云原生运维学习笔记：从云计算概念到服务器硬件的入门之旅

云原生运维学习笔记：从云计算概念到服务器硬件的入门之旅

第一阶段我们花了大量时间在Linux系统管理上，从文件权限、进程、网络、存储一路学到负载均衡和集群高可用。说实话，那段时间每天都在敲命令、配服务，虽然累，但看着一个个服务跑起来还是挺有成就感的。今天进入第二阶段，课程画风突然变了------不再是敲命令了，而是从宏观上理解云计算是什么、服务器长什么样。PPT里没有多少可以执行的命令，更多的是概念和原理。

一开始我还有点不习惯，觉得"光讲概念不实操"有点虚。但听完课之后我发现，这部分内容其实特别重要。因为后面要学的虚拟化、OpenStack、Kubernetes这些技术，都建立在这些基础概念之上。如果连IaaS、PaaS、SaaS都分不清，连BMC和BIOS的区别都不知道，后面学云平台只会越学越懵。

这篇博客就当作我的学习笔记，把云计算概述和服务器基础两块内容梳理一遍，顺便补上一些可以动手验证的命令，方便日后复习，也希望能帮到同样在学云原生运维的朋友。

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一、云计算到底是个啥？

1.1 身边的IT与信息爆炸

PPT开头举了几个很有意思的例子：一辆车也没有的车辆服务公司（出租车行业）、一间房也没有的住宿服务公司（酒店行业）、没有网络的即时通信服务公司（电信语音）、没有店面的购物中心（零售行业）。这些例子说明，新技术、新模式正在改变我们的生活。云计算也是一样，它不是什么遥不可及的概念，而是已经渗透到我们日常生活中的基础设施。

想想我们每天用的云相册、云音乐、云视频、云文档，工作中用的云会议、网络直播，背后都是云计算在支撑。信息大爆炸已经加速到来，随着移动互联网、全联接时代的到来，越来越多的终端设备被投入使用，每天都会有大量的数据产生，传统的IT基础设施面临着前所未有的挑战。

从PC时代x86架构电脑（Windows/Linux），到移动互联网时代ARM架构手机（Android/iOS），再到物联网时代x86/ARM/DSP/MIPS/FPGA各种终端（物联网操作系统），终端形态在变，但背后的计算需求一直在增长。

1.2 传统IT面临的挑战

传统IT架构面临的问题，PPT总结得很到位：

• 业务上线慢：新业务上线需要采购硬件、安装系统、部署应用，周期长。
• 扩展困难：业务量上来了，加服务器不是插一块硬盘那么简单，涉及到架构调整。
• 生命周期管理复杂：硬件有寿命，软件要升级，版本一多管理就乱。
• 可靠性不强：单台服务器挂了业务就中断，没有冗余。
• I/O瓶颈导致延迟：存储和网络I/O跟不上CPU的处理速度。
• TCO居高不下：总体拥有成本高，包括采购、运维、电力、机房等。

这些问题怎么解决？答案就是IT基础架构整合、资源整合以及综合利用、业务协同和持续优化。说白了，就是走向云化。

从传统企业IT架构（每个应用独立服务器和OS），到虚拟化架构（OS之上加虚拟化层），再到企业云化IT架构（Cloud OS），这是一条清晰的发展路径。以云计算为基础的"第三平台"已经成为IT产业主流：第一平台大型机（始于1964年，用户百万级，应用千级），第二平台局域网/因特网/服务器（始于1981年，用户亿级，应用万级），第三平台云/大数据/移动互联/物联网（始于2012年，用户十亿级，应用百万级）。

1.3 云计算的定义

美国国家标准与技术研究院（NIST）对云计算的定义是：云计算是一种模型，它可以实现随时随地、便捷地、随需应变地从可配置计算资源共享池中获取所需的资源（例如网络、服务器、存储、应用及服务），资源能够快速供应并释放，使管理资源的工作量和与服务提供商的交互减小到最低限度。

