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第1章 云计算概论1

1.1 云计算的定义和特征1

1.1.1 云计算的定义1

1.1.2 云计算的特征3

1.1.3 云计算系统的组成3

1.1.4 云计算的部署模式4

1.2 云计算应用实例5

1.3 服务理论9

1.3.1 服务的概念9

1.3.2 几种常见的服务10

1.3.3 服务概念的特征11

1.3.4 面向服务的开发12

1.4 云计算的SPI服务模型14

1.4.1 IaaS14

1.4.2 PaaS15

1.4.3 SaaS17

1.4.4 IaaS、PaaS和SaaS的比较18

1.5 云计算与相关领域的关系18

1.5.1 云计算与网格计算的关系18

1.5.2 云计算与P2P计算的关系20

1.5.3 云计算与集群计算的关系22

1.5.4 云计算与物联网的关系23

本章小结24

习题与思考24

第2章 主流云平台26

2.1 云平台综述26

2.2 Amazon云平台26

2.2.1 弹性计算云EC227

2.2.2 简单存储服务S333

2.2.3 简单数据库服务Simple DB35

2.2.4 简单队列服务SQS37

2.3 Google云平台39

2.3.1 Google文件系统GFS40

2.3.2 分布式计算编程模型MapReduce42

2.3.3 分布式锁服务Chubby43

2.3.4 分布式数据存储系统Bigtable45

2.3.5 Google App Engine49

2.4 OpenStack云平台51

2.4.1 计算服务Nova54

2.4.2 存储服务Swift58

2.4.3 镜像服务Glance63

2.4.4 身份服务Keystone63

2.4.5 用户界面服务Horizon64

本章小结65

习题与思考65

第3章 Windows Azure云平台67

3.1 微软云计算服务概述67

3.1.1 面向消费者的云服务68

3.1.2 面向企业的云服务69

3.1.3 平台发展目标70

3.2 Windows Azure平台简介70

3.3 云操作系统Windows Azure71

3.3.1 Windows Azure的组成71

3.3.2 Windows Azure计算服务72

3.3.3 Windows Azure存储服务74

3.3.4 Windows Azure Fabric控制器78

3.3.5 Windows Azure应用场景80

3.4 SQL Azure81

3.4.1 SQL Azure概述81

3.4.2 SQL Azure数据库体系结构82

3.4.3 SQL Azure数据库和SQL Server数据库的对比84

3.5 Windows Azure AppFabric86

3.5.1 Windows Azure AppFabric概述86

3.5.2 服务总线87

3.5.3 访问控制服务90

3.5.4 分布式缓存90

本章小结91

习题与思考92

第4章 虚拟化93

4.1 虚拟化概述93

4.2 服务器虚拟化95

4.2.1 服务器虚拟化概述95

4.2.2 服务器虚拟化的类型95

4.2.3 服务器虚拟化的架构99

4.2.4 服务器虚拟化的核心技术99

4.3 虚拟化的主要功能100

4.3.1 虚拟机的基本功能100

4.3.2 虚拟机的迁移102

4.3.3 虚拟化应用举例103

4.4 服务器虚拟化主流厂商及产品105

4.4.1 VMware ESX105

4.4.2 Citrix XenServer106

4.4.3 Microsoft Hyper-V108

4.4.4 RedHat KVM109

4.4.5 主流虚拟化产品的比较110

4.5 服务器虚拟化应用方案设计112

4.5.1 需求分析112

4.5.2 方案准备113

4.5.3 方案设计114

4.5.4 方案实施115

4.5.5 方案效益116

4.6 网络虚拟化117

4.6.1 传统的网络虚拟化117

4.6.2 虚拟以太网交换机VEB118

4.6.3 VEPA和VN-Tag技术119

4.7 桌面虚拟化122

4.7.1 桌面虚拟化的概念和技术122

4.7.2 网络显示协议及其实例123

4.7.3 桌面虚拟化实例124

4.8 应用虚拟化125

4.8.1 应用虚拟化概述125

4.8.2 应用虚拟化实例125

本章小结126

习题与思考126

第5章 Hadoop云平台128

5.1 并行计算128

5.1.1 并行计算概述128

5.1.2 并行计算的体系结构128

5.1.3 集群计算130

5.1.4 并行计算的进程模型133

5.1.5 并行编程模型134

5.2 Hadoop概述136

5.2.1 Hadoop的由来136

5.2.2 Hadoop的特点136

5.2.3 Hadoop的基本结构137

5.2.4 Hadoop的应用138

5.3 HDFS138

5.3.1 HDFS的功能138

5.3.2 HDFS的结构138

5.3.3 HDFS文件读/写操作流程139

