云计算基础与底层核心技术

课程背景

企业数字化转型的底层驱动力来自虚拟化与云化技术。传统运维工程师往往只接触过商业虚拟化产品（如VMware），对开源虚拟化原理（KVM、QEMU）、软件定义网络（SDN）等底层机制缺乏系统认知。本课程从云计算演进史出发，深入讲解计算虚拟化（CPU/内存/IO）、网络虚拟化（VLAN/VXLAN）的核心原理，为后续私有云、公有云、云原生学习打下坚实的底层基础。

课程收益

掌握IT基础设施从物理机到云原生的演进逻辑

理解NIST云计算五大基本特征及IaaS/PaaS/SaaS/Serverless服务模型

深入理解Type1/Type2 Hypervisor架构，掌握KVM与QEMU底层工作机制

掌握VLAN局限性及VXLAN隧道协议封装解封装原理

能够手动编译加载KVM模块，创建QEMU-KVM虚拟机并配置网络

课程特色

底层原理导向：不浮于概念，深入CPU虚拟化（VT-x）、内存虚拟化、设备模拟

实战驱动：裸机环境手动构建KVM虚拟化底座

公私双修先导：为后续OpenStack和公有云网络打基础

课程对象

传统运维/系统管理员，希望向云时代演进

希望系统学习云计算底层原理的开发工程师、架构师

准备学习OpenStack或K8s的学员（作为前置课程）

前置知识：Linux基础操作（命令行、文件系统、进程管理）、网络基础（IP、路由）

课程时长

3天（共21小时）

课程大纲

单元1：云计算导论（0.5天）

第1课：云计算演进与标准（0.25天）

章节1：IT基础设施演进史（物理机→虚拟化→容器→云原生）

章节2：NIST云计算五大基本特征解析（按需自服务、网络接入、资源池化、快速弹性、可度量服务）

第2课：云服务与部署模型（0.25天）

章节1：服务模型深度对比（IaaS、PaaS、SaaS、Serverless）

章节2：部署架构选型与边界（公有云、私有云、混合云、多云）

单元2：计算虚拟化核心技术（1.5天）

第1课：Hypervisor架构原理（0.75天）

章节1：Type1（裸金属）与Type2（宿主）架构对比

章节2：CPU虚拟化（VT-x/AMD-V）与内存分配机制（影子页表、EPT）

第2课：KVM与QEMU底层机制（0.75天）

章节1：KVM模块在Linux内核中的工作流

章节2：QEMU设备模拟机制与IO处理路径（VirtIO半虚拟化）

实践：检查宿主机KVM支持，加载kvm模块

单元3：软件定义网络基础（1天）

第1课：网络虚拟化概念（0.5天）

章节1：网络功能虚拟化（NFV）与大二层网络演进

章节2：虚拟交换机基础工作原理（Linux Bridge、OVS）

第2课：隧道协议与隔离（0.5天）

章节1：VLAN在大规模数据中心的局限性（4094上限、广播风暴）

章节2：VXLAN隧道协议封装解封装机制（VTEP、24位VNI）

实践：手动创建VXLAN隧道，验证跨主机二层互通

【模块核心实验】：构建基于KVM的单节点虚拟化底座

在裸机上手动编译加载KVM模块，使用QEMU-KVM创建虚拟机。配置Linux Bridge实现宿主机外网通信，通过VNC观察底层IO变化。