维基百科的定义更简洁：云计算是一种通过Internet，以服务的方式提供动态可伸缩的虚拟化资源的计算模式。

两个定义都强调了几个关键词：资源池 、按需获取 、快速供应和释放 、服务方式。我觉得理解云计算，抓住"资源池化"和"服务化"这两个核心就够了。

1.4 虚拟化：云计算的基石

要理解云计算，就绕不开虚拟化。虚拟化的含义很广泛，将任何一种形式的资源抽象成另一种形式的技术都是虚拟化，是资源的一种逻辑表示。

传统IT架构下，IT资源独立，操作系统必须与硬件紧耦合。每台服务器上装一个操作系统，跑一个应用，资源利用率很低。虚拟化之后，资源被抽象成共享资源池，上层操作系统与硬件解耦，操作系统从资源池中分配资源。一台物理服务器上可以跑多个虚拟机，每个虚拟机有自己的操作系统和应用，互不干扰。

虚拟化技术发展史也挺有意思的：

• 1964年，IBM开始尝试在大型机上实现虚拟化
• 1972年，IBM推出运行在大型机上的虚拟机
• 1999年，VMware推出了x86架构的虚拟化产品
• 2002年，Xen正式被开源
• 2006年，Qumranet宣布KVM诞生
• 2007年，惠普发布了针对HP-UX的Integrity虚拟机
• 2008年，微软在Windows Server 2008 R2中加入了Hyper-V
• 2008年，Linux容器LXC推出
• 2010年，红帽6.0版本中默认仅提供KVM虚拟化机制
• 2011年，IBM、红帽、英特尔成立开放虚拟化联盟，加速KVM
• 2013年，Docker推出
• 2014年，Rocket推出

从大型机虚拟化到x86虚拟化，再到容器化，虚拟化技术一直在演进。现在说的云原生，其实也是在虚拟化基础上更进一步，把应用和运行环境一起打包，实现更轻量、更敏捷的部署。

1.5 云计算的发展阶段

PPT把云计算的发展分为三个阶段：

• 云计算1.0：计算虚拟化，代表技术有Hyper-V、XEN、KVM、VMware ESX。核心是虚拟化，目标是更好的资源利用率。
• 云计算2.0：软件定义与整合，代表技术有OpenStack、VMware、AWS。核心是基础设施云化，目标是资源服务标准化、自动化。
• 云计算3.0：云原生与重构业务，代表技术有Docker、CoreOS、Cloud Foundry。核心是应用云化，目标是敏捷应用开发与生命周期管理。

我们现在正处在从云计算2.0向3.0过渡的阶段，这也是为什么课程后面会重点讲容器和Kubernetes。

1.6 云计算的服务模式

云计算的服务模式分三层，从下到上分别是IaaS、PaaS、SaaS：

• IaaS（基础设施即服务） ：云服务商提供虚拟化、计算资源、存储资源、网络资源，用户自营操作系统及以上。相当于云服务商给你提供了一台"虚拟服务器"，操作系统和应用你自己装。代表产品有华为云ECS、AWS EC2、阿里云ECS。
• PaaS（平台即服务） ：云服务商提供运行环境、中间件、操作系统、虚拟化、计算资源、存储资源、网络资源，用户自营应用程序、数据。相当于云服务商给你提供了一个"应用运行平台"，你只需要关注代码和数据。代表产品有华为云CCE、Google App Engine、Heroku。
• SaaS（软件即服务） ：云服务商提供一切，用户直接使用软件。相当于云服务商给你提供了一个"现成的软件"，你打开浏览器就能用。代表产品有Office 365、Salesforce、钉钉。

用一个比喻来理解：IaaS是给你一块地，你自己盖房子；PaaS是给你一个毛坯房，你自己装修；SaaS是给你一个精装房，拎包入住。

1.7 云计算的部署模式

云计算的部署模式分三种：

• 私有云（Private Cloud） ：云计算的基础设施由单一的组织拥有，并且仅仅为该组织运营。适合对数据安全要求高、预算充足的大型企业。
• 公有云（Public Cloud） ：云服务运营商拥有云基础设施，并且为公众或者企业用户提供云服务。适合中小企业、初创公司，按需付费，成本低。
• 混合云（Hybrid Cloud） ：云计算基础设施由两种或者多种云组成，对外仍然表现为一个整体。适合既想保证核心数据安全，又想利用公有云弹性扩展的企业。

