本書系統(tǒng)全面地介紹了云計(jì)算和容器技術(shù)的原理、架構(gòu)和應(yīng)用。內(nèi)容主要包括云計(jì)算基礎(chǔ)，Docker 核心原理與應(yīng)用，容器云平臺(tái)技術(shù)與實(shí)踐以及分布式系統(tǒng)中如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)計(jì)算、協(xié)調(diào)服務(wù)與設(shè)計(jì)、測(cè)試與監(jiān)控等的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。每部分內(nèi)容以原理、架構(gòu)、案例和最佳實(shí)踐的思路展開，并通過(guò)豐富的案例練習(xí)與講解，幫助讀者深入理解核心知識(shí)，上手實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)。本書適合從事云計(jì)算和容器技術(shù)工作的專業(yè)人員，如系統(tǒng)管理員、開發(fā)工程師、架構(gòu)師等閱讀學(xué)習(xí)，也可供計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息技術(shù)領(lǐng)域的研究人員與師生參考。
隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，能夠提供強(qiáng)大計(jì)算能力和靈活性的云計(jì)算與容器技術(shù)逐漸成為現(xiàn)代企業(yè)不可或缺的一部分，它們?yōu)槠髽I(yè)提供了高效、靈活和可擴(kuò)展的計(jì)算資源，使得應(yīng)用程序的開發(fā)和部署變得更加簡(jiǎn)單和快捷，從而更好適應(yīng)市場(chǎng)變化和業(yè)務(wù)需求。為了滿足廣大技術(shù)人員的學(xué)習(xí)需求，我們編寫了本書，旨在幫助讀者深入掌握云計(jì)算和容器技術(shù)的原理、架構(gòu)和應(yīng)用，并更好地應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目中。
本書在系統(tǒng)介紹云計(jì)算和容器技術(shù)的基本概念和原理的同時(shí)，深入講解了相關(guān)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的最佳實(shí)踐和技巧。讀者可以通過(guò)本書全面了解云計(jì)算和容器技術(shù)的發(fā)展歷程、特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，掌握Docker 的核心原理和使用技巧，并學(xué)習(xí)如何構(gòu)建和管理容器云平臺(tái)，如Kubernetes 平臺(tái)的核心組件、原理、配置、安全性等，以及相應(yīng)的應(yīng)用部署與最佳實(shí)踐。此外，本書還涵蓋了分布式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等知識(shí)，深入講解了分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算的相關(guān)技術(shù)、分布式協(xié)調(diào)服務(wù)和設(shè)計(jì)模式的應(yīng)用以及分布式系統(tǒng)的測(cè)試與監(jiān)控，并通過(guò)分布式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、基于區(qū)塊鏈的分布式應(yīng)用（Python 版本）、基于區(qū)塊鏈的分布式應(yīng)用（Golang 版本）等案例講解分布式系統(tǒng)的實(shí)踐技巧。
全書每個(gè)章節(jié)都經(jīng)過(guò)精心編排，以定義、原理、架構(gòu)、案例和最佳實(shí)踐等模塊展開，用清晰準(zhǔn)確的語(yǔ)言、結(jié)構(gòu)化的內(nèi)容和深入淺出的講解風(fēng)格，搭配豐富的實(shí)踐案例講解，幫助讀者從理論到實(shí)踐，逐步深入理解和掌握核心知識(shí)，全面提升技能。書中主要案例源程序請(qǐng)?jiān)L問化學(xué)工業(yè)出版社官網(wǎng)資源下載模塊搜索本書書名下載，網(wǎng)址：https://www.cip.com.cn/Service/Download。
本書適合從事云計(jì)算和容器技術(shù)工作的專業(yè)人士，如系統(tǒng)管理員、開發(fā)工程師、架構(gòu)師等閱讀學(xué)習(xí)，也可供計(jì)算機(jī)科學(xué)和信息技術(shù)領(lǐng)域的研究人員和師生參考。
本書的編寫是團(tuán)隊(duì)努力的成果，編寫過(guò)程中我們汲取了大量學(xué)術(shù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，力求將最新的技術(shù)發(fā)展和最佳實(shí)踐融入書中。在此，要向所有為本書編寫提供幫助的專家表示衷心的感謝。最后，希望本書能夠成為讀者學(xué)習(xí)和應(yīng)用云計(jì)算與容器技術(shù)的重要參考資料，助力于實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)與部署。
