# Cloud Computing
[TOC]

## Cloud Computing
最最最一開始，透過網路連接 mainframe -> PC :desktop_computer:
CPU、記憶體、儲存空間...... -> 你自己的電腦
要做大量運算 -> 電腦燒起來了還跑不完 :fire: :computer: :fire:
### 由來
建立於資訊科技多年來發展的技術上
- 多處理器 -> 提供更大量的運算資源
- 虛擬化 -> 加強工作負載行動化、提升資源效能與可用性
- 資源分配
- 使用者可以規劃定量的資源，分配在某些特定「用途」上
- 依據需求，向計中申請規劃定量資源的 VM，用來當 Web Server、Application Server
- 安全性
- 在主機中分出一個完全隔離的虛擬環境，在這樣的環境中，應用程式是與虛擬層做互動
- VMM 會先管理及過濾掉有害的操作
- 不會影響到 host，也不會影響到平行的虛擬環境
- 聚集
- 將虛擬化後的各個部分聚集在一起，形成一個統一的資源中心

- 分散式運算技術 -> 運算擴充
- MapReduce
:::info
**MapReduce**
- 舉辦淨灘活動，要清理完一大片海灘，一個人需要花一個禮拜的時間清理，100 個人一起做，只需要花半天的時間就可以清理完成。
- 將龐大的運算任務切割成各個小程式段落，然後交給大量的實體伺服器做運算。
> [來源](https://sls.weco.net/CollectiveNote20/MR)

:::
- NoSQL -> 解決資料擴充需求
- 非關聯式資料庫：每一群資料之間沒有關聯，可以任意增加刪除
- 將 DataBase 分散在各個主機上
- 網際網路 -> 透過網路共享軟硬體服務
- Autonomic Computing（自主運算）
- 管理簡單快速，用以克服服務快速擴張帶來的複雜性
:::info
IBM 提出四個 self-x `self-*` 以及八個必要條件
1. 自我配置
- 知道本身存取哪些資源，其容量以及限制，以及和其他系統連接的方式以及原因
- 在環境變化時可以適應環境，和周圍的系統互動，並且建立通訊協定
- 以開放標準為基礎，不會處在某個私有的環境下
- 可以預測對資源的需求情形，同時對使用者保持透明
3. 自我修復
- 可以避開所遇到的問題，可能是修補自身的系統，或是可以有繞道演算法，可以避開有問題的點
5. 自我優化
- 可以依變化的計算環境，自動的進行自身的組態和重新組態
- 可以將自身的性能最佳化，以確保計算程序可以最有效率
6. 自我防護
- 在面對不同的攻擊時，可以進行偵測、識別和保護，以維持整體系統的安全性（security）和完整性
:::
- Data Center Infrastructure Management ( DCIM ) -> 為了解決大型資料中心的整合以及最佳化
- 硬體與應用程式的管理，確保資料中心的性能最佳化
- 用來監督、監控以及了解資料中心的功耗及資料儲存等
:::info
**Data Center Infrastructure Management (DCIM)** 的功能
- 管理資產、空間
- 資產包含：硬體、軟體、智慧財產權...
- 監測溫度以及環境功率
- 產量規劃
- 結構化佈線管理
- 平面與立體的中心配置圖
- 環境監測管理
- 權限管理
:::
- SOA（服務導向架構） -> 網路服務提升
:::info
**Service-Oriented Architecture (SOA) 服務導向架構**
- 定義：服務導向的軟體架構
- 服務提供一個簡單的介面，使用者可以使用獨立的服務，而不需理解底層是如何運作的
- 開發商排列組合這些服務，以組裝成其他應用程式
- 例子：Expedia 透過 Web Service，連結其他航空、住宿公司的資訊系統，再包裝成自己的一個旅遊平台
- Web Service 包含了 Simple Object Access Protocol ( SOAP )、WSDL、UDDI
- SOAP：定義兩者間的訊息傳輸規範，利用 XML 格式化訊息，HTTP 乘載訊息
- 透過SOAP，應用程式可以在網路中進行資料交換與 Remote Procedure Call ( RPC，遠端程式呼叫)
:::
- 透過網頁操作軟體 -> Web2.0、Mashup
- Web2.0：強化使用者與網頁間的互動
- Mashup：將外部網站的小工具或連結與網頁連結，比如：將影片放到 YT 後，嵌入到網頁內
- 將小工具融合得更好、更漂亮
- 小型軟體以網頁的方式釋出，提升麻瓜的使用體驗
- 高可用性
- 保證服務的可以使用，避免因為系統停機或維護而造成中斷
- 高可用性 -> 供應商提供更好的 SLA -> 給消費者的賠償更好
:::info
**Service-Level Agreement (SLA) 服務水準協議 SLA**

