《UNIX/Linux系统管理技术手册-读书笔记-第九章

云计算

1. 云计算概述

1.1 什么是云计算

概念	说明	能做什么
云计算	从共享资源池中租借计算资源，按需获取、按使用量付费	无需采购硬件，按需伸缩，降低资本支出
效用计算	像用水用电一样使用计算资源（John McCarthy，1961年提出）	计算资源成为公共服务，弹性获取
促成技术	虚拟化、安全隔离、标准化硬件、全球网络	使云服务规模化、可靠、可编程

1.2 为什么采用云

优势	说明
成本优势	云供应商规模经济 + 定制硬件 + 高能效数据中心 → 低于自建成本
自动化/基础设施即代码	通过API和工具实现整个生命周期的自动化配置
弹性（Elasticity）	高峰增加资源，低谷释放资源，只为实际使用付费
全球覆盖	多地部署，进入新市场，简化灾难恢复
与DevOps契合	敏捷、可重复，不再受制于缓慢的采购流程

心态转变：宠物 vs 家畜

宠物：有名字、精心照料、病了就治 → 传统物理服务器
家畜：批量养殖、病了就淘汰 → 云服务器
云服务器是短暂的（ephemeral），随时可能故障，应为此做计划

直接“平移”（lift-and-shift）现有应用上云通常不会成功。云原生应用需针对不可靠的短暂环境设计。

2. 云平台选择

2.1 公有云 / 私有云 / 混合云

类型	说明	适用场景
公有云	厂商管理硬件，多租户，通过Internet访问	绝大多数场景（成本最低、管理最简单）
私有云	组织自有数据中心或厂商代管，单租户	已投入大量硬件资本，要求全面控制
混合云	公有云 + 私有云结合	本地数据中心 + 云突发负载

私有云≠更安全：公有云有多层软硬件隔离，私有云并无实质安全优势。私有云运维复杂且昂贵，仅推荐公有云（除非有强制合规要求）。

2.2 主流公有云平台对比

平台	特点	适用场景
AWS（Amazon Web Services）	业界龙头，创新最快，服务最全，价格较贵，使用复杂	大型企业、创业公司、需要丰富服务的场景
GCP（Google Cloud Platform）	技术先进，全球网络，价格优惠，持续使用自动折扣	大数据、性能敏感、对价格敏感的场景
DigitalOcean	简单可靠，API易用，启动快，性价比高	开发测试、小型项目、概念验证
Azure	Microsoft生态，规模第二	Windows商店、已有AD投资的企业
OpenStack	开源私有云DIY平台，与AWS API兼容	有专门团队建设私有云的大型组织

3. 云服务基础（核心概念层）

3.1 服务模型（IaaS / PaaS / SaaS）

模型	用户管理	供应商管理	示例
IaaS	OS、网络、存储、应用	硬件、虚拟化、电源	EC2、GCE、DigitalOcean Droplet
PaaS	应用代码	OS、运行时、网络、硬件	Google App Engine、Heroku
SaaS	使用软件	全部（包括应用）	Gmail、Salesforce、WordPress托管

系统管理员最关心IaaS——虚拟服务器、网络、存储。

3.2 地域（Region）与可用区（Availability Zone）

概念	说明	用途
地域	云供应商数据中心的地理位置（如us-east-1）	选择靠近用户的地域降低延迟
可用区（AZ）	地域内独立的数据中心集合（电力/冷却独立）	跨AZ部署实现高可用（<1ms延迟）
多地域部署	跨多个地域部署服务	全球用户 + 灾难恢复（延迟更高）

只有AWS和Azure在中国有直属地域。

3.3 虚拟私有服务器（VPS / 实例）

概念	说明
实例类型	预设配置（CPU/内存/磁盘/网络），范围从512MB到数TiB
镜像（AMI/Image）	操作系统+引导程序+预设配置的快照
创建方式	Web控制台或命令行API

关键操作：

创建实例 → 选择镜像 + 实例类型 + 网络配置 + 密钥对
停止（Stop）→ 关机保留，重启后恢复
终止（Terminate）→ 彻底删除，不可恢复（根磁盘同时释放）

3.4 云网络

能力	说明
虚拟网络（VPC）	自定义拓扑、地址范围、子网、路由、防火墙
公共IP	从供应商地址池租借，用于Internet访问
私有IP（RFC1918）	仅内网可见，更安全
堡垒主机 / VPN	管理私有IP资源的跳板

对虚拟网络的控制权取决于供应商——AWS VPC功能强大但复杂，GCP更简洁。

3.5 云存储

存储类型	特点	示例
对象存储	平面命名空间，无限容量，高可靠，低性能，HTTPS访问	AWS S3、GCP Cloud Storage
块存储	虚拟硬盘，可挂载到实例，可移动	AWS EBS、GCP Persistent Disk
临时存储	本地SSD，速度快，实例删除数据丢失	AWS Instance Store、GCP Local SSD
托管数据库	MySQL/PostgreSQL/Oracle等，内建冗余+加密	AWS RDS
分析数据库	分布式数据仓库	AWS Redshift、GCP BigQuery

3.6 身份与访问管理（IAM）

平台	服务	特点
AWS IAM	用户+组+角色+策略	最成熟，支持自动密钥轮替、细粒度权限
GCP IAM	类似AWS但较粗糙	持续改进中
Azure	基于Active Directory	与已有Windows AD集成良好

最小权限原则：每个用户/服务只能访问其所需的资源。

3.7 自动化基础设施（IaC）

工具	功能
AWS CloudFormation	JSON/YAML模板描述资源，自动解决依赖，创建/更新云配置
Terraform（HashiCorp）	云无关，支持多云，模板驱动基础设施配置
Troposphere（Python库）	编程生成CloudFormation模板（避免手写YAML）

