第一篇 雲計算基礎

第1 章雲計算概述003

11 課程思政 003
12 雲計算概念 003
13 雲計算產生背景 005
14 雲計算發展歷程 006
141 雲計算技術的形成階段006
142 雲計算技術的發展和完善階段007
143 雲計算技術的成熟應用階段008
15 雲計算技術特點 009
16 雲計算典型應用 011
17 總結 016
18 習題 016
第2 章雲計算架構及模式017

21 課程思政 017
22 雲計算架構 017
221 基礎設施即服務（IaaS）018
222 平臺即服務（PaaS）022
223 軟件即服務（SaaS）025
224 數據即服務（DaaS）028
23 雲計算服務模式 031
231 公有雲031
232 私有雲032
233 混合雲033
24 總結 033
25 習題 034
第3 章雲計算關鍵技術035

31 課程思政 035
32 虛擬化技術 036
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321 虛擬化技術簡介036
322 虛擬化技術分類040
323 虛擬化與雲計算043
324 虛擬化技術的發展趨勢043
33 分布式技術 044
331 分布式技術簡介044
332 分布式技術分類047
333 分布式技術與雲計算052
334 分布式技術的發展趨勢052
34 雲計算管理技術 052
341 雲計算管理技術概述052
342 雲計算管理技術構成054
343 雲計算管理未來發展趨勢057
35 雲原生技術 057
351 雲原生技術概述057
352 雲原生技術分類060
353 雲原生技術的發展趨勢065
36 總結 065
37 習題 065
第二篇 雲計算主流平臺

第4 章 OpenStack 平臺簡介 069

41 課程思政 069
42 OpenStack 平臺概述069
43 OpenStack 設計理念072
44 OpenStack 架構及組件073
441 OpenStack 的架構 073
442 OpenStack 的組件介紹 074
45 OpenStack 典型應用083
46 總結 084
47 習題 085
第5 章 Kubernetes 平臺簡介 086

51 課程思政 086
52 Kubernetes 平臺概述086
53 Kubernetes 設計理念089
54 Kubernetes 架構與原理090
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541 Kubernetes 的基本概念090

