Google Cloud Platform (GCP) 介绍与入门指南 – wiki基地

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深入探索 Google Cloud Platform (GCP)：全面介绍与入门实战指南

在当今数字化的浪潮中，云计算已成为企业和开发者不可或缺的基础设施。它提供了前所未有的灵活性、可扩展性和成本效益，让创新得以加速，业务能够腾飞。在众多云计算服务提供商中，Google Cloud Platform (GCP) 凭借其强大的技术实力、前沿的创新能力以及遍布全球的基础设施，赢得了广泛的认可和青睐。

本文旨在为读者提供一个全面深入的 GCP 介绍，并提供一份详实的入门指南，帮助初学者快速了解 GCP 的核心概念、主要服务以及如何迈出在 GCP 上构建和部署应用的第一步。

第一部分：认识 Google Cloud Platform (GCP)

1. 什么是云计算？

在深入了解 GCP 之前，我们先简要回顾一下云计算的概念。简单来说，云计算是指通过互联网提供计算资源（如服务器、存储、数据库、网络、软件等）的一种模式。用户无需购买、建设和维护昂贵的物理基础设施，只需按需使用并支付相应费用。云计算通常分为三种服务模式：

• IaaS (Infrastructure as a Service)： 提供虚拟机、存储、网络等基础IT资源。用户拥有操作系统和应用的完全控制权。（例如：GCP 的 Compute Engine）
• PaaS (Platform as a Service)： 提供用于开发、运行和管理应用程序的平台。用户专注于代码开发，无需关心底层基础设施。（例如：GCP 的 App Engine, Cloud Run）
• SaaS (Software as a Service)： 提供可以直接使用的软件应用。用户通过互联网访问，无需安装和管理。（例如：Google Workspace，非典型的狭义云计算服务，但属于云交付模式）

同时，云计算还分为不同的部署模式：

• 公有云 (Public Cloud)： 由第三方服务商拥有和运营，通过互联网向公众提供服务。（例如：GCP, AWS, Azure）
• 私有云 (Private Cloud)： 专为单个组织构建和运营的云基础设施，通常位于组织内部或由第三方托管。
• 混合云 (Hybrid Cloud)： 结合了公有云和私有云，允许数据和应用在这两者之间共享和移动。
• 多云 (Multi-Cloud)： 使用来自多个公有云提供商的服务。

2. GCP 在云计算领域的地位

Google Cloud Platform 是 Google 提供的公有云计算服务套件。它继承了 Google 在数据中心技术、网络基础设施、数据分析、机器学习和人工智能等领域的深厚积累。GCP 与亚马逊网络服务 (AWS) 和微软 Azure 并列为全球领先的三大公有云提供商，并在特定领域（如大数据、AI/ML、容器技术）具有独特的优势。

GCP 的核心理念是将 Google 用于自身大规模服务（如 Google 搜索、YouTube、Gmail 等）的技术和基础设施开放给企业和开发者使用。这意味着用户可以享受到与 Google 内部服务相同的高性能、高可靠性和创新能力。

3. GCP 的核心概念

在开始使用 GCP 之前，理解几个关键的核心概念至关重要：

• 项目 (Project)： GCP 的基本组织单元。所有 GCP 资源（虚拟机、存储桶、数据库等）、IAM（身份与访问管理）策略、API 设置以及账单都与一个特定的项目关联。你可以创建多个项目来隔离不同的应用、环境（开发、测试、生产）或团队。每个项目都有一个唯一的项目ID和项目编号。
• 区域 (Region) 和区域 (Zone)： GCP 的基础设施分布在全球不同的地理位置。一个“区域”是一个特定的地理区域（如 us-central1, europe-west2）。一个“区域”包含一个或多个“区域 (Zone)”。区域是一个独立的数据中心或一组数据中心，它们之间有低延迟、高带宽的网络连接。区域内的区域之间通常是同步复制的，提供高可用性。选择靠近用户或服务所在地的区域可以减少延迟。
• 资源 (Resource)： GCP 中的具体服务实例，如一个虚拟机实例 (Compute Engine Instance)、一个存储桶 (Cloud Storage Bucket)、一个数据库实例 (Cloud SQL Instance) 等。资源总是属于某个特定的项目，并且通常部署在某个特定的区域或区域内。
• IAM (Identity and Access Management)： GCP 的访问控制系统。它允许你精细地控制“谁”（身份，如用户、组、服务账号）对“什么资源”（哪些项目、服务、具体实例）执行“什么操作”（权限，如读、写、删除）。IAM 基于“角色”概念，角色是一组权限的集合。通过为身份分配角色，你可以管理其对资源的访问权限。
• 账单账户 (Billing Account)： 用于跟踪 GCP 资源使用费用并进行支付。一个账单账户可以关联到一个或多个项目。项目必须关联到账单账户才能使用付费服务。

