云计算是什么？如何定义定义云计算？云计算入门和总结

云计算对行业和最终用户的影响不容小觑：云网络上运行的软件无处不在，改变了日常生活的方方面面。通过利用云计算，初创企业和企业无需自行购买和管理硬件和软件，即可优化成本并增加产品。独立开发人员可以推出全球可用的应用程序和在线服务。研究人员可以共享和分析曾经只有资金雄厚的项目才能进行的大规模数据。互联网用户可以快速访问软件和存储，以创建、共享和存储远远超出其个人设备计算能力的数字媒体。

尽管云计算的普及程度日益提高，但许多人对其细节仍不甚了解。云到底是什么？如何使用？它能给企业、开发人员、研究人员、政府、医疗从业者和学生带来哪些好处？在这篇概念性文章中，我们将概述云计算、其历史、交付模式、产品和风险。

在本文中，您将了解云如何帮助支持商业、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？

云计算是将计算资源作为服务来交付，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（例如 Tik Tok 或 Netflix）、用于照片和其他数字媒体的第三方数据存储（例如 iCloud 或 Dropbox）或用于支持企业、研究或个人项目的计算基础设施的第三方服务器。

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想要使用的软件和硬件。随着基于云的应用程序、存储、服务和机器的日益普及，企业和消费者现在可以通过互联网访问大量按需计算资源。从本地软件和硬件转向联网远程和分布式资源意味着云用户不再需要投入购买和维护这些计算资源所需的劳动力、资本或专业知识。这种前所未有的计算资源访问方式催生了新一波基于云的业务，改变了各行各业的 IT 实践，并改变了许多日常计算机辅助实践。有了云，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，用移动设备叫出租车，并在某人的家中租用度假房间。

美国国家标准与技术研究所( 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共享池（例如网络、服务器、存储、应用程序和服务）的无处不在、便捷、按需的网络访问，这些资源可以通过最少的管理工作或服务提供商交互进行快速配置和发布。

NIST 列出了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配置云资源。通过这种模式，消费者注册后即可立即访问云服务。组织还可以创建机制，允许员工、客户或合作伙伴根据预定的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：用户只要获得权限，就可以通过任何设备和在任何联网位置访问云服务和资源。
资源池：云提供商资源由多个租户共享，同时对其他客户隐藏各个客户的数据。
快速弹性：与内部部署硬件和软件不同，云计算资源可以根据云用户不断变化的需求快速增加、减少或进行其他修改。
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任何给定计费周期内使用的资源付费。

这些特点为企业和个人提供了各种各样的变革机会，我们将在后面的“云计算的优势”部分中讨论这些机会。为了获得更多背景信息，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 20 世纪 50 年代，当时大学和公司将大型计算机的计算时间出租。当时，租用是获取计算资源的唯一方式之一，因为计算技术过于庞大且昂贵，无法由个人拥有或管理。到了 20 世纪 60 年代，斯坦福大学的 John McCarthy 和美国国防部高级研究计划局 (ARPA) 的 JCR Licklider 等计算机科学家开始提出一些想法，这些想法预示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事业，以及建立计算机网络的可能性，使人们可以从世界任何地方访问数据和程序。

然而，直到 21 世纪的第一个十年，云计算才成为主流现实和流行术语。这十年见证了云服务的推出，例如 2006 年亚马逊的 Elastic Compute (EC2) 和 Simple Storage Service (S3)、2007 年的 Heroku、2008 年的 Google Cloud Platform、2009 年的阿里云、2010 年的 Windows Azure（现为 Microsoft Azure）、2011 年的 IBM SmartCloud 和 2011 年的 DigitalOcean。这些服务允许现有企业通过将内部 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团队提供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详细讨论——也在此期间流行起来。与本地软件或用户需要在机器上物理安装和维护的软件不同，SaaS 允许用户根据需要从各种设备访问应用程序，从而提高了应用程序的可用性。

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 Suite 的云版本））是由推出云基础设施服务的同一家公司提供的，而其他现有的软件产品（例如 Adobe Creative Cloud）则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 年的 Netflix 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 年的通信工具 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，其市场份额预计将增长。

云交付模型

云资源采用多种不同的交付模式，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是按需交付计算基础设施，包括操作系统、网络、存储和其他基础设施组件。IaaS 的作用与物理服务器的虚拟等价物非常相似，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系统管理员来监督他们希望使用的操作系统、开发工具和其他底层基础设施的安装、配置和管理的企业来说，IaaS 是一种流行的选择。但是，开发人员、研究人员和其他希望定制其计算环境底层基础设施的人也会使用 IaaS。鉴于其灵活性，IaaS 可以支持从公司的计算基础设施到网络托管再到大数据分析的一切。

平台即服务 (PaaS)

PaaS提供了一个计算平台，其中底层基础架构（例如操作系统和其他软件）由提供商安装、配置和维护，使用户能够专注于在经过测试和标准化的环境中开发和部署应用程序。PaaS 通常由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架构的复杂性，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来说，PaaS 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，用户可以通过互联网按需访问，而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，并且有免费版、高级版和企业版。与 PaaS 一样，SaaS 抽象了软件应用程序的底层基础架构，以便用户只需接触他们与之交互的界面。

