大数据处理三大瓶颈:大容量、多格式和速度

导读:Yahoo CTO Raymie Stata是领导海量数据分析引擎的关键人物。IBM和Hadoop将更多的精力专注在海量数据上,海量数据正在潜移默化的改变企业和IT部门。
 
越来越多的大企业的数据集以及创建需要的一切技术,包括存储、网络、分析、归档和检索等,这些被认为是海量数据。这些大量信息直接推动了存储、服务器以及安全的发展。同时也是给IT部门带来了一系列必须解决的问题。
信息技术研究和分析的公司Gartner认为海量数据处理应该是将大量的不同种类以及结构化和非结构化的数据通过网络汇集到处理器和存储设备之中,并伴随着将这些数据转换为企业的商业报告。
海量数据处理的三个主要因素:大容量数据、多格式数据和速度
大容量数据(TB级、PB级甚至EB级):人们和机器制造的越来越多的业务数据对IT系统带来了更大的挑战,数据的存储和安全以及在未来访问和使用这些数据已成为难点。
多格式数据:海量数据包括了越来越多不同格式的数据,这些不同格式的数据也需要不同的处理方法。从简单的电子邮件、数据日志和信用卡记录,再到仪器收集到的科学研究数据、医疗数据、财务数据以及丰富的媒体数据(包括照片、音乐、视频等)。
速度:速度是指数据从端点移动到处理器和存储的速度。
 
Kusnetzky集团的分析师Dan Kusnetzky在其博客表示“简单的说,大数据是指允许组织创建、操作和管理的庞大的数据集和存储设施工具”。这是否意味着将来将会出现比TB和PB更大的数据集吗?供应商给出的回应是“会出现”。
他们也许会说“你需要我们的产品来管理和组织利用大规模的数据,只是想想繁杂大量的维护动态数据集带来的麻烦就使人们头疼“。此外海量数据的另外一个价值是它可以帮助企业在适当的时机作出正确决策。
 
从历史上看,数据分析软件面对当今的海量数据已显得力不从心,这种局面正在悄然转变。新的海量数据分析引擎已经出现。如Apache的Hadoop、LexisNexis的HPCC系统和1010data(托管、海量数据分析的平台供应商)的以云计算为基础的分析服务。
101data的高级副总裁Tim Negris表示海量数据的收集以及存放和利用海量数据实际上完全是两回事。在做任何事前需要大量(准备数据)的工作是像Oracle和大多数数据库厂商所面临的难题之一。我们正是要消除这个难题,并把数据直接交到分析师的手中。Hadoop和HPCC系统做到了这一点。这三个平台都着眼于海量数据并提供支持。
开源的Hadoop已经在过去5年之中证明了自己是市场中最成功的数据处理平台。目前Cloudera的首席执行官和Apache基金会的Doug Cutting是Hadoop的创始人,他曾在Yahoo工作过。
Hadoop将海量数据分解成较小的更易访问的批量数据并分发到多台服务器来分析(敏捷是一个重要的属性,就像你更容易消化被切成小块的食物)Hadoop再处理查询。
“Gartner和IDC的分析师认为海量数据的处理速度和处理各种数据的能力都是Hadoop吸引人们的地方”。Cloudera的产品副总裁Charles Zedlewski说到。
在Cutting和他的Yahoo团队提出Hadoop项目之后,在Yahoo IT系统测试并广泛使用了很多年。随后他们将Hadoop发布到开源社区,这使得Hadoop逐渐产品化。
在Cutting和Yahoo在开发、测试并内部运行代码时,他们了解到使用起来还是很复杂的。这导致他们马上意识到如果在未来提供周边服务(例如提供直观的用户界面、定制部署和附加功能软件)可赚取更多的资金。
 