一種用來衡量用戶期望供應商提供服務指標的合約，其中包含各項服務應達到的指標，以及未達到水準的話供應商應如何補償使用者。
主要包含以下幾個要點：
- 提供的服務類型
- 服務承諾的性能
- 特別強調可靠性與回應能力（用戶下指令後的反應速度）
- 監控流程與服務水準報告
- 回傳服務問題的步驟
- 需要包含問題的詳細敘述及其順序
- 回應時間範圍及問題解決時間框架
- 回應時間範圍：提供商開始調查問題的時間段
- 問題解決時間框架包含了解決和修復當前問題的時間段
- 供應商未達上述標準的賠償
:::

## Cloud Infrastucture
> [來源](https://www.techtarget.com/searchcloudcomputing/definition/cloud-infrastructure)

- Network
- 由實體的網路線、switches、routers 等組成
- 由多個 subnet 組成
- 允許建立 VLANs，並為所有網路資源分配動/靜態的位置
- 基本上，Cloud 的資源都是藉由網路讓使用者使用的
:::info
**VLAN** 虛擬區域網路
網管人員可以對不同實體區網中的設備進行邏輯上的分群（Grouping），為區網管理提供更完整的資訊安全保障。
> [來源](https://tw.arip-photo.org/370530-are-vlans-necessary-for-my-VISXSX)

- IEEE 802.1Q 規範。
- 功能： 將某些電腦組織成一個邏輯網路。
[圖片來源](http://www.tsnien.idv.tw/Manager_WebBook/chap8/8-1%20%E8%99%9B%E6%93%AC%E5%8D%80%E5%9F%9F%E7%B6%B2%E8%B7%AF%E7%B0%A1%E4%BB%8B.html)
- 被組合 VLAN 電腦可以不是同一 Switch 底下的電腦。
- 例如： VLAN0 的 PC0 在 Switch_A 上，但 PC4 在 Switch_B 上。
- 為什麼要 VLAN ？
- 減少廣播網域： 廣播時只有同 VLAN 內會收到廣播訊息。
- 減少不必要的網路流量。
- 增加安全性。
:::
- Hardware
- Cloud Network 是由億些存放在全世界不同地方的硬體所組成
- switches, routers, firewalls
- storage arrays, backup devices, servers
- Storage
- 「儲存管理」除了儲存資料外，包含了備份資料，以及刪除過期的備份，並且為資料下索引以方便需要時進行搜尋
- Virtualization
- 將 memory, computing power, storage 抽象化並集中至資源池
- 使用者可以自由從資源池中架設及擴張自己的服務
- 儲存空間
- 方便使用者利用 cloud 進行使用
- 使用者自由增減儲存媒體
- SDS
- 虛擬網路
- NFV, SDN

## Definition

根據美國國家標準與技術研究院 (NIST) 的定義，共有五個基本特徵、三種服務模型、及四種部屬模式

### 基本特徵
- On-demand self-service：用戶可以**自行**配置運算能力，像是伺服器運作時間與網路儲存空間，而且是在不需要服務供應商人工介入的情況下自動運作。

- Broad network access：雲端運算要能透過網路即能存取，並且能以標準的連線機制促成各式異質的終端平臺存取。
- 異質終端平台：不同性質的系統與工具，包含不同作業系統、不同介面，例如手機、筆記型電腦。

- Resource Pooling：共享資源池。供應商為多個客戶提供臨時及可隨時擴充的服務，但對於客戶端不會有明顯的變動。

- Rapid elasticity：雲端運算在配置運算資源時，可迅速伸縮自如，既可快速擴增架構，亦可快速縮小架構，在一些情況下甚至能夠自動化運作。對用戶而言，像是有毫無限制的運算資源可供配置，而且可以隨時隨意購買。

- Measured Service：服務可測量。系統可以監控、控制及報告資源的使用情況。
- 使用者端：了解目前自己的使用量。
- 供應商：了解各個使用者目前的使用情況，在需要收費的情況很有用。

### Service Model

[來源](https://aigo.org.tw/zh-tw/forum/content/102)
> [來源](https://medium.com/@stfk1105/iaas-paas-saas-%E4%B8%89%E5%85%84%E5%BC%9F-c745dfa0cfd4)

:::info
- Middleware
- 以網路分層而言：在傳輸層之上，應用層之下
- 包含 Web Server、Application Server、內容管理系統（CMS，將文案或資料等進行儲存、管理、修訂，例如：WordPress）
- Runtime：幫助程式與其所需資源的使用
在執行這段程式時，會額外插入以下這段
Runtime 是位於 OS 以及 source code 之間的一層，它告訴 OS 該如何對 source code 作執行
:::

- Infrastructure as a Service：**基礎設施即服務**。供應商提供硬體設備，使用者不需要管理硬體設備**本身**的擺放、儲存等。例如 AWS、Azure，向計中申請一台虛擬主機也是 IaaS 的一種。
- 想吃晚餐，~~去我朋友家的廚房搶他的廚具跟食材~~去料理教室，自己煮來吃。