由于編寫時(shí)間倉(cāng)促，且云計(jì)算與容器技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展迅速，新的技術(shù)和應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，書中難免存在不足之處，懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。
編著者
第1章 云計(jì)算的特點(diǎn) 001
1.1 概述 001
1.1.1 云計(jì)算和容器技術(shù)在當(dāng)今數(shù)字世界中的重要性 001
1.1.2 計(jì)算的演變：從傳統(tǒng)計(jì)算到云計(jì)算 001
1.2 云計(jì)算002
1.2.1 云計(jì)算的定義和原理 002
1.2.2 云計(jì)算的架構(gòu)：前端和后端 002
1.2.3 云服務(wù)的類型：IaaS、PaaS、SaaS 及其示例 003
1.2.4 云部署模型：公有云、私有云、混合云和社區(qū)云 004
1.2.5 云計(jì)算的發(fā)展歷史：從網(wǎng)格計(jì)算到現(xiàn)代云 005
1.2.6 云計(jì)算的優(yōu)點(diǎn) 006
1.2.7 云計(jì)算的挑戰(zhàn) 006
1.2.8 云計(jì)算的發(fā)展趨勢(shì) 007
1.2.9 云計(jì)算的應(yīng)用案例 007
1.3 虛擬化技術(shù)008
1.3.1 在云計(jì)算背景下理解虛擬化 008
1.3.2 虛擬機(jī)的概念 008
1.3.3 虛擬化的類型 009
1.3.4 管理虛擬環(huán)境的超級(jí)管理程序的作用 009
1.3.5 虛擬化的發(fā)展歷史 009
1.3.6 虛擬化的優(yōu)點(diǎn) 010
1.3.7 虛擬化的挑戰(zhàn) 010
1.3.8 虛擬化技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用和案例研究011
1.3.9 虛擬化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)011
1.4 容器和容器云 012
1.4.1 容器的定義和原理 012
1.4.2 虛擬化和容器化的區(qū)別 012
1.4.3 容器編排和Kubernetes 的介紹 013
1.4.4 容器云的架構(gòu)：容器、鏡像、注冊(cè)表和編排 013
1.4.5 容器技術(shù)的發(fā)展歷史：從chroot 到Docker 和Kubernetes 014
1.4.6 容器技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和挑戰(zhàn) 014
1.4.7 容器技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和案例研究 015
1.5 分布式技術(shù) 015
1.5.1 理解分布式系統(tǒng) 015
1.5.2 分布式系統(tǒng)的原理和特性 016
1.5.3 分布式系統(tǒng)在云計(jì)算中的作用 016
1.5.4 分布式計(jì)算模型 017
1.5.5 分布式技術(shù)的發(fā)展歷史 017
1.5.6 分布式技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 018
1.5.7 分布式技術(shù)的挑戰(zhàn) 018
1.5.8 分布式技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和案例研究 018
第2章 Docker 基礎(chǔ)與核心原理 019
2.1 概述 019
2.1.1 Docker 定義 019
2.1.2 Docker 的重要性和在當(dāng)前技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用 019
2.2 Docker 的歷史020
2.2.1 Docker 的創(chuàng)始020
2.2.2 Docker 的發(fā)展歷程020
2.3 Docker 基礎(chǔ)概念 021
2.3.1 Docker 與虛擬機(jī)的區(qū)別 021
2.3.2 Docker 架構(gòu)022
2.3.3 Docker 核心組件的介紹023
2.3.4 Docker 工作流程024
2.3.5 Docker 的底層技術(shù)024
2.4 安裝和設(shè)置029
2.4.1 在Windows 上安裝Docker 030
2.4.2 在Linux 上安裝Docker 032
2.4.3 在Mac 上安裝Docker040
2.4.4 驗(yàn)證Docker 的安裝040
2.4.5 運(yùn)行第一個(gè)Docker 容器 041
2.5 Docker 核心概念和工作流程042
2.5.1 Docker 鏡像管理042
2.5.2 Docker 容器生命周期管理 043
