这种方法，因为它可以让他们选择他们使用的应用程序，自定义这些工具的功能和设计，并限制或禁止数据收集。还有越来越多的专门为学术目的开发的基于云的应用程序，这些应用程序可以补充或提供传统学术 IT 产品的替代方案。 Voyant Tools 为学生和研究人员提供了一种无代码方法，用于对他们选择的文档进行文本分析，HathiTrust 提供对其数百万卷数字收藏的访问。 Reclaim Hosting、Commons in a Box、Modern Language Humanities Commons 和 Manifold 提供专门设计的教育、出版和网络工具对于学术界。

对于社区基础设施

一些个人和社区选择安装和管理他们自己的基于云的软件，以满足社区的需求和价值、定制功能、保护用户数据并更好地控制他们的计算环境。开源软件，例如 Mastodon 等社交媒体工具、Jitsi 等视频会议软件、Etherpad 等协作文本编辑器以及等网络聊天工具Rocket Chat 提供了 SaaS 平台的替代方案，这些平台通常会限制用户对其计算环境的控制、隐私和监督。虽然通常需要比 SaaS 应用程序或社交媒体平台更多的管理工作，但考虑到对流行平台和 SaaS 应用程序使用个人数据和公司实践的道德问题，一些社区更喜欢这些选项。

云计算中的风险、成本和伦理

尽管云提供了许多好处，但它也有自己的一系列风险、成本和道德问题，应予以考虑。其中一些问题与所有云用户相关，而其他问题更适用于使用云存储客户数据的企业和组织：

所有云用户的注意事项：

安全：云资源可能存在额外的安全漏洞（与传统的本地数据中心相比），因为它们使用 API、基于云的凭据和按需服务，使攻击者更容易获得未经授权的使用权。了解云服务提供商采取了哪些措施来保护客户数据免遭盗窃和其他攻击，以及客户可以实施哪些做法或附加服务来保护他们的数据。
数据丢失：与物理拥有或管理的设备一样，云服务可能由于物理灾难、错误、意外同步、用户生成的错误或其他不可预见的问题而永久丢失存储的数据。在实施云服务时，请找出提供商提供的备份服务，并注意这些服务可能不会自动或免费提供。您也可以选择自己运行备份。
数据持久性：有时云用户可能希望确保删除他们提供给云服务提供商的个人数据。但是，删除云资源上的数据并验证删除的过程可能非常耗时、复杂，甚至是不可能的。在您让云提供商访问您的数据之前，请先了解他们的删除政策，以防您以后想删除数据。
成本：虽然云可以以拥有它们的成本的一小部分提供计算服务，但云服务的费用会随着使用而迅速增加。注册云服务时，请查看账单详细信息以了解服务的计量方式以及您是否可以设置上限或在使用量超出所需限制时发出通知。还值得研究如何传达计费详细信息，因为某些提供商的计费方法并不总是易于理解。
供应商锁定：专有云服务的用户可能面临更大的供应商锁定风险，或者一旦计算操作被结构化以适应封闭的专有云服务，就很难或不可能更换供应商。系统。使用开源云解决方案可以帮助减轻这种风险，因为其开放标准使计算操作从一个提供商迁移到另一个提供商变得更加容易。但是，云用户应该意识到任何迁移都需要工作、计划和专业知识。
公司使用数据：云服务提供商可能会使用数据来了解客户对其产品的使用、销售或个性化广告、训练机器学习算法，甚至将客户数据出售给外部实体。如果您对如何使用您或您的组织的数据有疑虑，请务必了解服务提供商有关其使用数据的政策。
公司道德：鉴于一些云服务提供商对世界事务拥有巨大的权力，云用户可能想要考虑他们的业务所支持的公司的道德。审查公司在数据收集、广告、仇恨言论、政治、错误信息、环境和劳动力等主题方面的做法可能有助于云用户选择最能反映其个人价值观的提供商。
失去用户控制和可见性：使用第三方计算资源使云用户很难或不可能对其计算环境具有完全的可见性和控制权，这可能会产生各种技术和信任问题. 通过使用监控和分析工具可以帮助解决其中一些技术问题，这些工具允许云用户随时了解其基础架构的性能，从而允许用户在出现问题时快速响应。信任问题——例如与公司使用个人数据相关的问题——可以通过审查公司的客户数据政策和关于其数据实践的公共分析形式来解决。

其他业务注意事项：

法规：医疗、金融、教育等行业对客户数据的存储和使用有严格的规定，可能会禁止在公有云中存储客户数据。这些行业的云用户通常需要采用混合云方法和其他定制的 IT 解决方案，以遵守有关客户数据的法规。除了行业法规外，组织还需要遵守访问其服务所在位置的数据保护和隐私法。例如，为欧盟客户服务的云提供商必须遵守通用数据保护条例 (GDPR)。
复杂性：将组织的计算资源迁移到云端可能是一项极其复杂的工作，需要深入规划、治理结构和持续监督，以避免不兼容、数据丢失和成本优化。尽管云可以帮助组织降低计算基础设施的成本，但他们仍然需要 IT 专家来指导和管理基础设施。

结论

云技术为企业、独立开发人员、研究人员、教育工作者和学生提供了各种机会。通过了解云提供的不同服务、模型、收益和风险，用户可以就如何最好地利用其产品做出明智的决定。