第六十三 云计算

云计算（Cloud Computing）是通过网络按需提供可配置计算资源（服务器、存储、数据库、网络、软件、AI 算力等）的模式。用户无需自建机房，即可像用水用电一样按量付费使用计算资源。

一、云计算概述

1.1 云计算的五个基本特征

1.2 云计算发展简史

1960s  John McCarthy：计算未来将像公共事业一样提供
1999   Salesforce 推出 SaaS 模式
2006   AWS 发布 S3 和 EC2，云计算元年
2008   微软 Azure、谷歌 App Engine 相继推出
2010   阿里云、腾讯云起步，中国云计算兴起
2013   Docker 发布，容器化时代开启
2015   Kubernetes 1.0 发布，容器编排成为标准
2020s  AI 云服务爆发：GPU 云、大模型 API、Serverless 普及

二、云服务模式

2.1 IaaS / PaaS / SaaS

┌─────────────────────────────────┐
│  SaaS  应用（用户只管用）         │
├─────────────────────────────────┤
│  PaaS  平台（用户只管开发）       │
├─────────────────────────────────┤
│  IaaS  基础设施（用户只管部署）   │
├─────────────────────────────────┤
│  物理机房（用户什么都不管 = 传统）│
└─────────────────────────────────┘

2.2 新的服务模式

三、部署模式

四、虚拟化与容器

4.1 虚拟化技术

虚拟化是云计算的基石，把一台物理机划分成多台“虚拟机“。

┌─────────────────────────────┐
│  虚拟机 1   虚拟机 2  虚拟机 3 │
├─────────────────────────────┤
│  Hypervisor（KVM/VMware）    │
├─────────────────────────────┤
│  CPU / 内存 / 磁盘 / 网卡    │
└─────────────────────────────┘

4.2 虚拟机 vs 容器

4.3 Docker 基础命令

docker build -t myapp .      # 构建镜像
docker run -d -p 8080:80 myapp   # 运行容器
docker ps                    # 查看运行中的容器
docker compose up -d         # 多容器编排

五、容器编排与 Kubernetes

5.1 为什么需要 Kubernetes

容器数量少时手动管理即可；当有成百上千个容器需要自动部署、伸缩、故障恢复时，就需要容器编排平台。

5.2 Kubernetes 核心概念

                ┌──────────────┐
                │  Control Plane │
                │  (kube-apiserver)│
                └──────┬───────┘
      ┌────────────┬────┴────┬────────────┐
      ▼            ▼         ▼            ▼
┌─────────┐  ┌─────────┐ ┌─────────┐  ┌─────────┐
│ Node 1  │  │ Node 2  │ │ Node 3  │  │ Node N  │
│ Pod Pod  │  │ Pod Pod  │ │ Pod Pod  │  │ Pod Pod  │
└─────────┘  └─────────┘ └─────────┘  └─────────┘

5.3 声明式部署示例

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web
spec:
  replicas: 3            # 期望 3 个副本，自动维持
  selector:
    matchLabels:
      app: web
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web
    spec:
      containers:
        - name: web
          image: nginx:latest
          ports:
            - containerPort: 80

六、存储与数据库服务

6.1 云存储类型

6.2 云数据库

6.3 对象存储生命周期

上传 → 标准存储（热数据，访问频繁）
        ↓ 30 天未访问
      低频访问（成本降低）
        ↓ 90 天未访问
      归档存储（成本最低，需解冻）
        ↓
      过期删除

七、无服务器计算（Serverless）

7.1 什么是 Serverless

用户只写业务代码，无需关心服务器、扩容、高可用——平台按调用次数计费，空闲时不产生费用。

7.2 FaaS 示例（AWS Lambda 风格）

/*
[dependencies]
serde_json = "1"
tokio = { version = "1", features = ["full"] }
*/
use lambda_runtime::{service_fn, LambdaEvent};
use serde_json::{json, Value};

async fn handler(event: LambdaEvent<Value>) -> Result<Value, lambda_runtime::Error> {
    let body = event.payload;
    Ok(json!({
        "statusCode": 200,
        "body": format!("收到请求: {}", body)
    }))
}

#[tokio::main]
async fn main() -> Result<(), lambda_runtime::Error> {
    let func = service_fn(handler);
    lambda_runtime::run(func).await?;
    Ok(())
}

7.3 Serverless 的优缺点

八、云原生

8.1 云原生（Cloud Native）特征

8.2 十二要素应用（12-Factor）要点

8.3 可观测性三支柱

日志（Logs）—— 发生了什么（离散事件）
指标（Metrics）—— 系统状态如何（数值聚合）
链路追踪（Traces）—— 请求经历了什么（调用链）

九、云安全

9.1 责任共担模型

┌─────────────────────────────┐
│  用户负责：数据、应用、账号权限 │
├─────────────────────────────┤
│  云厂商负责：物理机房、硬件、网络 │
└─────────────────────────────┘

9.2 云安全最佳实践

十、主流云厂商与 Rust 生态

10.1 主流云厂商

10.2 Rust 云生态

/*
[dependencies]
serde_json = "1"
tokio = { version = "1", features = ["full"] }
*/
use reqwest::Client;
use serde_json::json;

// 调用云端 API 的示例
#[tokio::main]
async fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    let client = Client::new();
    let resp = client
        .post("https://api.example.com/chat")
        .json(&json!({ "model": "qwen-max", "prompt": "你好" }))
        .send()
        .await?;
    println!("状态码: {}", resp.status());
    Ok(())
}

十一、总结与练习

本章小结

练习建议

1. Docker 实践：把一个简单的 Rust Web 服务容器化，用 docker build 和 docker run 本地运行，并用 docker ps 观察。
2. Kubernetes 部署：在本地用 minikube 或 kind 部署上面的服务，编写 Deployment 和 Service YAML，实现滚动更新。
3. 对象存储上传：用 aws-sdk-rust 的 S3 API 实现文件上传和下载，并设置生命周期规则。
4. Serverless 体验：在任一云平台创建一个 FaaS 函数，用 Rust 实现一个“图片压缩“函数，观察按调用计费模型。
5. 十二要素审计：对照 12-Factor 审计一个现有项目，找出配置硬编码、有状态进程等问题并改进。
6. 云成本分析：设计一个电商网站的云架构（计算、存储、数据库、CDN），估算日活 10 万用户时的月成本，并给出降本方案。