2.6 Docker file 044
2.6.1 Docker file 的定義和目的 044
2.6.2 Docker file 的結(jié)構(gòu) 045
2.6.3 如何編寫Dockerfile 046
2.6.4 從Dockerfile 構(gòu)建鏡像048
2.7 Docker Compose 049
2.7.1 Docker Compose 的定義和功能 050
2.7.2 Docker Compose 的使用場(chǎng)景 050
2.7.3 如何編寫Docker Compose 文件 050
2.7.4 部署多容器應(yīng)用 051
2.7.5 Docker Compose 命令和工作流程 051
2.8 Docker Swarm 052
2.8.1 Docker Swarm 的定義和功能 052
2.8.2 Docker Swarm 的使用場(chǎng)景 053
2.8.3 如何使用Docker Swarm 進(jìn)行容器編排 054
2.8.4 選擇Docker Swarm 還是Kubernetes：對(duì)比及適用場(chǎng)景 055
2.9 Docker 的安全性056
2.9.1 Docker 的安全性考慮 056
2.9.2 Docker 的安全最佳實(shí)踐 056
2.10 Docker 的發(fā)展趨勢(shì)057
第3章 Docker 的實(shí)踐技巧 058
3.1 理解并掌握容器化思維058
3.1.1 什么是容器化思維 058
3.1.2 容器化思維的優(yōu)勢(shì) 058
3.1.3 如何在項(xiàng)目中實(shí)踐容器化思維 059
3.1.4 容器化思維的挑戰(zhàn)與解決方案 059
3.2 Docker 的最佳實(shí)踐介紹060
3.2.1 什么是Docker 的最佳實(shí)踐 060
3.2.2 為什么需要遵循Docker 的最佳實(shí)踐 060
3.3 Docker file 的最佳實(shí)踐 061
3.3.1 如何編寫高效的Docker file 061
3.3.2 Docker file 的結(jié)構(gòu)和命令最佳實(shí)踐 062
3.3.3 Docker file 的安全最佳實(shí)踐 063
3.3.4 Docker file 最佳實(shí)踐的案例 064
3.4 Docker 鏡像的最佳實(shí)踐066
3.4.1 如何構(gòu)建和管理Docker 鏡像 066
3.4.2 Docker 鏡像的安全最佳實(shí)踐 066
3.4.3 Docker 鏡像的存儲(chǔ)和版本管理最佳實(shí)踐067
3.4.4 Docker 鏡像最佳實(shí)踐的案例067
3.5 Docker 容器的最佳實(shí)踐069
3.5.1 如何有效地運(yùn)行和管理Docker 容器069
3.5.2 Docker 容器的安全最佳實(shí)踐070
3.5.3 Docker 容器的數(shù)據(jù)管理和持久化最佳實(shí)踐 071
3.5.4 Docker 容器最佳實(shí)踐的案例072
3.6 Docker 網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)的最佳實(shí)踐074
3.6.1 Docker 網(wǎng)絡(luò)配置的最佳實(shí)踐074
3.6.2 Docker 存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)卷管理的最佳實(shí)踐075
3.6.3 Docker 網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)最佳實(shí)踐的案例078
3.7 Docker 在生產(chǎn)環(huán)境中的最佳實(shí)踐079
3.7.1 如何選擇適合生產(chǎn)環(huán)境的Docker 版本和配置079
3.7.2 Docker 在生產(chǎn)環(huán)境中的監(jiān)控和日志管理最佳實(shí)踐082
3.7.3 如何處理Docker 的故障和性能問題082
3.8 實(shí)踐環(huán)節(jié)083
3.8.1 實(shí)踐一：使用Docker file 構(gòu)建應(yīng)用鏡像083
3.8.2 實(shí)踐二：管理和運(yùn)行Docker 容器085
3.8.3 實(shí)踐三：使用Docker 網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)086
3.8.4 實(shí)踐四：在生產(chǎn)環(huán)境中部署和運(yùn)行Docker 應(yīng)用089
3.8.5 實(shí)踐五：處理Docker 應(yīng)用的故障和性能問題092
第4章 容器云平臺(tái)技術(shù)與實(shí)踐 094
4.1 容器云平臺(tái)的概念和特性094
4.1.1 什么是容器云平臺(tái)094
4.1.2 容器云平臺(tái)的主要特性095
4.1.3 容器云平臺(tái)的應(yīng)用場(chǎng)景096
4.2 容器云平臺(tái)的核心技術(shù)096
4.2.1 容器調(diào)度技術(shù)096
4.2.2 服務(wù)發(fā)現(xiàn)和負(fù)載均衡097