- Platform as a Service：**平台即服務**。供應商提供開發平台、作業系統，使用者可以在這些基礎之上建立自己的軟體。例如 Google App Engine。
- 想吃晚餐，去自助餐夾晚餐來吃。

- Software as a Service：**軟體即服務**。供應商提供軟體，使用者可以直接使用該服務，例如 Google Docs、Gmail。
- 想吃晚餐，叫我朋友去幫我買晚餐來吃。

#### IaaS
::: spoiler 以 AWS EC2 為例
1. 選擇 AMI (Amazon 系統映像)

2. 選擇硬體配備
:::

#### PaaS
:::spoiler 以 Google App Engine 為例
1. 資源

2. 開發語言
:::

#### SaaS
:::spoiler 打開你的 Gmail
**恭喜你 :confetti_ball: 你已經在使用 SaaS 了**
:::

<hr/>

### 部屬模式

#### 公有雲
定義：由銷售雲端服務的廠商建立，提供給大眾使用，並依照使用量計費
- 開放給所有人
- 部分服務可以免費使用
- 強大的擴充性
- 一定程度上降低資本支出
- 企業不需自行購置資料中心設備，也節省了維運成本
- 高可用性
- 資料分散在多個資料中心，沒有單一節點失效的風險
- 例子：Google Drive、DropBox
#### 私有雲
定義：由單一組織建立，只供該組織所使用
- 資料安全性
- 僅供內部使用，其他人無法存取資源
- 位置通常比較靠近使用者，所以存取速度較快
- 客製化
- 容易依據企業需求而量身訂造，例如存取權限分級

#### 混合雲
定義：結合兩種以上的雲端運算架構，透過標準或私有技術而讓資料與應用程式擁有可攜性
- 通常是私有雲 mix 公有雲
- 服務一部分放公有雲，一部份放私有雲

#### 社群雲
定義：由一群擁有共同任務、特定需求的組織共同成立，以服務該社群
- 兩個或兩個以上的組織在同一個社群下共用一個雲
- 組織間在管理上有共同的目的
- 用戶數量比公有雲少，比私有雲多

:::info
**虛擬私有雲** Virtual Private Cloud
- 首先由 AWS 提出，是一種在公有雲中的私有雲（混合雲的一種）
- 透過 **子網域、VLAN、VPN** 等方式，讓基礎設施感覺上沒有跟其他使用者共享
- 類似 Instagram 的摯友功能或不公開帳號，使用者可以限制能看到自己資源的人
- 使用者可以透過私有 ip 進行溝通，而不必透過公共網路
- 可以在不停機或斷線的情況下，自由增加網段
- 特性：
- Agility：使用者可以動態、實時地控制虛擬網路的大小及部屬資源
- Availability：有高容錯的可用區架構，以提高應用程式或工作負載的可用性
- Security：資料與應用程式不會與其他公有雲內的使用者混合，也不會有共用空間的問題
- Affordability：由於其公有雲的特性，使用者可以減少購置及維護硬體的成本
- 優點 (By IBM)：
- Flexible Business Growth：由於可以自由且動態地配置基礎設施，使用者可以彈性輕鬆地適應需求的變化
- Satisfied customers：高可用性的環境讓用戶的體驗良好，對企業而言，從而建立客戶忠誠度及品牌信任
- Reduced risk across the entire data lifecycle：由於 VPC 的高安全性，使用者可以放心地使用，也可以進一步增加客戶的信任
- More resources to channel toward business innovation：透過降低成本及對 IT 團隊在維運硬體設備的需求，使用者可以將精力放在實現企業目標和鍛鍊核心能力上
- VPC 分層架構，在每一層中分配 subnet，每一層也會被自動分配到自己的 ACL
- Web 層 或 表示層：接收來自 Web 或其他層的資訊，並表現給 end-user
- 應用層：大多數 process 在這層作處理
- 資料庫層：應用層中所需處理的資料儲存的地方
- 安全：
> [圖片來源](https://docs.aws.amazon.com/zh_tw/vpc/latest/userguide/VPC_Security.html#VPC_Security_Comparison)
- Access Control Lists (ACLs)
- **VPC subnets 的防火牆**
- 可以設定 allow rules 以及 deny rules
- 在傳輸之前，各個 rules 會由小到大的 run 過一次，優先序由小至大
- 前面設定 allow 的，後面設定 deny -> deny
- 用來限制有誰可以訪問 VPC 的 subnet
- 一個 ACL 可以被多個 subnet 使用，但一個 subnet 只能使用一個 ACL
- 用來管理進出 subnet 的流量
- 無狀態的：傳入的規則**不會**自動應用於傳出的規則
- Security Group
- **Instance 的防火牆**
- 只能設定 allow rules
- 在傳輸之前，會先 run 過一次全部的 rules
- 用來管理進出 instance 的流量
- 需要手動配置 security group 給 instance
- 有狀態的：傳入的規則會自動應用於傳出的規則
:::