云计算全套入门｜云计算概述 + 服务器硬件 + 存储技术基础

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前言

现在数字化业务飞速发展，云计算已经成为IT基础设施的主流。很多同学刚开始接触云，会搞不清：云计算到底是什么？服务器内部由哪些部件组成？存储、RAID、SAN、NAS这些概念又该怎么理解。

一、云计算概述

1.1 重新认识IT

IT即信息技术，是信息处理的总集合，包含硬件、软件、通信以及各类配套服务。

很多互联网新业态本质就是IT模式的重构：

• 网约车：自己没有一辆车，却做车辆出行服务
• 线上民宿：自己没有一间客房，提供住宿服务
• 即时通讯：不自建通信网络实现消息互通
• 电商平台：没有实体店面完成商品零售

IT核心架构：以数据中心为底座

1. 硬件层：服务器、存储设备、网络设备、安全设备；配套电源、制冷、机房空间
2. 系统软件层：操作系统、计算/存储/网络虚拟化、Cloud OS云操作系统、数据库、中间件、大数据分析平台
3. 应用层：协同工具、ERP、CRM、电信/金融/政务行业应用
4. 服务层：咨询、系统集成、应用开发、IT外包、技术支持、培训

1.2 传统IT的痛点

移动互联网、物联网时代，海量终端接入，数据爆炸式增长，传统物理IT架构暴露大量问题：

1. 业务上线慢，新业务部署周期长
2. 硬件扩展困难，资源利用率低下
3. 整体系统可靠性不强
4. TCO（总体拥有成本）居高不下

解决方向：IT基础设施整合、资源整合复用、业务协同持续优化。

IT架构的三代演变

1. 传统IT架构：物理服务器，一台硬件跑一套OS，硬件和操作系统强绑定，资源割裂。
2. 虚拟化架构：增加虚拟化层，单台物理服务器运行多台虚拟机，硬件资源初步共享。
3. 云化IT架构：引入Cloud OS云操作系统，全部硬件统一池化调度，形成完整云平台。

IT产业三大平台

• 第一平台：大型机时代
• 第二平台：局域网、因特网、独立物理服务器
• 第三平台：云计算、大数据、移动互联、物联网，当今产业主流

1.3 虚拟化技术——云计算的基石

虚拟化：把各类物理资源抽象为逻辑资源；实现操作系统与底层硬件解耦，上层从共享资源池中申请资源。

虚拟化发展简史

1. 1964 IBM大型机，最早探索虚拟化技术
2. 1972 IBM大型机虚拟机产品
3. 1999 VMware推出x86虚拟化产品
4. 2002 Xen开源
5. 2006 KVM诞生
6. 2008 Hyper‑V发布，LXC容器诞生
7. 2013 Docker发布，容器技术爆发

1.4 云计算定义（NIST权威定义）

云计算是一种模型，实现随时随地、便捷、按需从可配置计算资源共享池中获取网络、服务器、存储、应用、服务；资源能够快速供应和释放，降低管理工作量，减少与服务商交互。

生活中的云计算实例：云相册、云文档、云音乐；工作场景：云会议、网络直播。

✨云计算五大关键特征

1. 按需自助服务：用户自行申请资源，不需要人工介入
2. 广泛网络接入：手机、PC、平板多终端通过网络访问
3. 资源池化：计算、存储、网络集中池，多用户共享
4. 快速弹性伸缩：资源快速扩容、快速释放
5. 可计量服务：资源用量统计，支持按用量计费

1.5 云计算三大服务模式 IaaS / PaaS / SaaS

服务模式	全称	说明	责任划分
IaaS	基础设施即服务	提供底层虚拟化硬件资源：虚拟机、磁盘、网络	云：硬件、虚拟化；用户：操作系统、中间件、应用、数据
PaaS	平台即服务	提供开发运行平台：数据库、中间件等	云：硬件、虚拟化、OS、中间件；用户：应用、业务数据
SaaS	软件即服务	直接交付成品软件，开箱即用	云负责绝大多数底层；用户仅使用软件、维护业务数据

1.6 云计算三种部署模式

1. 私有云：基础设施归单一组织所有，仅供组织内部使用，部署企业本地机房。
2. 公有云：云运营商建设维护，面向公众、大量企业提供云服务。
3. 混合云：私有云+公有云组合，对外表现为统一整体，业务跨云调度。

1.7 云计算发展三阶段

1. 云计算1.0 计算虚拟化 代表：VMware ESX、Xen、KVM、Hyper‑V；核心目标：通过虚拟化，提高硬件资源利用率。
2. 云计算2.0 基础设施云化 代表：VMware、AWS、OpenStack；核心：软件定义，基础设施云化，资源服务标准化、自动化。
3. 云计算3.0 云原生 代表：Docker、CoreOS、Cloud Foundry；核心：应用云化，敏捷开发，应用全生命周期管理。