4.2.3 自動(dòng)擴(kuò)縮容099
4.2.4 持續(xù)集成和持續(xù)部署 100
4.2.5 容器安全技術(shù) 101
4.3 容器云平臺(tái)的主要產(chǎn)品和解決方案 102
4.3.1 Docker Swarm 102
4.3.2 Kubernetes 103
4.3.3 OpenShift 105
4.3.4 Mesos/Marathon 106
4.3.5 其他容器云平臺(tái)產(chǎn)品 107
4.4 Kubernetes 平臺(tái) 111
4.4.1 Kubernetes 的核心組件 111
4.4.2 Kubernetes 的核心原理116
4.4.3 Kubernetes 的配置管理118
4.4.4 Kubernetes 的安全性121
4.4.5 在Kubernetes 上的實(shí)踐 124
4.5 容器云平臺(tái)的最佳實(shí)踐 137
4.5.1 如何選擇合適的容器云平臺(tái) 137
4.5.2 如何在容器云平臺(tái)上部署應(yīng)用 138
4.5.3 如何管理和維護(hù)容器云平臺(tái) 139
4.5.4 容器云平臺(tái)的監(jiān)控和日志管理 140
4.5.5 容器云平臺(tái)的安全最佳實(shí)踐 140
4.5.6 容器云平臺(tái)最佳實(shí)踐的案例141
4.6 容器云平臺(tái)的未來(lái)展望 143
第5章 分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)與挑戰(zhàn) 144
5.1 分布式系統(tǒng)概述和特性 144
5.1.1 定義和概述 144
5.1.2 分布式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 145
5.1.3 分布式系統(tǒng)的組成部分 146
5.1.4 分布式系統(tǒng)的類型 146
5.1.5 分布式系統(tǒng)的通信模型 147
5.2 分布式系統(tǒng)的挑戰(zhàn) 148
5.2.1 分布式系統(tǒng)的復(fù)雜性 148
5.2.2 網(wǎng)絡(luò)延遲和分區(qū) 149
5.2.3 一致性問題 149
5.2.4 容錯(cuò)性和可用性 150
5.2.5 安全性151
5.3 分布式相關(guān)理論 152
5.3.1 CAP 理論 152
5.3.2 BASE 理論 159
5.3.3 二階段提交和三階段提交 162
5.4 分布式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 165
5.4.1 云計(jì)算和邊緣計(jì)算 165
5.4.2 容器化和服務(wù)網(wǎng)格 165
5.4.3 自動(dòng)化和智能化 166
5.5 分布式系統(tǒng)的案例分析 166
5.5.1 大型分布式系統(tǒng)的案例分析 167
5.5.2 中小型分布式系統(tǒng)的案例分析 167
5.6 本章小結(jié) 168
第6章 分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算 169
6.1 分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 169
6.1.1 分布式文件系統(tǒng) 169
6.1.2 分布式數(shù)據(jù)庫(kù) 171
6.1.3 數(shù)據(jù)一致性 174
6.1.4 數(shù)據(jù)分片和復(fù)制 177
6.1.5 分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)的案例 181
6.2 分布式計(jì)算模型 186
6.2.1 MapReduce 186
6.2.2 流處理 190
6.2.3 批處理200
6.2.4 分布式計(jì)算的挑戰(zhàn)與解決方法203
6.2.5 分布式計(jì)算系統(tǒng)的案例206
6.3 分布式系統(tǒng)的性能和優(yōu)化207
6.3.1 性能監(jiān)控與分析207
6.3.2 性能優(yōu)化208
6.3.3 優(yōu)化實(shí)戰(zhàn) 210
6.4 分布式系統(tǒng)的容錯(cuò)和恢復(fù) 211
6.4.1 容錯(cuò)機(jī)制 211
6.4.2 系統(tǒng)恢復(fù) 212
6.4.3 容錯(cuò)與恢復(fù)實(shí)戰(zhàn) 213
6.5 實(shí)戰(zhàn)分布式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 218
6.5.1 設(shè)計(jì)思路 218
6.5.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 219
6.5.3 編程實(shí)戰(zhàn) 221
第7章 分布式協(xié)調(diào)服務(wù)與設(shè)計(jì)模式 236
7.1 分布式協(xié)調(diào)服務(wù)概述236
7.1.1 分布式協(xié)調(diào)服務(wù)的定義236