5.3.4 HDFS如何实现可靠存储、副本管理141

5.4 MapReduce142

5.4.1 MapReduce原理142

5.4.2 MapReduce执行流程143

5.4.3 MapReduce数据流程144

5.4.4 MapReduce的容错机制145

5.5 YARN146

5.5.1 YARN是一个资源管理平台146

5.5.2 原MapReduce框架存在的问题147

5.5.3 YARN架构148

5.5.4 YARN工作流程148

5.5.5 YARN框架相对于旧的MapReduce框架的优势149

5.6 HBase149

5.6.1 HBase概述149

5.6.2 HBase与关系型数据库的比较150

5.6.3 HBase的数据模型150

5.6.4 HBase Shell命令的应用150

5.7 Zookeeper152

5.7.1 Zookeeper的功能152

5.7.2 Zookeeper的数据模型152

5.7.3 Zookeeper的典型应用场景153

5.8 Hadoop的程序实例运行与分析155

5.8.1 WordCount实例155

5.8.2 每年最高气温实例158

5.8.3 基于Hadoop的数据挖掘开源平台——Mahout160

本章小结162

习题与思考162

第6章 Spark平台164

6.1 三种计算框架164

6.1.1 批处理（Batch）计算165

6.1.2 流式（Streaming）计算165

6.1.3 交互式（Interactive）计算165

6.2 Spark产生背景166

6.3 Spark特点166

6.3.1 高效167

6.3.2 易用168

6.3.3 与Hadoop集成169

6.4 Spark生态系统170

6.4.1 Spark生态系统概述170

6.4.2 Alluxio171

6.4.3 Mesos和YARN172

6.4.4 Shark和Spark SQL172

6.4.5 Spark Streaming172

6.4.6 GraphX173

6.4.7 MLBase和MLlib173

6.5 Spark核心概念RDD174

6.5.1 Spark的核心概念174

6.5.2 利用本地文件或HDFS文件创建RDD174

6.5.3 对RDD进行操作174

6.5.4 RDD Transformation举例176

6.5.5 RDD Action举例177

6.5.6 Key/Value类型的RDD177

6.6 Spark程序设计实例178

6.6.1 实例1：WordCount178

6.6.2 Spark程序设计的基本流程180

6.6.3 Spark程序设计的Scala语言180

6.6.4 实例2：用蒙特卡洛算法分布式估算Pi180

6.6.5 程序架构及相关概念182

6.6.6 体验Spark交互式模式Spark-shell183

6.6.7 提交Spark程序183

6.7 进一步理解Spark核心概念RDD185

6.7.1 RDD与DAG185

6.7.2 划分Stage185

6.7.3 划分Stage举例186

6.8 进一步理解Spark新概念187

6.8.1 Dataset的概念和使用188

6.8.2 SparkSession的概念和使用189

本章小结191

习题与思考191

第7章 云存储193

7.1 云存储概述193

7.1.1 云存储的概念193

7.1.2 云存储的结构模型194

7.1.3 云存储国内外发展现状195

7.1.4 云存储相比传统存储的优势197

7.2 存储结构198

7.2.1 DAS（直接连接存储）198

7.2.2 NAS（网络附加存储）198

7.2.3 SAN（存储区域网络）199

7.2.4 集群存储200

7.3 存储设备203

7.3.1 存储设备概述203

7.3.2 磁盘阵列（RAID）203

7.4 存储接口206

7.4.1 SCSI接口206

7.4.2 FC接口208

7.4.3 iSCSI接口211

7.4.4 InfiniBand接口212

7.4.5 Myrinet接口213

7.4.6 FCoE接口214

7.5 NoSQL数据库216

7.5.1 数据库的分类和NoSQL简介216

7.5.2 关系数据库的问题和NoSQL的出现218

7.5.3 NoSQL的特点219

7.5.4 NoSQL的实例219

7.5.5 NoSQL的常见数据结构220

7.6 云存储上传和下载文件的设计221

7.6.1 概要设计221

7.6.2 MySQL数据库设计222

7.6.3 详细设计223

7.7 存储虚拟化225

7.7.1 存储虚拟化的概念与分类225

7.7.2 服务器级别的存储虚拟化226

7.7.3 存储设备级别的存储虚拟化226

7.7.4 存储网络级别的存储虚拟化227

本章小结228

习题与思考228

第8章 云安全230

8.1 云安全概述230

8.1.1 云安全的定义230

8.1.2 云安全与传统网络安全的差别231

8.1.3 云安全发展现状231

8.2 云安全技术232

8.2.1 灾难备份和恢复232

