Introduction of Cloud Computing —— one of the NUS SOC Workshop courses.

一、课程内容概览

本课程主要围绕云计算及云原生应用开发展开，分为以下核心模块：

1. 云计算基础

• 定义与特征
  • NIST定义：按需获取计算资源（网络、存储、服务器等）的模型，具备弹性、可度量、资源共享等特点。
  • 关键特性：按需自服务、泛在网络访问、资源池化、弹性扩展、可计量服务。
• 服务模型
  • IaaS（基础设施即服务）：提供虚拟机、存储等底层资源（如AWS EC2）。
  • PaaS（平台即服务）：提供开发环境与工具（如Google App Engine）。
  • SaaS（软件即服务）：直接使用应用（如Gmail）。

2. 虚拟化技术

• 虚拟机（VM）
  • 通过Hypervisor（如KVM）模拟完整硬件环境，每个VM运行独立操作系统。
  • 缺点：资源开销大、启动慢、部署复杂。
• 容器（Container）
  • 共享宿主机操作系统内核，通过命名空间（Namespaces）和控制组（Cgroups）实现隔离。
  • 优点：轻量、快速启动、镜像分层复用（如Docker镜像）。

3. 容器编排（Kubernetes）

• 核心功能：自动化部署、扩展、管理容器化应用。
• 核心概念
  • Pod：最小的调度单元，包含一个或多个共享资源的容器。
  • 控制平面（Control Plane）：包括API Server、Scheduler、etcd等，负责集群管理。
  • 工作节点（Worker Node）：运行Pod的机器，包含kubelet、容器运行时（如Docker）。

4. 云原生应用开发

• 基于Kubernetes的云原生设计模式（如微服务、DevOps集成）。
• 使用开源组件（数据库、消息队列、机器学习框架）构建端到端应用。

二、如何理解Docker技术？

1. Docker的核心概念

• 镜像（Image）
  • 静态文件快照，包含应用代码、依赖库、环境配置（通过Dockerfile定义）。
  • 分层结构：基础层（如Ubuntu）可复用，上层修改生成新层。
• 容器（Container）
  • 镜像的运行实例，提供隔离的进程空间。
  • 优势：解决环境依赖问题（“开发环境能跑，生产环境不行”）。

2. Docker架构

• 组件
  • Docker Client：用户命令行工具（如docker build）。
  • Docker Daemon：后台服务，管理容器生命周期。
  • Registry：镜像仓库（如Docker Hub）。

3. Docker与虚拟机的区别

4. 个人理解

相比于虚拟机模拟整个硬件环境，占用较多资源，Docker容器共享宿主机内核，实现线程级别的隔离，通过命名空间和控制组实现资源限制。

注：docker是容器技术的实现之一，其他还有LXC、rkt等。

三、如何理解Kubernetes（k8s）技术？

1. Kubernetes的核心作用

• 自动化管理容器：包括部署、扩缩容、自愈（如容器崩溃后自动重启）。
• 统一抽象层：屏蔽底层基础设施差异，实现应用跨云迁移。

Kubernetes Architecture

2. 核心组件

• 控制平面
  • API Server：集群操作的入口。
  • etcd：分布式键值存储，保存集群状态。
  • Scheduler：将Pod分配到合适节点。
• 工作节点
  • kubelet：管理节点上的容器。
  • kube-proxy：处理网络通信（如服务发现）。

3. Kubernetes的优缺点