4. GCP 的主要服务类别

GCP 提供了广泛的服务，涵盖了构建现代应用程序所需的各个方面。以下是一些主要的服务类别及其代表性服务：

• 计算 (Compute)：
  • Compute Engine： 提供可自定义的虚拟机（VM）实例，提供 IaaS 能力。你可以选择操作系统、机器类型、存储等。
  • Google Kubernetes Engine (GKE)： 全托管的 Kubernetes 服务，用于部署、管理和扩展容器化应用。Google 是 Kubernetes 的发起者，GKE 在这方面有领先优势。
  • Cloud Run： 全托管的无服务器平台，用于运行容器化应用。按请求计费，无需管理服务器或集群。
  • Cloud Functions： 事件驱动的无服务器函数计算服务，执行代码片段以响应事件。
  • App Engine： 全托管的 PaaS 平台，支持多种编程语言，简化应用部署和扩展。
• 存储 (Storage)：
  • Cloud Storage： 可扩展且持久的对象存储服务，适用于各种类型的数据（文件、图片、视频、备份等）。提供不同的存储类别（Standard, Nearline, Coldline, Archive）以优化成本和访问频率。
  • Persistent Disks： 为 Compute Engine 虚拟机提供块存储。
  • Filestore： 全托管的文件存储服务，用于需要共享文件系统的工作负载（如 HPC）。
• 数据库 (Database)：
  • Cloud SQL： 全托管的关系型数据库服务，支持 MySQL、PostgreSQL 和 SQL Server。
  • Cloud Spanner： 高度可扩展、全球分布式的关系型数据库，同时提供强一致性。
  • Firestore： 全托管的无服务器 NoSQL 文档数据库，适用于移动、Web 和无服务器开发。
  • Bigtable： 高度可扩展的 NoSQL 宽列数据库，适用于大规模运营和分析数据。
• 网络 (Networking)：
  • Virtual Private Cloud (VPC)： 定义自己的虚拟网络、子网、路由和防火墙规则。
  • Load Balancing： 分发应用流量以提高可用性和性能。
  • Cloud CDN (Content Delivery Network)： 缓存内容到边缘节点，加速内容分发。
  • Cloud DNS： 可编程的权威 DNS 服务。
• 大数据与分析 (Big Data & Analytics)：
  • BigQuery： 全托管、PB 级规模的数据仓库服务，用于高性能的 SQL 查询。
  • Dataflow： 全托管的批处理和流处理服务。
  • Dataproc： 全托管的 Spark 和 Hadoop 服务。
  • Pub/Sub： 全托管的实时消息队列服务，用于在独立应用之间传递事件。
• AI 与机器学习 (AI & Machine Learning)：
  • AI Platform Unified： 全面的 MLOps 平台，用于构建、训练和部署机器学习模型。
  • 预训练模型 APIs： Vision AI（图像分析）、Natural Language AI（文本分析）、Speech-to-Text（语音转文本）、Translation AI（机器翻译）等。
  • AutoML： 无需专业 ML 知识即可训练高质量定制模型的服务。
• 开发者工具 (Developer Tools)：
  • Cloud SDK & Cloud Shell： 命令行工具和基于浏览器的终端环境。
  • Source Repositories： 私有 Git 代码仓库。
  • Cloud Build： 持续集成服务。
• 安全 (Security)：
  • IAM： 前面已述。
  • VPC Service Controls： 数据防泄漏的安全边界。
  • Security Command Center： 安全和风险管理平台。
• 管理与监控 (Management & Monitoring)：
  • Cloud Monitoring (原 Stackdriver)： 收集指标、日志和事件，提供监控和告警。
  • Cloud Logging (原 Stackdriver)： 收集和分析日志数据。