8.2.2 可信计算235

8.2.3 云支付237

8.2.4 应用方案和设计实例240

本章小结242

习题与思考242

第9章 云标准243

9.1 云计算标准化的意义243

9.2 云计算标准化的现状244

9.3 云计算标准化组织244

9.3.1 美国国家标准与技术研究院244

9.3.2 开放云计算联盟245

9.3.3 分布式管理任务组245

9.3.4 企业云买方理事会246

9.3.5 云安全联盟246

9.3.6 《云开放宣言》246

9.3.7 存储网络工业协会247

9.3.8 欧洲电信标准协会247

9.3.9 开放网格论坛247

9.3.10 开放云计算工作组248

9.3.11 云计算互操作论坛248

9.3.12 电信管理论坛248

9.3.13 ISO/IEC249

9.3.14 IEEE249

9.3.15 ITU-T249

本章小结250

习题与思考250

第10章 云计算与物联网通信251

10.1 物联网三层体系结构251

10.1.1 感知层关键技术252

10.1.2 网络层关键技术254

10.1.3 应用层关键技术254

10.2 物联网通信概述255

10.3 ZigBee技术258

10.3.1 ZigBee技术的来源与优势258

10.3.2 ZigBee技术的协议架构259

10.3.3 ZigBee技术在物联网中的应用262

10.4 蓝牙（Bluetooth）技术265

10.4.1 蓝牙技术的来源与特点265

10.4.2 蓝牙技术的应用及产品269

10.5 超宽带（UWB）技术270

10.5.1 超宽带的定义270

10.5.2 超宽带技术的特点与应用272

10.5.3 超宽带技术的两大技术标准274

10.5.4 超宽带技术与其他无线通信技术的比较276

10.6 60 GHz通信技术277

10.6.1 60 GHz通信技术的特点277

10.6.2 60 GHz标准化进程279

10.6.3 60 GHz组网中的非视距传输281

10.7 无线LAN通信技术282

10.7.1 无线LAN通信技术的标准282

10.7.2 无线LAN通信技术的应用和组网285

10.8 无线MAN通信技术287

10.8.1 WiMAX的概念和特点287

10.8.2 WiMAX的演进288

10.8.3 WiMAX系统的结构289

10.9 移动通信网289

10.9.1 移动通信网的基本组成289

10.9.2 移动通信网络的发展历程290

10.9.3 WCDMA技术294

10.9.4 CDMA 2000技术295

10.9.5 TD-SCDMA技术296

10.9.6 LTE技术297

本章小结299

习题与思考299

第11章 云计算实践303

11.1 建立和启动Windows Azure程序开发环境303

11.1.1 实验目的303

11.1.2 实验环境303

11.1.3 实验内容303

11.1.4 上机思考题306

11.2 创建Windows Azure Web角色应用程序306

11.2.1 实验目的306

11.2.2 实验环境307

11.2.3 实验内容307

11.2.4 上机思考题315

11.3 编写WCF云后台辅助角色应用程序315

11.3.1 实验目的315

11.3.2 实验环境315

11.3.3 实验原理315

11.3.4 实验内容316

11.3.5 上机思考题327

11.4 编写Table存储服务应用程序328

11.4.1 实验目的328

11.4.2 实验环境328

11.4.3 实验原理328

11.4.4 实验内容329

11.4.5 上机思考题347

11.5 编写基于Blob的云存储应用程序348

11.5.1 实验目的348

11.5.2 实验环境348

11.5.3 实验内容348

11.5.4 上机思考题358

11.6 Hadoop的伪分布式部署358

11.6.1 实验目的358

11.6.2 实验环境358

11.6.3 实验内容359

11.6.4 上机思考题366

11.7 支持YARN的Hadoop在两个虚拟机中分布式运行366

11.7.1 实验目的366

11.7.2 实验环境366

11.7.3 实验原理366

11.7.4 实验内容367

11.7.5 上机思考题383

11.8 Spark安装部署及上机操作383

11.8.1 实验目的383

11.8.2 实验环境383

11.8.3 实验内容384

11.8.4 上机思考题388

11.9 云中的Spark实验388

11.9.1 实验目的388

11.9.2 实验环境389

11.9.3 实验内容389

11.9.4 上机思考题394

11.10 云实践路径推荐394

11.10.1 从一份调查问卷谈云实践路径394

11.10.2 结合翻转课堂进行云实践396

11.10.3 亚马逊AWS云服务的申请步骤397

11.10.4 在VMWare上安装Linux虚拟机403

附录1 习题答案407

附录2 增补习题及其答案415

附录3 中英文术语对照表432

参考文献441