基础设施即代码（Infrastructure as Code）是云环境管理的核心实践。

3.8 无服务器函数（Serverless / FaaS）

概念	说明
云函数	事件驱动的执行模型（HTTP请求→执行函数→终止）
计费方式	仅为函数执行时间付费，无需维护服务器
示例	AWS Lambda、GCP Cloud Functions
优势	极简运维，自动扩展，低成本

4. 云平台命令行快速入门

4.1 AWS（awscli）

安装：

1
2

pip install awscli
aws configure   # 设置Access Key、Secret Key、默认地域

创建EC2实例：

aws ec2 run-instances \
    --image-id ami-d440a6e7 \
    --instance-type t2.nano \
    --associate-public-ip-address \
    --key-name admin-key

查看控制台日志（调试启动故障）：

`1`	`aws ec2 get-console-output --instance-id i-c4f60303`

停止/终止实例：

1
2

aws ec2 stop-instances --instance-id i-c4f60303    # 停止（保留）
aws ec2 terminate-instances --instance-id i-c4f60303  # 终止（删除，不可恢复）

密钥对需提前生成（ssh-keygen）并上传到AWS控制台。默认安全组不允许SSH，需调整规则。

4.2 GCP（gcloud）

安装与初始化：

`1`	`gcloud init # 浏览器认证 + 选择项目/区域`

创建实例：

`1`	`gcloud compute instances create ulsah --image debian-8`

SSH登录（gcloud包装）：

`1`	`gcloud compute ssh ulsah`

可抢占实例（低价格，最多24小时，可被终止）：

`1`	`gcloud compute instances create ulsah --preemptible`

4.3 DigitalOcean（tugboat）

安装：

1
2

gem install tugboat
tugboat authorize   # 输入API Token

创建Droplet：

# 先查镜像名和密钥ID
tugboat images | grep ubuntu
tugboat keys

tugboat create -i ubuntu-16-04-x64 -k 1587367 ulsah-ubuntu
tugboat ssh ulsah-ubuntu   # 登录

DigitalOcean启动最快（约55秒），价格最低（$5/月起）。

5. 成本控制（关键）

5.1 云账单构成

费用项	计费方式	常见陷阱
计算资源（VPS/负载均衡）	每小时（AWS/DO）或每分钟（GCP）	闲置实例忘记关闭
网络流量（入站+出站、区间/地域间）	每GiB	跨AZ/跨地域复制数据（数据库集群）
存储（块存储/对象存储/快照）	每月每GiB + IOPS	EBS Provisioned IOPS 昂贵
托管服务（RDS等）	按实例规格+存储	未使用的数据库实例

5.2 省钱策略

策略	说明
预留实例（AWS）	预付长期费用（1年/3年），折扣巨大，但绑定实例族，灵活性差
持续使用折扣（GCP）	自动应用，无需预付，月底最大折扣60%，灵活性高
现货实例（AWS Spot）	拍卖闲置资源，折扣大，但可被随时终止，适合批处理
可抢占实例（GCP Preemptible）	最多运行24小时，价格低，适合容错工作
自动伸缩	低峰期释放资源，节省成本
限制AZ数量	跨AZ复制数据会产生费用，2个AZ比3个便宜
使用CDN	分发大文件（视频/图片），减少直接出站流量费用
监控与标签	使用Cloudability/CloudHealth分析账单，按标签/服务/地域分类

5.3 费用控制检查清单

关闭未使用的实例和负载均衡器
删除未挂载的EBS卷和未使用的快照
检查跨AZ/跨地域数据传输量
避免过度配置IOPS（EBS Provisioned IOPS昂贵）
使用预算警报（AWS Budgets、GCP Budget Alert）
使用成本标签进行归因分析

6. 本章核心命令速查表

命令	功能	平台
`aws configure`	设置AWS凭证和默认地域	AWS
`aws ec2 run-instances`	创建EC2实例	AWS
`aws ec2 describe-instances`	列出实例	AWS
`aws ec2 get-console-output`	查看控制台日志	AWS
`aws ec2 stop/terminate-instances`	停止/终止实例	AWS
`gcloud init`	初始化GCP环境	GCP
`gcloud compute instances create`	创建GCE实例	GCP
`gcloud compute ssh`	SSH登录GCE实例	GCP
`gcloud compute images list`	列出可用镜像	GCP
`tugboat authorize`	配置DigitalOcean API	DO
`tugboat create -i image -k key`	创建Droplet	DO
`tugboat ssh droplet-name`	SSH登录Droplet	DO
`tugboat destroy droplet-name`	删除Droplet	DO
`terraform apply`	应用IaC模板	多云
`aws cloudformation create-stack`	创建CloudFormation堆栈	AWS

DBA视角补充：

数据库上云首选托管服务：AWS RDS、GCP Cloud SQL等托管数据库服务大幅减轻DBA运维负担（备份、补丁、高可用由供应商负责），但成本较高，适合核心生产库。

自建数据库在云上：如需要在EC2上自建MySQL/PostgreSQL，务必使用EBS卷持久化数据（避免Instance Store重启丢数据），并定期创建快照。

跨AZ部署数据库集群：如使用Galera/PostgreSQL同步复制跨AZ，区间流量费用可能超过计算费用，需仔细评估RPO/RTO与成本。

无服务器数据库：AWS Aurora Serverless、GCP Firestore等按请求计费，适合不稳定的工作负载。

成本监控：数据库实例通常是云账单中的最大单项支出，务必设置预算警报，避免意外超支（如被DDoS攻击导致出站流量暴增）。

备份策略：数据库快照存储在S3/GCS中，有存储费用。制定合理的快照保留策略（如保留最近7天，每月保留一份），及时删除过期快照。