云计算基础

1. 云计算概念与演进

1.1 什么是云计算

云计算是通过互联网按需提供**计算资源（服务器、存储、数据库、网络、软件）**的技术模式，核心特征是按需自助、广泛的网络接入、资源池化、快速弹性和可计量服务。

1.2 发展历程

1.3 云计算核心特征

2. 服务模型

2.1 三种服务模型

┌──────────────────────────────────────────────────────┐
│  SaaS (软件即服务)                                    │
│  完整应用：Gmail、Salesforce、钉钉                     │
├──────────────────────────────────────────────────────┤
│  PaaS (平台即服务)                                    │
│  运行环境：Heroku、Cloud Run、函数计算                  │
├──────────────────────────────────────────────────────┤
│  IaaS (基础设施即服务)                                │
│  虚拟机/网络：AWS EC2、阿里云 ECS                       │
├──────────────────────────────────────────────────────┤
│  物理硬件（数据中心）                                  │
└──────────────────────────────────────────────────────┘

2.2 服务模型对比

3. 部署模型

3.1 四种部署模型

3.2 混合云架构

┌─────────────┐     ┌─────────────┐     ┌─────────────┐
│   私有云     │ ←→  │   混合云网关  │ ←→  │   公有云     │
│ 核心业务     │     │  专线/VPN    │     │ 弹性业务     │
│ 敏感数据     │     │  数据同步    │     │ 大数据分析   │
└─────────────┘     └─────────────┘     └─────────────┘

3.3 主流云服务商

4. 高可用架构设计

4.1 高可用核心指标

4.2 多可用区架构

┌──────────────────────────────────────────────────────┐
│                     Region（区域）                     │
│  ┌──────────────┐  ┌──────────────┐  ┌──────────────┐│
│  │  AZ-a        │  │  AZ-b        │  │  AZ-c        ││
│  │ ┌──────────┐ │  │ ┌──────────┐ │  │ ┌──────────┐ ││
│  │ │ 实例 x2  │ │  │ │ 实例 x2  │ │  │ │ 实例 x2  │ ││
│  │ └──────────┘ │  │ └──────────┘ │  │ └──────────┘ ││
│  │ ┌──────────┐ │  │ ┌──────────┐ │  │ ┌──────────┐ ││
│  │ │ RDS 主   │ │  │ │ RDS 从   │ │  │ │ RDS 从   │ ││
│  │ └──────────┘ │  │ └──────────┘ │  │ └──────────┘ ││
│  └──────────────┘  └──────────────┘  └──────────────┘│
└──────────────────────────────────────────────────────┘

4.3 高可用设计原则

5. 负载均衡配置

5.1 负载均衡类型

5.2 负载均衡算法

5.3 Nginx 负载均衡配置

# nginx.conf
upstream backend {
    # 加权轮询
    server 10.0.1.1:8080 weight=3;
    server 10.0.1.2:8080 weight=2;
    server 10.0.1.3:8080 weight=1;

    # 健康检查
    # server 10.0.1.4:8080 backup;  # 备用服务器

    keepalive 32;  # 长连接数
}

server {
    listen 80;
    server_name api.example.com;

    location / {
        proxy_pass http://backend;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;

        # 连接超时
        proxy_connect_timeout 5s;
        proxy_send_timeout 30s;
        proxy_read_timeout 30s;
    }

    # 健康检查端点
    location /health {
        access_log off;
        return 200 "OK";
    }
}

5.4 云负载均衡配置（阿里云 SLB）

# 使用阿里云 CLI 创建负载均衡
aliyun slb CreateLoadBalancer \
  --RegionId cn-hangzhou \
  --LoadBalancerName web-slb \
  --AddressType internet \
  --InternetChargeType paybytraffic

# 添加后端服务器
aliyun slb AddBackendServers \
  --LoadBalancerId lb-xxx \
  --BackendServers '[{"ServerId":"i-xxx1","Weight":"100"},{"ServerId":"i-xxx2","Weight":"100"}]'

# 创建监听
aliyun slb CreateLoadBalancerHTTPListener \
  --LoadBalancerId lb-xxx \
  --ListenerPort 80 \
  --BackendServerPort 8080 \
  --HealthCheckURI /health \
  --HealthCheckInterval 5

6. 弹性伸缩策略

6.1 伸缩模式

6.2 动态伸缩策略

# 伸缩策略配置示例
scaling_policies:
  # 扩容策略
  scale_out:
    trigger:
      metric: cpu_utilization
      threshold: 70%
      duration: 3m
    action:
      add_instances: 2
      cooldown: 300s

  # 缩容策略
  scale_in:
    trigger:
      metric: cpu_utilization
      threshold: 30%
      duration: 5m
    action:
      remove_instances: 1
      cooldown: 300s

  # 定时策略
  scheduled:
    - name: morning_peak
      recurrence: '0 7 * * 1-5' # 工作日7点
      min_size: 10
      max_size: 20
    - name: night_off_peak
      recurrence: '0 22 * * *' # 每晚22点
      min_size: 2
      max_size: 5

6.3 伸缩组配置要点

7. 云成本优化

7.1 成本构成

7.2 成本优化策略

7.3 成本监控脚本

import boto3
from datetime import datetime, timedelta

def get_daily_cost(days: int = 30) -> list:
    """获取 AWS 每日成本"""
    client = boto3.client('ce', region_name='us-east-1')

    end_date = datetime.now().strftime('%Y-%m-%d')
    start_date = (datetime.now() - timedelta(days=days)).strftime('%Y-%m-%d')

    response = client.get_cost_and_usage(
        TimePeriod={'Start': start_date, 'End': end_date},
        Granularity='DAILY',
        Metrics=['BlendedCost'],
        GroupBy=[{'Type': 'DIMENSION', 'Key': 'SERVICE'}]
    )

    costs = []
    for result in response['ResultsByTime']:
        date = result['TimePeriod']['Start']
        total = sum(
            float(group['Metrics']['BlendedCost']['Amount'])
            for group in result['Groups']
        )
        costs.append({'date': date, 'total': round(total, 2)})

    return costs

def find_idle_resources():
    """发现闲置资源"""
    ec2 = boto3.resource('ec2')

    # 未附加的 EBS 卷
    volumes = list(ec2.volumes.filter(Filters=[
        {'Name': 'status', 'Values': ['available']}
    ]))
    print(f"未附加的 EBS 卷: {len(volumes)} 个")

    # 未使用的弹性 IP
    eips = [eip for eip in ec2.vpc_addresses.all()
            if eip.instance_id is None]
    print(f"未使用的弹性 IP: {len(eips)} 个")

    # 停止的实例
    stopped = list(ec2.instances.filter(Filters=[
        {'Name': 'instance-state-name', 'Values': ['stopped']}
    ]))
    print(f"停止的实例: {len(stopped)} 个")

7.4 FinOps 实践

成本可视化 → 成本归因 → 成本优化 → 持续治理
     ↓            ↓           ↓           ↓
  预算告警     标签分摊     采购策略     治理策略