5. 选择 GCP 的理由

为什么选择 GCP？它的优势主要体现在：

• 技术领先与创新： Google 在数据处理、AI/ML、容器技术（Kubernetes）等领域处于业界前沿，这些技术优势体现在 GCP 的服务中。BigQuery、Cloud Spanner、GKE、TPUs 等服务都是其创新力的体现。
• 全球级网络基础设施： GCP 拥有遍布全球的高性能光纤网络，其质量和覆盖范围是许多其他云服务商难以比拟的，这为构建低延迟、高可用的全球性应用提供了坚实基础。
• 强大的数据分析和机器学习能力： GCP 在大数据处理（BigQuery, Dataflow）和 AI/ML 领域提供了非常强大且易于使用的服务，是进行数据驱动型决策和构建智能应用的理想选择。
• 对开源技术的贡献与支持： Google 是 Kubernetes、TensorFlow 等重要开源项目的创始者和主要贡献者。GCP 与这些开源生态系统紧密集成，为用户提供了灵活性和避免厂商锁定的选择。
• 灵活且有竞争力的定价： GCP 提供按秒计费、持续使用折扣、承诺使用折扣等灵活的定价模型，帮助用户优化成本。
• 安全可靠的基础设施： GCP 构建在 Google 多年来运营大规模服务所积累的强大安全实践之上，提供多层安全保障。

第二部分：GCP 入门实战指南

了解了 GCP 的基本概念和服务后，接下来我们将手把手教你如何开始使用 GCP，并完成几个基础任务。

1. 注册 Google Cloud Platform 账户并激活免费额度

• 访问 GCP 官网： 打开浏览器，访问 cloud.google.com。
• 点击“免费试用” (Get started for free)： 通常在页面右上角或显眼位置会有免费试用的入口。
• 登录或创建 Google 账户： 你需要一个 Google 账户（Gmail 账户即可）来注册 GCP。
• 填写注册信息： 包括你的国家/地区、接受服务条款等。
• 验证身份和添加付款方式： GCP 需要你添加有效的付款方式（如信用卡）来验证你的身份并用于未来的付费。请注意，即使是免费试用，也需要添加付款方式。 但在你主动升级到付费账户或免费额度/试用期结束后之前，通常不会产生扣费。GCP 会提供 $300 美元或等值的免费试用额度，通常有效期为 90 天。此外，GCP 还提供“始终免费”(Always Free) 层级，允许你在特定限制内免费使用某些服务（如 Compute Engine 特定规格实例、Cloud Storage 部分容量、Cloud Functions 部分调用次数等），这些不会消耗你的试用额度或在试用期结束后产生费用（只要不超过免费层级限制）。
• 激活免费试用： 完成信息填写和验证后，你的 GCP 账户就会被激活，并获得免费试用额度。

2. 熟悉 GCP 控制台 (Cloud Console)

注册成功后，你会被引导进入 GCP 控制台 (console.cloud.google.com)。这是管理 GCP 资源的主要界面。

• 概览仪表盘 (Dashboard)： 首次进入或选择项目后看到的页面，显示项目概览、资源活动、账单摘要等信息。
• 导航菜单 (Navigation Menu)： 位于左侧（点击左上角三条横线展开）。这里列出了 GCP 的所有服务类别和具体服务。你可以通过这个菜单访问 Compute Engine、Cloud Storage、BigQuery 等。
• 项目选择器 (Project Selector)： 位于页面顶部中央，显示当前活动的项目名称。点击它可以切换到其他项目或创建新项目。
• Cloud Shell： 页面顶部的工具栏中有一个终端图标。点击它可以启动 Cloud Shell，这是一个基于浏览器的命令行环境，预装了 Cloud SDK（GCP 的命令行工具 gcloud）。它非常方便，无需在本地安装任何软件即可管理 GCP 资源。
• 通知和设置： 顶部工具栏还有通知图标（查看操作通知）、支持图标、设置图标等。