7.1.2 分布式協(xié)調(diào)服務(wù)的作用和重要性237
7.2 分布式協(xié)調(diào)系統(tǒng)Zookeeper 239
7.2.1 Zookeeper 系統(tǒng)的概述239
7.2.2 Zookeeper 系統(tǒng)的核心功能240
7.2.3 Zookeeper 系統(tǒng)的工作原理242
7.2.4 實(shí)踐環(huán)節(jié)：使用Zookeeper 進(jìn)行服務(wù)注冊(cè)和發(fā)現(xiàn)244
7.3 分布式協(xié)調(diào)系統(tǒng)etcd246
7.3.1 etcd 系統(tǒng)的概述 246
7.3.2 etcd 系統(tǒng)的核心功能 247
7.3.3 etcd 系統(tǒng)的工作原理及使用etcd 進(jìn)行服務(wù)注冊(cè)和發(fā)現(xiàn) 248
7.3.4 Raft 算法 250
7.3.5 實(shí)踐環(huán)節(jié)：使用etcd 存儲(chǔ)和管理配置信息 251
7.4 Paxos 協(xié)議254
7.4.1 Paxos 協(xié)議的基本概念 254
7.4.2 Paxos 協(xié)議的工作原理 255
7.4.3 Paxos 協(xié)議的應(yīng)用案例 255
7.4.4 實(shí)踐環(huán)節(jié)：模擬Paxos 協(xié)議的工作流程 256
7.5 分布式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式258
7.5.1 分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式的概述 258
7.5.2 常見的分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式 259
7.5.3 分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式的應(yīng)用案例 275
7.5.4 實(shí)踐環(huán)節(jié)：設(shè)計(jì)一個(gè)微服務(wù)架構(gòu) 276
7.6 微服務(wù)的設(shè)計(jì)與部署277
7.6.1 微服務(wù)的概念和特性 277
7.6.2 微服務(wù)的設(shè)計(jì)原則 278
7.6.3 微服務(wù)的數(shù)據(jù)管理 279
7.6.4 服務(wù)間的通信 281
7.6.5 微服務(wù)的部署策略 282
7.6.6 實(shí)踐環(huán)節(jié)：部署一個(gè)微服務(wù)應(yīng)用 283
第8章 分布式系統(tǒng)的測(cè)試與監(jiān)控 297
8.1 分布式系統(tǒng)的測(cè)試297
8.1.1 測(cè)試的必要性 297
8.1.2 分布式系統(tǒng)測(cè)試的挑戰(zhàn) 297
8.1.3 分布式系統(tǒng)的測(cè)試策略和方法 298
8.1.4 實(shí)踐環(huán)節(jié)：使用工具進(jìn)行分布式系統(tǒng)的測(cè)試 299
8.2 分布式系統(tǒng)的監(jiān)控302
8.2.1 監(jiān)控的重要性 302
8.2.2 分布式系統(tǒng)監(jiān)控的復(fù)雜性 302
8.2.3 分布式系統(tǒng)的監(jiān)控策略和方法 303
8.2.4 實(shí)踐環(huán)節(jié)：使用Prometheus 和Grafana 進(jìn)行分布式系統(tǒng)監(jiān)控 304
8.3 日志在分布式系統(tǒng)中的應(yīng)用307
8.3.1 日志的必要性 307
8.3.2 日志在分布式系統(tǒng)中的挑戰(zhàn) 307
8.3.3 分布式日志收集和分析 308
8.3.4 實(shí)踐環(huán)節(jié)：使用ELK Stack 進(jìn)行分布式系統(tǒng)的日志管理309
8.4 分布式系統(tǒng)的故障排查和性能優(yōu)化 312
8.4.1 故障排查和性能優(yōu)化的重要性 312
8.4.2 故障排查的策略和方法 312
8.4.3 性能優(yōu)化的策略和方法 313
8.4.4 實(shí)踐環(huán)節(jié)：使用工具進(jìn)行分布式系統(tǒng)的性能分析和優(yōu)化 314
第9章 分布式系統(tǒng)的實(shí)踐技巧 317
9.1 實(shí)戰(zhàn)案例 317
9.1.1 案例一：分布式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 317
9.1.2 案例二：基于區(qū)塊鏈的分布式應(yīng)用（Python 版本） 321
9.1.3 案例三：基于區(qū)塊鏈的分布式應(yīng)用（Golang 版本）329
9.2 最佳實(shí)踐349
9.2.1 設(shè)計(jì)原則和方法349
9.2.2 數(shù)據(jù)一致性和可用性保障350
9.2.3 性能優(yōu)化和故障排除 351
9.2.4 安全性和隱私保護(hù)352
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