542 Kubernetes 的繫統架構097

543 Kubernetes 的基礎原理100

55 Kubernetes 典型應用103

56 總結 103

57 習題 104

第三篇 雲計算與其他技術的融合應用

第6 章雲計算在其他領域的融合應用107

61 課程思政 107

62 雲計算與大數據 107

621 大數據技術概述107

622 雲計算與大數據的聯繫 111

623 雲計算與大數據的融合應用112

63 雲計算與人工智能 115

631 人工智能技術概述115

632 雲計算與人工智能之間的關繫121

633 雲計算與人工智能的融合應用124

64 雲計算與高性能計算 127

641 高性能計算技術概述127

642 雲計算與高性能計算之間的關繫133

643 雲計算與高性能計算的融合應用134

65 雲邊協同計算 135

651 雲邊協同計算技術概述135

652 雲計算與雲邊協同計算的關繫136

653 雲邊協同計算的應用場景138

66 總結 140

67 習題 140

第四篇 綜合案例實踐

第7 章雲計算關鍵技術實戰143

71 課程思政 143

72 OpenStack 平臺搭建及應用143

721 OpenStack 搭建案例簡介 143

722 基礎環境及Kolla-Ansible 安裝145

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723 準備安裝前初始化配置147

724 部署149

725 OpenStack 應用 150

73 Kubernetes 平臺搭建及應用155

731 實戰案例簡介155

732 實戰環境搭建156

733 基於Kubernetes 創建Nginx 服務 168

74 Spark 連接Hive 讀取數據172

741 實戰案例簡介172

742 實戰環境搭建174

743 Spark 連接Hive 讀寫數據183

75 Kubeflow 平臺搭建及模型訓練 191

751 實戰案例簡介191

752 實戰環境搭建193

753 基於Kubeflow 創建MNIST 訓練任務 204

76 基於容器HPC 平臺的高性能計算作業提交215

761 實戰案例簡介215

762 實戰環境搭建217

763 基於Volcano 提交HPC 作業219

77 雲邊協同平臺搭建及案例 226

771 實戰案例簡介226

772 實戰環境搭建227

773 運行KubeEdge 示例 233

參考文獻237

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黨的二十大報告提出“推動戰略性新興產業融合集群發展，構建新一代信息技術、人
工智能、生物技術、新能源、新材料、高端裝備、綠色環保等一批新的增長引擎。”“加
快發展數字經濟，促進數字經濟和實體經濟深度融合，打造具有國際競爭力的數字產業
集群”。
黨的二十大報告為我國新一代信息技術產業發展指明了方向。而雲計算技術是目前最
熱門的新一代信息技術之一，雲計算平臺已經成為支撐國計民生的新型基礎設施。雲計算
技術作為基礎支撐技術，正在不斷與大數據、人工智能、高性能計算等其他學科、其他技
術融合發展，其應用場景也更為復雜。在此背景下，如何培養既懂雲計算關鍵技術原理，
又懂雲計算與其他新一代信息技術融合應用的復合型人纔，對推動雲計算技術乃至新一代
信息技術發展具有非常重要的意義。
本書圍繞雲計算繫統架構與應用，以理論為基礎，以融合為導向，以實踐促提高，為
計算機、大數據、人工智能等相關專業的高校師生和企業技術人員提供了兼顧理論技術、
融合應用和綜合案例的雲計算技術用書。本書分4 篇，共7 章，包括雲計算基礎、雲計算
主流平臺、雲計算與其他技術的融合應用、綜合案例實踐。
（1）第一篇雲計算基礎，包括第1~3 章。第1 章簡單介紹了雲計算技術的概念、產生
背景、發展歷程、技術特點以及在典型領域的應用；第2 章詳細介紹了雲計算的四種常用
架構，包括基礎設施即服務（IaaS）、平臺即服務（PaaS）、軟件即服務（SaaS）、數據即
服務（DaaS），並介紹了公有雲、私有雲、混合雲三類雲計算服務模式；第3 章重點講解
了雲計算在虛擬化、分布式、雲管理和雲原生四個方面的關鍵技術。
（2）第二篇雲計算主流平臺，包括第4、5 章。從平臺設計理念、平臺架構與原理、
典型應用等方面，詳細講解了目前已經非常成熟且不斷發展的OpenStack 和Kubernetes 平
臺。兩個平臺分別是虛擬機管理平臺和容器編排平臺的佼佼者。
（3）第三篇雲計算與其他技術的融合應用，包括第6 章。從大數據、人工智能、高性
能計算、雲邊協同4 個方向介紹了新一代信息技術與雲計算技術之間的關繫，以及融合應
用的場景和案例。該章內容是本書的創新性內容，力求通過深入淺出的方式讓讀者可以迅
速了解雲計算與其他新一代信息技術的關繫，對讀者從全局掌握新一代信息技術的架構和
關繫非常有幫助。
（4）第四篇綜合案例實踐，包括第7 章。圍繞雲計算綜合應用場景，使用六個綜合案
例，對實戰案例環境搭建、典型應用場景測試等事件操作進行了詳細介紹。六個綜合案例
包括虛擬機、容器雲平臺的搭建、雲環境支撐大數據處理、雲環境支撐人工智能模型訓
練、雲環境支撐高性能計算作業提交、雲邊協同計算。
本書內容豐富、涵蓋了雲計算方面主要的概念和技術內容。同時單獨以一章篇幅，詳
細論述了雲計算與大數據、人工智能、高性能計算、雲邊協同技術等新一代信息技術的關
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雲計算繫統架構與應用雲計算繫統架構與應用雲計算繫統架構與應用雲計算繫統架構與應用雲計算繫統架構與應用雲計算繫統架構與應用
繫與融合應用場景，有效拓寬學生視野，培養學生多學科交叉融合的理念，有助於學生今
後朝不同的研究方向發展。在本書的最後，也設有雲計算及交叉融合方面綜合實訓案例，
能夠讓學生理論與實踐相結合，增強學生的實踐創新能力。
本書配套資源豐富，包括課件教案、程序源碼、擴展訓練答案，同時配有120 分鐘的
微課視頻。
本書由齊魯工業大學張虎、郭瑩、楊美紅、陳靜、李娜、葛菁、王迪和山東正雲信息
科技有限公司的孫明輝、房靖晶共同編寫，其中張虎主持教案編寫，李娜編寫第1 章，陳
靜、郭瑩編寫第2 章，張秋萍、張虎編寫第3 章，張秋萍編寫第4 章、孫明輝編寫第5 章，
以上人員共同完成第6、7 章的編寫。齊魯工業大學學生許洪玉參與項目環境部署、項目
實踐的驗證和修訂工作，在此一並表示衷心的感謝。本書獲得齊魯工業大學計算機科學與
技術學科經費資助。
由於編者水平有限，書中難免存在疏漏和不足之處，敬請廣大讀者批評、指正。
張虎
2023 年10 月