1.8 主流云厂商与产品

厂商	云平台	代表产品
华为	华为云、华为云Stack、FusionCompute	ECS、OBS、EVS、CCE
Amazon	AWS	EC2、S3、RDS
Microsoft	Azure	虚拟机、Blob存储、Azure SQL
Google	Google Cloud	GCE、GCS
IBM	IBM Cloud	虚拟服务器、对象存储
Alibaba	阿里云	ECS、OSS
VMware	VMware Cloud Foundation	vSphere、NSX、vSAN、Workstation

FusionCompute / 华为云Stack / 华为公有云对比

项目	FusionCompute	华为云Stack	华为公有云
定位	虚拟化解决方案	混合云/私有云解决方案	公有云服务平台
面向对象	企业	企业	企业+个人
最小部署	需要物理硬件服务器存储网络	需要物理硬件	无需硬件，互联网访问
初始投资	采购硬件设备	硬件+订阅服务	按需付费，无硬件采购
适用场景	数据中心虚拟化	私有云、混合云	公有云、混合云
服务数量	虚拟机、容器	90+云服务	240+云服务

二、服务器硬件基础

2.1 服务器是什么

服务器是一类特殊计算机，特点：运行速度快、高负载、高可靠性、价格更高。 用途：Web、数据库、DNS、文件、邮件、代理等业务服务。

服务器五大特性：可靠性、可用性、可扩展性、可管理性、易用性。

计算产业演进

1. 计算1.0：大型机、小型机，专用计算
2. 计算2.0：x86架构数据中心服务器，通用计算
3. 计算3.0：全栈全场景智能计算

2.2 服务器硬件形态

1. 塔式服务器：立式机箱，类似台式主机，适合小规模机房，不需要机柜。
2. 机架服务器：标准机柜U高度安装，数据中心主流。
3. 刀片服务器：机框+刀片计算板卡，高密度，适合大规模云计算场景。

2.3 服务器硬件组件

1. CPU 中央处理器 计算机运算、控制核心；由运算器、控制器、寄存器存储单元组成。 关键参数：主频、外频、倍频系数、总线频率。

2. 内存 主存储器，CPU可以直接寻址；临时存放CPU运算数据，是CPU与硬盘交换数据的桥梁。

3. 硬盘（磁盘）持久化存储

   硬盘类型	特点
   SATA	7200转，成本低，桌面级
   SAS	企业级，10k/15k高转速，向下兼容SATA盘
   NL‑SAS	SAS接口的SATA盘，用于分级存储
   SSD固态硬盘	闪存芯片，无机械部件，读写性能高，MTBF高

4. RAID卡（磁盘阵列卡） 管理多块物理硬盘，组成RAID逻辑盘，提升性能或实现数据冗余容错。

5. 网卡 NIC网络接口卡

   实现服务器网络接入；完成数据封装解封、收发、链路管理。

   • 板载网卡：集成主板PCH芯片，不可更换
   • PCIe标卡：标准PCIe插槽通用网卡
   • 灵活IO插卡：华为机架服务器专用
   • Mezz卡：刀片服务器专用

6. 电源 & 风扇 支持冗余配置，支持热插拔；单个部件故障服务器不停机，保障业务连续运行。

7. 其他：主板、散热器、机箱、导风罩。

2.4 RAID磁盘阵列

RAID：独立磁盘冗余阵列，将多块物理硬盘虚拟为逻辑磁盘，目标提升性能、提供数据冗余容错。

RAID实现的三种方式

1. 软件RAID：操作系统软件实现，大量运算消耗主机CPU，成本低廉，Windows动态磁盘属于软件RAID。
2. 插卡式硬件RAID：服务器PCIe插槽RAID卡，自带独立控制器，不消耗服务器CPU。
3. 外置独立磁盘阵列：独立存储设备，自带控制器，完全脱离服务器，适合大容量企业场景，支持双控制器。

对比项	软件RAID	插卡硬件RAID	外置磁盘阵列RAID
CPU占用	高，占用服务器CPU	低，阵列卡自带处理器	完全独立，不占用服务器CPU
成本	最低	中等	高
可扩展性	差	一般	强，支持双控、共享存储

RAID关键概念

• 热备盘 Hot‑Spare

  ：RAID组备用硬盘。磁盘故障后自动顶替故障盘。分为：

  • 全局热备：给本系统所有冗余RAID组共享使用
  • 专用热备：只为某一组RAID服务

• 重构 Rebuild：故障硬盘更换新盘后，系统把数据、校验信息重新计算同步，恢复RAID的冗余能力。

2.5 服务器管理技术 IPMI / BMC / BIOS

1. IPMI：智能平台管理接口，开放硬件管理标准。不依赖操作系统运行，实现硬件监控。
2. BMC基板管理控制器：IPMI的硬件核心。独立芯片，服务器关机状态依旧工作；采集温度、电压、风扇、电源传感器数据，硬件故障上报告警。华为自研实现叫 iBMC。
3. BIOS 基本输入输出系统：固件程序。开机硬件自检、初始化硬件、引导操作系统、高级电源管理。