1.8 主流云计算厂家

PPT里列了几家主流云计算厂家及其代表技术：

厂家	代表技术
华为	华为云：ECS（弹性计算服务）、OBS（对象存储服务）、EVS（弹性卷服务）、CCE（云容器引擎）
Amazon	AWS：EC2（弹性计算云）、S3（简单存储服务）、RDS（关系型数据库服务）
Microsoft	Azure：虚拟机、Azure Blob存储、Azure SQL数据库
Google	Google Cloud：Compute Engine、Cloud Storage
IBM	IBM Cloud：Virtual Servers、Object Storage
Alibaba	阿里云：ECS（弹性计算服务）、OSS（对象存储服务）
VMware	VMware Cloud Foundation：vSphere、NSX、vSAN、Workstation

华为云这几年发展很快，PPT里提到"华为云一切皆服务"，包括技术即服务、经验即服务、基础设施即服务。华为云Stack是本地部署的混合云解决方案，构建用户视角一朵云。华为FusionCompute虚拟化服务全球，已经服务于150+国家和地区，12000+客户，累计发放500万+虚拟机。

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二、服务器基础

2.1 什么是服务器？

服务器是计算机的一种，它比普通计算机运行速度更快、负载更高且价格更高。服务器是为用户提供服务的计算机，通常分为文件服务器、数据库服务器和应用程序服务器。

服务器的特点可以用五个词概括：可用性、可靠性、可扩展性、易用性、可管理性。和普通PC相比，服务器更强调7×24小时不间断运行、硬件冗余、远程管理这些企业级特性。

服务器的发展历程：大型/小型机 → 微型计算机 → x86服务器 → 云计算时代。计算产业也在进化：计算1.0专用计算（大型机、小型机时代）→ 计算2.0通用计算（数据中心、x86架构）→ 计算3.0智能计算（全栈全场景）。

服务器按硬件形态分类，主要有塔式服务器、机架服务器、刀片服务器。塔式服务器像普通台式机机箱，适合小规模应用；机架服务器是标准19英寸机架宽度，适合数据中心密集部署；刀片服务器是把多个计算节点插在一个机箱里，共享电源和散热，密度最高。

2.2 服务器硬件组成

以华为TaiShan 200服务器为例，硬件结构包括：机箱、主板、内存、CPU、散热器、电源、风扇、硬盘、导风罩。下面重点说说几个核心部件。

CPU（中央处理器）：

CPU是一台计算机的运算核心和控制核心，由逻辑运算单元、控制单元和存储单元构成。CPU内部有寄存器、运算器、控制器。我们常说的几个参数：

• 主频：也叫时钟频率，单位是MHz或GHz，用来表示CPU的运算、处理数据的速度。
• 外频：CPU的基准频率，单位是MHz。CPU的外频决定着整块主板的运行速度。
• 总线频率：直接影响CPU与内存数据交换的速度。
• 倍频系数：CPU主频与外频之间的相对比例关系。

在Linux下查看CPU信息，可以用lscpu命令：

[root@server ~]# lscpu
Architecture:          x86_64
CPU op-mode(s):        32-bit, 64-bit
Byte Order:            Little Endian
CPU(s):                2
On-line CPU(s) list:   0,1
Thread(s) per core:    1
Core(s) per socket:    1
Socket(s):             2
NUMA node(s):          1
Vendor ID:             GenuineIntel
CPU family:            6
Model:                 94
Model name:            Intel(R) Core(TM) i5-6300HQ CPU @ 2.30GHz
Stepping:              3
CPU MHz:               2304.001
BogoMIPS:              4608.00

这个输出里，CPU(s): 2表示有2个逻辑CPU，Model name是CPU型号，CPU MHz是主频。这些信息在排查性能问题时很有用。

内存：

内存是主存储器，是CPU能直接寻址的存储空间，用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。内存是计算机中重要的部件之一，它是与CPU进行沟通的桥梁。内存由内存芯片、电路板、金手指等部分组成。