3. 创建你的第一个 GCP 项目

尽管注册时可能会自动创建一个默认项目，但建议你为不同的工作负载创建新的项目，以更好地组织和隔离资源。

• 点击项目选择器： 在顶部工具栏中间。
• 点击“新建项目” (New Project)： 在弹出的窗口中。
• 输入项目名称： 给你的项目起一个有意义的名字（例如：my-first-gcp-app）。GCP 会自动生成一个项目ID，你也可以编辑它（一旦创建后不可更改）。
• 选择账单账户： 确保项目关联到你之前设置的账单账户。
• 点击“创建” (Create)： 等待几秒钟，项目就会创建成功。
• 选择新创建的项目： 创建完成后，在项目选择器中切换到你刚创建的项目。

现在你已经在一个新的、干净的项目中，可以开始创建资源了。

4. 入门实战：启动一个虚拟机 (Compute Engine)

启动虚拟机是云计算中最基础的操作之一。我们将创建一个运行 Debian Linux 的虚拟机。

• 导航到 Compute Engine： 在左侧导航菜单中，找到“Compute Engine”，点击“VM 实例” (VM instances)。
• 启用 Compute Engine API： 如果是第一次在项目中访问 Compute Engine，系统可能会提示你启用 Compute Engine API。点击“启用” (Enable) 并等待几秒钟。
• 创建实例： 点击页面顶部的“创建实例” (Create instance)。
• 配置虚拟机：
  • 名称： 给你的虚拟机起个名字（例如：my-first-vm）。
  • 区域： 选择一个地理区域。出于入门目的，可以选择离你较近或默认推荐的区域（例如：us-central1）。
  • 区域 (Zone)： 在选定的区域内选择一个区域（例如：us-central1-a）。
  • 机器配置： 选择机器系列和机器类型。对于入门，E2 或 N2 系列的 e2-medium 或 n2-standard-2 (2 vCPU, 8GB 内存) 是不错的选择，性能适中且成本不高。Always Free 层级提供 e2-micro (1 vCPU, 1GB 内存) 实例。
  • 引导磁盘： 点击“更改” (Change)。选择操作系统（例如：Debian GNU/Linux 11 或 12）。可以保持默认的启动磁盘大小（通常是 10-20GB SSD）。点击“选择” (Select)。
  • 身份与 API 访问： 对于入门，可以使用默认设置。
  • 防火墙： 如果你打算在虚拟机上部署 Web 服务器并从互联网访问，勾选“允许 HTTP 流量” (Allow HTTP traffic) 和“允许 HTTPS 流量” (Allow HTTPS traffic)。这会自动创建相应的防火墙规则。
  • 其他高级选项： 对于入门，可以忽略网络接口、管理、安全性等高级设置，使用默认值。
• 点击“创建” (Create)： 等待大约 30 秒到几分钟，虚拟机实例就会被创建并启动。
• 连接到虚拟机： 在 VM 实例列表页面，找到你的虚拟机实例。在“连接”列下，点击“SSH”。这会通过浏览器启动一个 SSH 终端会话，你可以像连接到任何 Linux 服务器一样操作它。

恭喜！你已经在 GCP 上成功启动了第一个虚拟机。你可以尝试在上面安装一个 Web 服务器（如 Nginx 或 Apache），然后在防火墙中允许相应的端口，并通过虚拟机的外部 IP 地址从浏览器访问它（如果允许了 HTTP/S 流量）。

5. 入门实战：上传一个文件到对象存储 (Cloud Storage)

