云計算與容器云平臺技術原理及應用

第1章 云計算的特點 001
1.1 概述 001
1.1.1 云計算和容器技術在當今數(shù)字世界中的重要性 001
1.1.2 計算的演變：從傳統(tǒng)計算到云計算 001
1.2 云計算002
1.2.1 云計算的定義和原理 002
1.2.2 云計算的架構：前端和后端 002
1.2.3 云服務的類型：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 云計算的發(fā)展歷史：從網(wǎng)格計算到現(xiàn)代云 005
1.2.6 云計算的優(yōu)點 006
1.2.7 云計算的挑戰(zhàn) 006
1.2.8 云計算的發(fā)展趨勢 007
1.2.9 云計算的應用案例 007
1.3 虛擬化技術008
1.3.1 在云計算背景下理解虛擬化 008
1.3.2 虛擬機的概念 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 010
1.3.7 虛擬化的挑戰(zhàn) 010
1.3.8 虛擬化技術在實際中的應用和案例研究011
1.3.9 虛擬化技術的發(fā)展趨勢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：容器、鏡像、注冊表和編排 013
1.4.5 容器技術的發(fā)展歷史：從chroot 到Docker 和Kubernetes  014
1.4.6 容器技術的優(yōu)點和挑戰(zhàn) 014
1.4.7 容器技術的實際應用和案例研究 015
1.5 分布式技術 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)在云計算中的作用 016
1.5.4 分布式計算模型 017
1.5.5 分布式技術的發(fā)展歷史 017
1.5.6 分布式技術的優(yōu)點 018
1.5.7 分布式技術的挑戰(zhàn) 018
1.5.8 分布式技術的實際應用和案例研究 018
第2章 Docker 基礎與核心原理 019
2.1 概述 019
2.1.1 Docker 定義 019
2.1.2 Docker 的重要性和在當前技術領域中的應用 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 基礎概念 021
2.3.1 Docker 與虛擬機的區(qū)別 021
2.3.2 Docker 架構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024
2.4 安裝和設置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 驗證Docker 的安裝040
2.4.5 運行第一個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 的結構 045
2.6.3 如何編寫Dockerfile  046
2.6.4 從Dockerfile 構建鏡像048
2.7 Docker Compose 049
2.7.1 Docker Compose 的定義和功能 050
2.7.2 Docker Compose 的使用場景 050
2.7.3 如何編寫Docker Compose 文件 050
2.7.4 部署多容器應用 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 的使用場景 053
2.8.3 如何使用Docker Swarm 進行容器編排 054
2.8.4 選擇Docker Swarm 還是Kubernetes：對比及適用場景 055
2.9 Docker 的安全性056
2.9.1 Docker 的安全性考慮 056
2.9.2 Docker 的安全最佳實踐 056
2.10 Docker 的發(fā)展趨勢057
第3章 Docker 的實踐技巧 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 058
3.1.3 如何在項目中實踐容器化思維 059
3.1.4 容器化思維的挑戰(zhàn)與解決方案 059
3.2 Docker 的最佳實踐介紹060
3.2.1 什么是Docker 的最佳實踐 060
3.2.2 為什么需要遵循Docker 的最佳實踐 060
3.3 Docker file 的最佳實踐 061
3.3.1 如何編寫高效的Docker file  061
3.3.2 Docker file 的結構和命令最佳實踐 062
3.3.3 Docker file 的安全最佳實踐 063
3.3.4 Docker file 最佳實踐的案例 064
3.4 Docker 鏡像的最佳實踐066
3.4.1 如何構建和管理Docker 鏡像 066
3.4.2 Docker 鏡像的安全最佳實踐 066  
3.4.3 Docker 鏡像的存儲和版本管理最佳實踐067
3.4.4 Docker 鏡像最佳實踐的案例067
3.5 Docker 容器的最佳實踐069
3.5.1 如何有效地運行和管理Docker 容器069
3.5.2 Docker 容器的安全最佳實踐070
3.5.3 Docker 容器的數(shù)據(jù)管理和持久化最佳實踐 071
3.5.4 Docker 容器最佳實踐的案例072
3.6 Docker 網(wǎng)絡和存儲的最佳實踐074
3.6.1 Docker 網(wǎng)絡配置的最佳實踐074
3.6.2 Docker 存儲和數(shù)據(jù)卷管理的最佳實踐075
3.6.3 Docker 網(wǎng)絡和存儲最佳實踐的案例078
3.7 Docker 在生產(chǎn)環(huán)境中的最佳實踐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踐082
3.7.3 如何處理Docker 的故障和性能問題082
3.8 實踐環(huán)節(jié)083
3.8.1 實踐一：使用Docker file 構建應用鏡像083
3.8.2 實踐二：管理和運行Docker 容器085
3.8.3 實踐三：使用Docker 網(wǎng)絡和存儲086
3.8.4 實踐四：在生產(chǎn)環(huán)境中部署和運行Docker 應用089
3.8.5 實踐五：處理Docker 應用的故障和性能問題092
第4章 容器云平臺技術與實踐 094
4.1 容器云平臺的概念和特性094
4.1.1 什么是容器云平臺094
4.1.2 容器云平臺的主要特性095
4.1.3 容器云平臺的應用場景096
4.2 容器云平臺的核心技術096
4.2.1 容器調(diào)度技術096