云环境

云服务可作为公共资源或私有资源使用，每种资源可满足不同的需求。

公有云

公有云是指商业提供商向企业和个人公开提供的云服务（例如虚拟机、存储或应用程序）。公有云资源托管在商业提供商的硬件上，用户可通过互联网访问。它们并不总是适合医疗保健或金融等监管严格的行业中的组织，因为公有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，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可能是必要的。私有云有时被认为比公共云更安全，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安装在私有云上的应用程序提供，使组织能够将其基础设施和数据保留在本地，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，该环境结合了公有云和私有云资源，以支持组织的计算需求，同时保持符合行业法规。多云环境也很常见，这需要使用多个公有云提供商（例如，结合 Amazon Web Services 和 DigitalOcean）。

云计算的好处

云计算为个人、企业、开发者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，大多数企业和组织都需要购买和维护支持其计算活动的软件和硬件。随着云计算资源的普及，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行业特定的。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沟通的云服务。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各业采用，例如用于生产力、消息传递、费用管理、视频会议、项目管理、通讯、调查、客户关系管理、身份管理和调度的应用程序。基于云的业务应用程序和基础设施的快速增长表明，云不仅改变了业务 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，它们不再需要在购买和维护内部 IT 基础设施上投入太多资金。云计算也具有极大的灵活性，允许企业快速扩展（并且只需支付）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，因为员工可以根据需要访问这些流程，而无需经过 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获得，而且成本仅为以前的一小部分。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的基础上进行构建和协作。此外，基于云的教育平台和交互式编码教程扩大了开发人员教育的渠道，使没有接受过正规技术培训的个人可以在自己的时间内学习编码。

总而言之，这些基于云计算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门槛。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，这使得更多个人可以参与云开发，与成熟的行业参与者竞争，并以附带项目的形式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，云计算已成为天文学、物理学、基因组学和人工智能等许多科学领域不可或缺的一部分。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其工作量需要访问（且仅需付费）计算资源，并允许与全球研究伙伴进行实时协作。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。

对于教育工作者和学生

云计算还为学生提供了补充教育的工具和将技术技能付诸实践的机会。用于共享、教学和协作处理代码和数据的基于云的应用程序（例如GitHub和Jupyter Notebooks）使学生能够通过研究、部署和参与与其领域或职业抱负相关的开源软件和研究项目，以实践的方式学习技术技能。就像独立开发者一样，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，并获得了解其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，并对他们的计算环境进行更好的控制。一些学者更喜欢这种方法，因为它可以让他们选择使用哪些应用程序，定制这些工具的功能和设计，并限制或禁止数据的收集。还有越来越多的基于云的应用程序专门为学术目的而开发，它们补充或替代了传统的学术 IT 产品。Voyant Tools为学生和研究人员提供了一种无代码的方法来对他们选择的文档进行文本分析，而HathiTrust 则允许访问其数百万卷的数字收藏。Reclaim Hosting、Commons in a Box、Modern Language Humanities Commons和Manifold提供了专为学术界设计的教育、出版和网络工具。

对于社区基础设施

一些个人和社区选择安装和管理自己的基于云的软件，以满足社区需求和价值、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等协作文本编辑器和Rocket Chat等网络聊天工具，为 SaaS 平台提供了替代方案，而 SaaS 平台通常会限制用户对其计算环境的控制、隐私和监督。虽然开源软件通常需要比 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行为的道德担忧，一些社区更喜欢这些选项。

云计算中的风险、成本和道德

尽管云计算提供了许多好处，但它也带来了一系列风险、成本和道德问题，这些问题应该得到考虑。其中一些问题与所有云用户相关，而其他问题则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：

安全性：与传统的本地数据中心相比，云资源可能存在额外的安全漏洞，因为它们使用 API、基于云的凭证和按需服务，使攻击者更容易获得未经授权的访问。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其他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，云服务可能会因物理灾难、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，请了解提供商提供哪些备份服务，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，甚至不可能。在允许云提供商访问您的数据之前，请先了解他们的删除策略，以防您以后想要删除数据。
成本：尽管云计算服务的成本仅为其拥有成本的一小部分，但云服务的费用会随着使用量而迅速增加。注册云服务时，请检查账单详情，了解服务如何计量，以及是否可以在使用量超出预期限制时设置上限或通知。还值得研究如何传达账单详情，因为某些提供商的计费方法并不总是容易理解。
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，即一旦计算操作被构建为适合封闭的专有系统，就很难或不可能更换提供商。使用开源云解决方案可以帮助缓解这种风险，因为它的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、规划和专业知识。
公司对数据的使用：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情况、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。如果您对自己或贵组织的数据使用方式存有疑虑，请务必了解服务提供商关于其数据使用的政策。
公司道德：鉴于一些云服务提供商在世界事务中拥有巨大的影响力，云用户可能需要考虑其业务所支持的公司的道德规范。审查公司在数据收集、广告、仇恨言论、政治、虚假信息、环境和劳工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得云用户难以或无法完全了解和控制其计算环境，这可能会引发各种技术和信任问题。其中一些技术问题可以通过使用监控和分析工具来解决，这些工具允许云用户随时了解其基础设施的性能，从而允许用户在出现问题时快速做出反应。信任问题（例如与公司使用个人数据有关的问题）可以通过审查公司的客户数据政策和有关其数据实践的公开分析形式来解决。

其他业务考虑因素：

法规：某些行业（例如医疗保健、金融和教育）对客户数据的存储和使用有严格的规定，并且可能禁止将客户数据存储在公共云中。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，组织还需要遵守其服务访问地的数据保护和隐私法。例如，为欧盟客户提供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可能是一项极其复杂的工作，需要深入的规划、治理结构和持续的监督，以避免不兼容、数据丢失和成本优化。虽然云可以帮助组织削减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。