Linux下查看内存信息，可以用free -h：

[root@server ~]# free -h
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           3.8G        323M        3.4G         11M        183M        3.3G
Swap:          3.9G          0B        3.9G

硬盘：

硬盘是计算机最主要的存储设备。硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件，作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据。不同的硬盘接口决定着硬盘与计算机之间的连接速度，直接影响着程序运行快慢和系统性能好坏。

常见的硬盘接口类型有SATA、SAS、NL-SAS、SSD：

类型	主流转速(RPM)	主流容量(TB)	MTBF(h)	特点
SATA	7,200	1T/2T/3T	1,200,000	由ATA硬盘发展而来，SATA 3.0实现600MB/s最高数据传输率，年故障率约2%
SAS	15,000/10,000	0.6T/0.9T	1,600,000	专为满足高性能企业需求而设计，兼容SATA硬盘，传输率3.0Gb/s到6.0Gb/s，年故障率小于2%
NL-SAS	7,200	2T/3T/4T	1,200,000	带有SAS接口的"企业级SATA驱动器"，适用于分级存储，年故障率约2%
SSD	NA	0.6T/0.8T/1.2T/1.6T	2,000,000	固态硬盘，由控制单元和存储单元（FLASH芯片、DRAM芯片）组成，接口规范和功能与普通硬盘完全相同

Linux下查看硬盘信息，可以用lsblk：

[root@server ~]# lsblk
NAME            MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sda               8:0    0   20G  0 disk 
├─sda1            8:1    0    1G  0 part /boot
└─sda2            8:2    0   19G  0 part 
  ├─centos-root 253:0    0   17G  0 lvm  /
  └─centos-swap 253:1    0    2G  0 lvm  [SWAP]
sr0              11:0    1 1024M  0 rom  

RAID卡：

RAID卡又名磁盘阵列卡，简称阵列卡。它的作用是将若干硬盘驱动器按照一定要求组成一个整体，由阵列控制器管理的系统，可以提高磁盘子系统的性能及可靠性。

RAID（独立硬盘冗余阵列）利用虚拟化存储技术把多个硬盘组合起来，成为一个或多个硬盘阵列组，目的为提升性能或数据冗余，或是两者同时提升。硬件RAID有两种方式：内置插卡式（RAID卡插在服务器主板的PCIe插槽上）和外置独立式磁盘阵列（通过SCSI卡连接外部RAID控制器）。

软件RAID是在操作系统中通过安装软件的方式来实现RAID相应功能。特点是：不需要昂贵的RAID控制卡，提供了廉价的解决办法；但RAID功能完全依靠CPU执行，主机的CPU占用严重，如RAID 5的大量异或（XOR）操作。

Linux下查看RAID信息，可以用cat /proc/mdstat：

[root@server ~]# cat /proc/mdstat
Personalities : [raid0] [raid1] [raid6] [raid5] [raid4] 
md0 : active raid0 sdc[1] sdb[0]
      41908224 blocks super 1.2 512k chunks

unused devices: <none>

网卡：

网卡，又称为网络适配器或网络接口卡NIC（Network Interface Card），是构成计算机网络系统中最基本的、最重要的、必不可少的连接设备，计算机主要通过网卡接入网络。网卡主要功能包括：代表固定的网络地址、数据的发送与接收、数据的封装与解封、链路管理、编码与译码。

华为服务器网卡有几种形态：

• 板载网卡：集成在服务器主板的PCH芯片中，不可更换，对外提供2个GE电口+2个10G光口/电口，不占用PCIe插槽。
• PCIe标卡：华为有自研及外购的PCIe标卡网卡，可以配置在标准PCIe插槽中。
• 灵活IO插卡：华为自研网卡，非标准PCIe卡形态，只能用于华为机架服务器。
• Mezz卡：刀片服务器计算节点专用Mezz卡，只能用于华为E9000刀片服务器。