在2009年Cloudera作为一家独立公司开始运营,公司产品采用开源并产品化Hadoop分析引擎和Cloudera企业版(Cloudera Enterprise整合了更多的工具,包括Hive、HBase、Sqoop、Oozie、Flume、Avro、Zookeeper、Pig和Cloudera Desktop)。
Cloudera得到了大量投资者的青睐,这其中包括VMware的创始人和前首席执行官Diane Greene、Flickr的联合创始人Caterina Fake、MySQL前首席执行官Marten Mickos、Linkedln总裁Jeff Weiner和Facebook CFO Gideon Yu。
自从Cloudera成立以来,只有少数的顶级公司和初创公司免费提供他们基于Hadoop开放源代码架构制作的自己的版本。
这是一场真正的企业科技的竞争。就像在一场接力赛中,所有选手都必须使用同一种类型的接力棒(Hadoop的代码)。企业竞争主要集中在处理数据的速度、敏捷性和创造性上。这场竞争是迫使大多数企业在海量数据分析市场有所作为最有效的方法。
IBM提供了基于Hadoop的InfoSphere BigInsights(IBM InfoSphere BigInsights 是用于分析和虚拟化海量数据的软件和服务,这款新产品由 Apache Hadoop 提供技术支持。)基本版和企业版。但公司有更大的计划。
IBM CEO Sam Palmisano表示IBM正在将新一代数据分析作为公司的研发重点,IBM在此项目上投资了1亿美元。IBM院士和计算机科学研究室主任Laura Haas表示IBM实验室的研究远远超出了海量数据的范围,并已经着手”Exadata“分析研究。Watson就是IBM在数据海量数据研究的成果,Watson将用于更多用途,包括卫生保健、科学研究等。
其他Hadoop版本
MapR发布了一个分布式文件系统和MapReduce引擎,MapR还与存储和安全的领导厂商EMC合作向客户提供了Greenplum HD企业版Hadoop存储组件 。EMC Hadoop的另一个独特之处在于它没有采用官方版本的Apache代码,而是采用Facebook的Hadoop代码,后者在可扩展性和多站点部署上进行了优化。
另一家厂商 Platform Computing,Platform提供了与Apache Hadoop MapReduce编程模型完全兼容的分布式分析平台,并支持多种分布式文件系统。
 
SGI(Silicon Graphics International )提供基于SGI Rackable和CloudRack服务器产品实施服务的Hadoop优化解决方案。
戴尔也开始出售预装该开源数据处理平台的服务器。 该产品成本随支持选项不同而异,基础配置价格在11.8万美元至12.4万美元之间,包含为期一年的Cloudera支持和更新,6个PowerEdge C2100服务器(2个管理节点,1个边缘节点和3个从站节点,以及6个戴尔PowerConnect 6248交换机)。
替代品浮出水面。包括1010data的云服务、LexusNexis公司的Risk,该系统在10年间帮助LexusNexis公司分析大量的客户数据,并在金融业和其他重要的行业中应用。LexusNexis最近还宣布要在开源社区分享其核心技术以替代Hadoop。LexisNexis公司发布一款开源的数据处理方案,该技术被称为HPCC系统。
HPCC可以管理、排序并可在几秒钟内分上亿条记录。HPCC提供两种数据处理和服务的方式——Thor Data Refinery Cluster和Roxy Rapid Data Delivery Cluster。Escalante表示如此命名是因为其能像Thor(北欧神话中司雷、战争及农业的神)一样解决困难的问题,Thor主要用来分析和索引大量的Hadoop数据。而Roxy则更像一个传统的关系型数据库或数据仓库,甚至还可以处理Web前端的服务。
LexisNexis CEO James Peck表示我们认为在当下这样的举动是对的,同时我们相信HPCC系统会将海量数据处理提升到更高高度。
 
在2011年6月Yahoo和硅谷风险投资公司Benchmark Capital周二联合宣布,他们将联合成立一家名为Hortonworks的新公司,接管被广泛应用的数据分析软件Hadoop的开发工作。
据一些前Yahoo员工透露,从商业角度来看Hortonworks将保持独立运营,并发展其自身的商业版。
在转型时期,Yahoo CTO Raymie Stata成为关键人物,他将负责公司所有IT项目的发展。Stata表示相对于Yahoo,在Hortonworks我们会投入更多的精力在Hadoop的工作和相关技术上,我们认为应加大对Hadoop的投资。我们会将一些关键人员指派到Hortonworks公司,但这既不是裁员也不是分拆。这是在加大对Hadoop的投入。Yahoo将继续为Hadoop的发展做出更大的贡献。
Stata解释说,Yahoo一直有一个梦想,就是将Hadoop变为大数据分析软件的行业标准。但是这必须将Hadoop商业化。Stata表示创建Hortonworks的主要原因是因为Yahoo已经看到了未来企业分析(感谢Hadoop 6年以来的发展)的未来,并知道该怎样去做。我们看到海量数据分析将很快成为企业非常普遍的需求。
我们将Hadoop部署在企业之中,我不认为所有人都否定这样的解决方案。我们要通过Hadoop为我们的股东创造价值。如果某一天Hadoop成为海量数据处理的行业标准,这将是对我们最好的奖赏。