4.2.2 服務發(fā)現(xiàn)和負載均衡097
4.2.3 自動擴縮容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 101
4.3 容器云平臺的主要產(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 其他容器云平臺產(chǎn)品 107  
4.4 Kubernetes 平臺 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 上的實踐 124
4.5 容器云平臺的最佳實踐 137
4.5.1 如何選擇合適的容器云平臺 137
4.5.2 如何在容器云平臺上部署應用 138
4.5.3 如何管理和維護容器云平臺 139
4.5.4 容器云平臺的監(jiān)控和日志管理 140
4.5.5 容器云平臺的安全最佳實踐 140
4.5.6 容器云平臺最佳實踐的案例141
4.6 容器云平臺的未來展望 143
第5章 分布式系統(tǒng)基礎與挑戰(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 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)的復雜性 148
5.2.2 網(wǎng)絡延遲和分區(qū) 149
5.2.3 一致性問題 149
5.2.4 容錯性和可用性 150
5.2.5 安全性151
5.3 分布式相關理論 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 165
5.4.1 云計算和邊緣計算 165
5.4.2 容器化和服務網(wǎng)格 165
5.4.3 自動化和智能化 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 168
第6章 分布式數(shù)據(jù)存儲和計算 169
6.1 分布式數(shù)據(jù)存儲 169
6.1.1 分布式文件系統(tǒng) 169
6.1.2 分布式數(shù)據(jù)庫 171
6.1.3 數(shù)據(jù)一致性 174
6.1.4 數(shù)據(jù)分片和復制 177
6.1.5 分布式存儲系統(tǒng)的案例 181
6.2 分布式計算模型 186
6.2.1 MapReduce  186
6.2.2 流處理 190
6.2.3 批處理200
6.2.4 分布式計算的挑戰(zhàn)與解決方法203
6.2.5 分布式計算系統(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)化實戰(zhàn) 210
6.4 分布式系統(tǒng)的容錯和恢復 211
6.4.1 容錯機制 211
6.4.2 系統(tǒng)恢復 212
6.4.3 容錯與恢復實戰(zhàn) 213
6.5 實戰(zhàn)分布式系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 218
6.5.1 設計思路 218
6.5.2 系統(tǒng)實現(xiàn) 219
6.5.3 編程實戰(zhàn) 221
第7章 分布式協(xié)調(diào)服務與設計模式 236
7.1 分布式協(xié)調(diào)服務概述236
7.1.1 分布式協(xié)調(diào)服務的定義236
7.1.2 分布式協(xié)調(diào)服務的作用和重要性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 實踐環(huán)節(jié)：使用Zookeeper 進行服務注冊和發(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 進行服務注冊和發(fā)現(xiàn) 248
7.3.4 Raft 算法 250
7.3.5 實踐環(huán)節(jié)：使用etcd 存儲和管理配置信息 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)議的應用案例 255
7.4.4 實踐環(huán)節(jié)：模擬Paxos 協(xié)議的工作流程 256
7.5 分布式系統(tǒng)的設計模式258
7.5.1 分布式系統(tǒng)設計模式的概述 258
7.5.2 常見的分布式系統(tǒng)設計模式 259
7.5.3 分布式系統(tǒng)設計模式的應用案例 275
7.5.4 實踐環(huán)節(jié)：設計一個微服務架構 276
7.6 微服務的設計與部署277
7.6.1 微服務的概念和特性 277
7.6.2 微服務的設計原則 278
7.6.3 微服務的數(shù)據(jù)管理 279
7.6.4 服務間的通信 281
7.6.5 微服務的部署策略 282
7.6.6 實踐環(huán)節(jié)：部署一個微服務應用 283
第8章 分布式系統(tǒng)的測試與監(jiān)控 297
8.1 分布式系統(tǒng)的測試297
8.1.1 測試的必要性 297
8.1.2 分布式系統(tǒng)測試的挑戰(zhàn) 297
8.1.3 分布式系統(tǒng)的測試策略和方法 298
8.1.4 實踐環(huán)節(jié)：使用工具進行分布式系統(tǒng)的測試 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 實踐環(huán)節(jié)：使用Prometheus 和Grafana 進行分布式系統(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 實踐環(huán)節(jié)：使用ELK Stack 進行分布式系統(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 實踐環(huán)節(jié)：使用工具進行分布式系統(tǒng)的性能分析和優(yōu)化 314
第9章 分布式系統(tǒng)的實踐技巧 317
9.1 實戰(zhàn)案例 317
9.1.1 案例一：分布式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的實現(xiàn) 317
9.1.2 案例二：基于區(qū)塊鏈的分布式應用（Python 版本）  321
9.1.3 案例三：基于區(qū)塊鏈的分布式應用（Golang 版本）329
9.2 最佳實踐349
9.2.1 設計原則和方法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352