简单流程：开机BIOS完成硬件检测，引导操作系统启动；BMC独立后台持续监控整机硬件状态。

三、存储技术基础

3.1 存储基本概念

存储分为内存（易失，断电数据丢失）、外存（磁盘等，持久保存数据）。

存储三大连接方式

1. DAS 直连存储 Direct‑Attached Storage，直连附加存储。磁盘直接挂接在服务器本地，本地硬盘。 优点：部署简单；缺点：资源无法共享，数据难以统一管理。

2. NAS 网络附加存储 Network‑Attached Storage。走以太网TCP/IP网络；对外提供文件共享。支持NFS、CIFS/SMB协议。

   访问单位：文件级别，多台服务器可以同时读写共享文件。

3. SAN 存储区域网络 Storage Area Network，专门的存储网络。分为FC‑SAN（光纤）、IP‑SAN（iSCSI以太网）。

   访问单位：块级别，服务器识别到是一块磁盘，格式化之后使用。

NAS vs SAN简单区分

• NAS：网络上的文件服务器，直接共享文件夹、文件。
• SAN：给服务器送一块裸磁盘块设备，服务器本地做文件系统。

3.2 常见RAID级别详解

RAID级别	最少磁盘数	可用容量	容错能力	性能特点	说明
RAID0（带区卷）	2	全部磁盘容量相加	❌无容错，坏任意一块全盘数据丢失	读写性能高	条带拆分并行读写，追求速度，无数据保护
RAID1（镜像卷）	2	单块盘容量	✅允许坏1块盘	读性能提升，写性能一般	两份完全相同副本；空间浪费一半，数据安全
RAID5	3	(n‑1)块盘总容量	✅允许坏1块盘	读快，写性能一般（需要计算校验）	分布式校验；企业最常用，兼顾容量、性能、可靠性
RAID6	4	(n‑2)块盘总容量	✅允许同时坏2块盘	读快，写开销更大	双份校验；适合大容量硬盘环境，故障风险高场景
RAID10(1+0)	4	总容量一半	每组镜像坏一块可容忍	读写性能优秀，高可靠	先镜像再条带；高性能高可靠，成本高
JBOD（跨区卷）	2	全部磁盘相加	❌无容错，坏任意一块全部数据丢失	性能等于单块磁盘	顺序写满一块再写下一块，不属于标准RAID级别

考试重点：

• RAID0：性能最优，完全无冗余，不能存重要业务
• RAID1：镜像，100%空间损耗一半
• RAID5：至少3块盘，损失一块盘容量用于校验，最多坏一块
• RAID6：至少4块盘，损失两块盘容量，最多坏两块
• RAID10：4块起步，一半容量可用，兼顾性能和可靠性

3.3 存储协议

1. SCSI：小型计算机系统接口，早期并行，现在SAS属于串行SCSI。
2. iSCSI：IP‑SAN核心协议，SCSI指令封装在TCP/IP以太网传输。
3. FC：光纤通道，FC‑SAN专用协议，高速存储网络。
4. NFS / CIFS(SMB)：NAS文件共享协议。

3.4 备份、容灾基础概念

• 备份：把数据复制一份保存；应对逻辑错误、误删除、病毒。备份是事后恢复。

• 容灾

  ：多站点部署，应对机房断电、火灾、地震等物理级灾难。

  • RTO：恢复时间目标，故障之后业务恢复可以接受的最长时间。
  • RPO：恢复点目标，故障发生，最多允许丢失多久的数据。

RTO越小代表业务恢复越快；RPO越小，代表丢失的数据越少。

3.5 存储虚拟化

存储虚拟化：把多组物理存储资源抽象成统一资源池，屏蔽底层硬件差异，统一分配给上层服务器使用。 存储虚拟化是云存储的底层关键技术。

四、知识点小结

1. 云计算起源于虚拟化，虚拟化实现硬件资源池化；分为IaaS/PaaS/SaaS三层服务，私有/公有/混合三种部署模式。
2. 服务器是云的硬件底座：CPU、内存、硬盘、网卡、RAID卡、BMC、BIOS共同保障硬件运行。
3. 存储分为DAS直连、NAS文件存储、SAN块存储；不同RAID级别平衡容量、性能、容错；RTO/RPO衡量容灾指标。

学习提示：如果备考HCIA‑Cloud，RAID各个级别磁盘数量、容量、容错、DAS/NAS/SAN区别是高频考点。