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浅谈Hadoop系统架构与海量数据分析

         这里的内存级别指的是数据量不超过集群内存最大值。Facebook缓存在内存的Memcached中的数据高达 320TB,而目前的PC服务器,内存也可以超过百GB。因此可以采用一些内存数据库,将热点数据常驻内存之中,从而取得非常快速的分析能力,非常适合实时分析业务。图1是一种实际可行的MongoDB分析架构。

  图1 用于实时分析的MongoDB架构

  MongoDB大集群目前存在一些稳定性问题,会发生周期性的写堵塞和主从同步失效,但仍不失为一种潜力十足的可以用于高速数据分析的NoSQL。

  BI级别指的是那些对于内存来说太大的数据量,但一般可以将其放入传统的BI产品和专门设计的BI数据库之中进行分析。目前主流的BI产品都有支持TB级以上的数据分析方案。种类繁多,就不具体列举了。

  海量级别指的是对于数据库和BI产品已经完全失效或者成本过高的数据量。海量数据级别的优秀企业级产品也有很多,但基于软硬件的成本原因,目前大多数互联网企业采用Hadoop的HDFS分布式文件系统来存储数据,并使用MapReduce进行分析。

  数据分析的算法复杂度

  根据不同的业务需求,数据分析的算法也差异巨大,而数据分析的算法复杂度和架构是紧密关联的。举个例子,Redis是一个性能非常高的内存Key-Value NoSQL,它支持List和Set、SortedSet等简单集合,如果你的数据分析需求简单地通过排序,链表就可以解决,同时总的数据量不大于内存 (准确地说是内存加上虚拟内存再除以2),那么无疑使用Redis会达到非常惊人的分析性能。

  还有很多易并行问题(Embarrassingly Parallel),计算可以分解成完全独立的部分,或者很简单地就能改造出分布式算法,比如大规模脸部识别、图形渲染等,这样的问题自然是使用并行处理集群比较适合。

  而大多数统计分析,机器学习问题可以用MapReduce算法改写。MapReduce目前最擅长的计算领域有流量统计、推荐引擎、趋势分析、用户行为分析、数据挖掘分类器、分布式索引等。

  面对大数据OLAP分析的一些问题

  OLAP分析需要进行大量的数据分组和表间关联,而这些显然不是NoSQL和传统数据库的强项,往往必须使用特定的针对BI优化的数据库。比如绝大多数针对BI优化的数据库采用了列存储或混合存储、压缩、延迟加载、对存储数据块的预统计、分片索引等技术。

  Hadoop平台上的OLAP分析,同样存在这个问题,Facebook针对Hive开发的RCFile数据格式,就是采用了上述的一些优化技术,从而达到了较好的数据分析性能。如图2所示。

  图2 RCFile的行列混合存

  然而,对于Hadoop平台来说,单单通过使用Hive模仿出SQL,对于数据分析来说远远不够,首先Hive虽然将HiveQL翻译 MapReduce的时候进行了优化,但依然效率低下。多维分析时依然要做事实表和维度表的关联,维度一多性能必然大幅下降。其次,RCFile的行列混合存储模式,事实上限制死了数据格式,也就是说数据格式是针对特定分析预先设计好的,一旦分析的业务模型有所改动,海量数据转换格式的代价是极其巨大的。最后,HiveQL对OLAP业务分析人员依然是非常不友善的,维度和度量才是直接针对业务人员的分析语言。

  而且目前OLAP存在的最大问题是:业务灵活多变,必然导致业务模型随之经常发生变化,而业务维度和度量一旦发生变化,技术人员需要把整个Cube(多维立方体)重新定义并重新生成,业务人员只能在此Cube上进行多维分析,这样就限制了业务人员快速改变问题分析的角度,从而使所谓的BI系统成为死板的日常报表系统。

  使用Hadoop进行多维分析,首先能解决上述维度难以改变的问题,利用Hadoop中数据非结构化的特征,采集来的数据本身就是包含大量冗余信息的。同时也可以将大量冗余的维度信息整合到事实表中,这样可以在冗余维度下灵活地改变问题分析的角度。其次利用Hadoop MapReduce强大的并行化处理能力,无论OLAP分析中的维度增加多少,开销并不显著增长。换言之,Hadoop可以支持一个巨大无比的Cube,包含了无数你想到或者想不到的维度,而且每次多维分析,都可以支持成千上百个维度,并不会显著影响分析的性能。

  总结:Hadoop分析大数据 功德无量

  MapReduce的输出一般是统计分析的结果,数据量相较于输入的海量数据会小很多,这样就可以导入传统的数据报表产品中进行展现。由于MapReduce本身就是以蛮力去扫描大部分数据进行计算,因此无法像传统BI产品一样对条件查询做优化,也没有缓存的概念。往往很多很小的查询需要“兴师动众”。Hadoop集群软硬件的花费极低,每GB存储和计算的成本是其他企业级产品的百分之一甚至千分之一,性能却非常出色。我们可以轻松地进行千亿乃至万亿数据级别的多维统计分析和机器学习。开源的Hadoop还是解决了很多人在大数据下的分析问题,真可谓是“功德无量”。

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