Linux下查看网卡信息，可以用ip link show：

[root@server ~]# ip link show
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:26:13:b5 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

电源和风扇：

电源和风扇是服务器稳定运行的重要保障。它们支持服务器的电力负载，支持冗余防止电源故障，具备故障预警和预防性维护功能，保证服务器持续运行。电源子系统包括智能电源、风扇、冗余电源和风扇。

2.3 服务器关键技术：IPMI/BMC

IPMI（Intelligent Platform Management Interface，智能平台管理接口）是一种开放标准的硬件管理接口规格，定义了嵌入式管理子系统进行通信的特定方法。IPMI信息通过基板管理控制器（BMC）进行交流，使用低级硬件智能管理而不使用操作系统进行管理。

BMC（Baseboard Management Controller，主板管理控制单元）是IPMI规范的核心，负责各路传感器的信号采集、处理、储存，以及各种器件运行状态的监控。BMC向机框管理板提供被管理对象的硬件状态及告警等信息，从而实现机框管理模块对被管理对象的设备管理功能。

华为服务器智能管理系统iBMC（Huawei Intelligent Baseboard Management Controller）是具有完全自主知识产权、面向服务器全生命周期的服务器嵌入式管理系统。它的功能包括：

• 状态监控：可检测CPU、内存、硬盘、SSD、PCIe、RAID、风扇、电源、温度、电压等。
• 故障诊断：CPU CATERR事件、电源故障、超温告警、风扇亚健康、存储介质故障。
• 诊断辅助：开关机录像、串口录音、临终截屏、临终录像。
• 运行记录：黑匣子Kbox、解析工具HWKbox。

在实际运维中，iBMC可以通过Web界面或IPMI工具远程管理服务器，比如远程开关机、查看硬件状态、收集日志等。这个功能在没有操作系统或者系统崩溃时特别有用。

2.4 服务器关键技术：BIOS

BIOS（Basic Input/Output System，基本输入输出系统）实际上是固化到计算机中的一组程序，为计算机系统提供最底层的、最直接的硬件控制服务，解决硬件的实时需求。

BIOS的功能包括：检测和初始化硬件、操作系统引导、高级电源管理。在服务器上，BIOS还负责配置RAID卡、设置启动顺序、开启虚拟化支持等。系统启动时按F2或Del键可以进入BIOS设置界面，不过不同厂商的服务器进入方式可能不同。

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三、课后总结

今天的内容偏概念，但非常重要。如果说第一阶段学的是"怎么操作Linux"，那第二阶段学的就是"云计算的底层逻辑和硬件基础"。没有这些概念打底，后面学虚拟化、OpenStack、Kubernetes会非常吃力。

云计算部分，我最大的收获是理解了云计算的本质：资源池化+服务化。虚拟化是云计算的技术基石，把物理资源抽象成资源池，然后通过IaaS、PaaS、SaaS三种模式对外提供服务。部署模式上，私有云、公有云、混合云各有适用场景，企业要根据自身需求选择。华为云、AWS、Azure这些厂商的产品体系虽然不同，但核心逻辑是一样的。

服务器部分，我重新认识了服务器的硬件组成。以前只知道CPU、内存、硬盘，现在知道了RAID卡、BMC、BIOS这些关键部件的作用。特别是iBMC，它相当于服务器的"带外管理"入口，即使操作系统挂了也能远程操作，这个在运维中非常实用。

踩过的坑：PPT里没有太多可以实操的命令，我自己补了一些查看CPU、内存、硬盘、RAID、网卡信息的命令，算是把概念和实操结合起来。另外，IPMI和BMC的关系一开始有点绕，后来想明白了：IPMI是协议标准，BMC是实现这个标准的硬件控制器，iBMC是华为对BMC的实现。

接下来第二阶段应该会进入虚拟化和云平台的实操，我已经有点迫不及待了。从命令行运维到云平台运维，这是一个很大的跨越，但也是云原生运维的必经之路。

希望这篇笔记能帮到同样在学云原生运维的朋友。云计算和服务器基础虽然概念多，但理解了之后，后面的学习会顺畅很多。大家一起加油！