Cloud Storage 是 GCP 的对象存储服务，非常适合存放不经常变动的大量非结构化数据。

• 导航到 Cloud Storage： 在左侧导航菜单中，找到“Cloud Storage”，点击“存储桶” (Buckets)。
• 启用 Cloud Storage API： 如果是第一次访问，可能需要启用 API。
• 创建存储桶： 点击页面顶部的“创建存储桶” (Create bucket)。
• 配置存储桶：
  • 命名你的存储桶： 存储桶名称在整个 GCP 中必须是唯一的。命名规则比较严格（只能包含小写字母、数字、破折号、下划线和点，且以字母或数字开头和结尾，长度限制等）。起一个独特的名称，例如：my-unique-bucket-yourname-date。
  • 选择区域类型： 选择存储桶数据的存放位置。
    • 区域级 (Region)：数据存放在一个区域内的多个区域中，高可用性，低延迟。适合频繁访问的数据。
    • 双区域级 (Dual-region)：数据存放在两个指定区域中，提供更高的可用性和性能。
    • 多区域级 (Multi-region)：数据在全球多个区域中复制，提供最高的可用性和全球访问性能。
    • 对于入门，选择 区域级 (Region) 并选择一个靠近你的区域（例如：us-central1）。
  • 选择默认存储类别： 不同的类别成本和访问延迟不同。
    • 标准 (Standard)：高频访问。
    • 近似热线 (Nearline)：每月访问少于一次。
    • 冷线 (Coldline)：每季度访问少于一次。
    • 归档 (Archive)：每年访问少于一次，用于长期备份和归档。
    • 对于入门，选择 标准 (Standard)。
  • 选择访问控制模型： 推荐使用统一的存储桶级访问权限，通过 IAM 控制。
  • 保护工具： 可以设置对象版本控制、保留策略等，入门时可以暂时跳过。
• 点击“创建” (Create)： 等待片刻，存储桶就会被创建。
• 上传文件： 进入你创建的存储桶。点击“上传文件” (Upload files) 或“上传文件夹” (Upload folder)。选择本地的一个文件上传。
• 查看和访问文件： 上传成功后，文件会出现在存储桶列表中。默认情况下，对象是私有的。要公开访问，需要设置文件的权限。点击文件名，然后在权限标签页添加 All Users 并赋予 Storage Object Viewer 角色，或者直接在文件列表页勾选文件，然后点击右上角的“设为公开”(Make public)。公开后，你会看到一个“公开访问”链接，可以通过浏览器直接访问该文件。

你已经成功地在 GCP 上创建了一个存储桶并上传了一个文件。Cloud Storage 是许多 GCP 服务的数据源或目的地。

6. 了解账单和监控

在使用 GCP 时，了解费用产生情况和资源使用状态非常重要，尤其是在免费试用期过后。

• 查看账单报告： 在左侧导航菜单中，找到“账单” (Billing)。点击“报告” (Reports)。这里你可以看到当前项目的费用消耗情况，按项目、服务、区域等维度进行分组查看。这是跟踪支出的主要工具。
• 设置预算和告警： 在“账单”菜单下，点击“预算与提醒” (Budgets & alerts)。点击“创建预算” (Create budget)。你可以为项目或账单账户设置预算，并在达到预算的百分比（如 50%, 90%, 100%）时接收邮件通知，帮助你避免意外的高额费用。
• 使用 Cloud Monitoring： 在左侧导航菜单中，找到“运维套件” (Operations) 下的“Monitoring”。这里可以查看各种 GCP 资源的指标（CPU 使用率、网络流量、磁盘 I/O 等），设置监控仪表盘和基于指标的告警策略。例如，你可以设置一个告警，当你的虚拟机 CPU 使用率超过 80% 持续一段时间时通知你。
• 使用 Cloud Logging： 在“运维套件”下找到“Logging”。这里可以查看和搜索你的 GCP 资源的日志。排查应用或基础设施问题时，日志是非常宝贵的资源。

7. 学习资源与后续步骤

入门只是第一步，GCP 还有非常多的服务和深入的知识等待你去探索。

• 官方文档： GCP 官方文档 (cloud.google.com/docs) 是最权威、最全面的学习资源。当你遇到问题或想了解某个服务的详细信息时，优先查阅文档。
• 教程与实验室 (Tutorials & Labs)： GCP 官网提供了大量的入门教程和实操实验室，通过动手实践来学习特定服务的使用。
• Qwiklabs/Coursera： Google Cloud 与 Qwiklabs（现已集成到 Google Cloud Skills Boost）和 Coursera 等在线教育平台合作，提供了结构化的课程和带向导的实验环境，是系统学习 GCP 的绝佳途径。
• Cloud Architecture Center： 提供各种场景下的架构最佳实践和设计模式。
• Google Cloud 社区： 加入 Google Cloud 开发者社区、论坛或技术交流群，与其他开发者交流经验，提问问题。

第三部分：初学者最佳实践与注意事项

作为 GCP 的初学者，以下是一些重要的最佳实践和注意事项，可以帮助你更顺利、更安全地使用 GCP：

• 成本管理是关键：
  • 利用免费层级和免费试用额度： 充分利用这些资源进行学习和实验。
  • 警惕资源闲置： 实验完成后，及时停止或删除不再使用的虚拟机、数据库实例等付费资源，避免持续产生费用。 Compute Engine 实例即使处于 Stopped 状态，其 Persistent Disk 仍然会收费。
  • 设置预算和告警： 尽早设置预算并配置告警，以便在费用超预期时及时收到通知。
  • 理解不同服务的计费方式： 不同的服务有不同的计费模型（按计算时间、按存储容量、按网络流量、按操作次数等），理解这些模型有助于预估成本。
  • 选择合适的机器类型和存储类别： 根据实际需求选择合适的资源规格和存储类别，避免过度配置。
• 安全第一：
  • 遵循最小权限原则： 使用 IAM 时，只授予用户、组或服务账户完成其任务所需的最小权限。避免授予 Owner 或 Editor 等宽泛的角色，除非确实需要。
  • 管理好密钥和凭据： 不要将服务账户密钥直接硬编码在代码中。考虑使用 Secret Manager 等服务安全地存储和管理敏感信息。
  • 配置防火墙规则： 只开放应用程序或服务需要的特定端口和 IP 地址范围，关闭所有不必要的入站流量。
  • 定期审计： 定期审查 IAM 权限和安全日志。
• 组织和命名规范：
  • 使用项目隔离环境： 为开发、测试、生产环境创建不同的 GCP 项目，便于管理、隔离和成本核算。
  • 资源命名规范： 建立一套统一的资源命名规范，方便快速识别资源的作用、环境、区域等信息。
• 充分利用 Cloud Shell 和 Cloud SDK： 掌握 gcloud 命令行工具的使用，可以大大提高工作效率，尤其是在需要自动化或执行重复性任务时。
• 从简单开始： 不要试图一次性学习所有服务。从核心服务（Compute Engine, Cloud Storage, Cloud SQL, VPC）开始，逐步深入了解其他服务。
• 备份重要数据： 即使是在学习阶段，对于你觉得重要的配置或数据，考虑使用快照（Compute Engine Persistent Disk）或定期备份（Cloud SQL）功能。

结论

Google Cloud Platform 是一个强大且功能丰富的云计算平台，它继承了 Google 在技术和基础设施方面的深厚积累。从高性能的计算和存储，到世界领先的数据分析和机器学习服务，再到全球级的高速网络，GCP 为企业和开发者提供了构建和部署各种规模应用的强大能力。

本文为你提供了一个全面的 GCP 概览，解释了核心概念，并引导你完成了注册、熟悉控制台以及启动虚拟机和使用对象存储等基础实战。这只是你 GCP 旅程的起点。通过不断学习、实践和探索 GCP 提供的各种服务，你将能够充分发挥云计算的潜力，将你的想法变为现实。

记住，持续学习和动手实践是掌握 GCP 的关键。充分利用 GCP 提供的免费资源，从小处着手，逐步挑战更复杂的任务。祝你在 Google Cloud Platform 的世界里探索愉快！

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