Hadoop是分布式计算的未来

Hadoop为何物?
虽说Hadoop的名声很大,但是总还是有同学不太了解的,这里一笔带过一下。
Google分布式计算三驾马车:
Hadoop的创始源头在于当年Google发布的3篇文章,被称为Google的分布式计算三驾马车(Google还有很多很牛的文章,但是在分布式计算方面,应该这三篇的影响力最大了):,链接的文章比我介绍得更清晰,当然最好还是看看原文了,这是做分布式系统、分布式计算的工程师必修课。
Google File System用来解决数据存储的问题,采用N多台廉价的电脑,使用冗余(也就是一份文件保存多份在不同的电脑之上)的方式,来取得读写速度与数据安全并存的结果。
Map-Reduce说穿了就是函数式编程,把所有的操作都分成两类,map与reduce,map用来将数据分成多份,分开处理,reduce将处理后的结果进行归并,得到最终的结果。但是在其中解决了容错性的问题。
BigTable是在分布式系统上存储结构化数据的一个解决方案,解决了巨大的Table的管理、负载均衡的问题。
Google就靠着这几样技术,在搜索引擎和广告方面取得了举世瞩目的成就。不过Google不是傻的,这三篇文章虽然都是干货,但是不是直接就可以用的。话说Google发表了这三篇文章后,在学术界引起了轩然大波,大家对这三样东西提起了浓厚的兴趣,都想着是不是可以实现一下,以为己用。
Doug Cutting:
Doug Cutting之前是一个非常有名的开源社区的人,创造了nutch与lucene(现在都是在Apache基金会下面的),nutch之前就实现了一个分布式的爬虫抓取系统。等Google的三驾马车发布后,Doug Cutting一看,挖靠这么厉害的技术,于是就实现了一个DFS(distributed file system)与Map-Reduce(大牛风范啊),集成进了Nutch,作为Nutch的一个子项目存在。那时,是2004年左右。
在互联网这个领域一直有这样的说法:
“如果老二无法战胜老大,那么就把老大赖以生存的东西开源吧”
当年与Google还是处在强烈竞争关系的Yahoo!于是招了Doug兄进来,把老大赖以生存的DFS与Map-Reduce开源了。开始了Hadoop的童年时期。差不多在2008年的时候,Hadoop才算逐渐成熟。
现在的Hadoop:
现在的Hadoop不仅是当年的老二Yahoo的专用产品了,从Hadoop长长的用户名单中,可以看到Facebook,可以看到Linkedin,可以看到Amazon,可以看到EMC, eBay,Tweeter,IBM, Microsoft, Apple, HP…(后面的一些未必是完全使用)。国内的公司有淘宝、百度等等。
我来定义一下Hadoop:
Hadoop是一套开源的、基础是Java的、目前能够让数千台普通、廉价的服务器组成一个稳定的、强大的集群,使其能够对pb级别的大数据进行存储、计算。已经具有了强大稳定的生态系统,也具有很多使用的延伸产品。比如做查询的Pig, 做分布式命名服务的ZooKeeper, 做数据库的Hive等等。
为什么世界上只有一个Hadoop?
我的前公司是国内某一个著名互联网公司的子公司,专注做云计算,我也在这个公司最兴盛的时候进入,当时宣传的口号是“做最好的云计算”,就是希望自己开发一套存储计算系统(就是类似于前面提到过的dfs与map-reduce),并且克服一些Hadoop的缺点(比如说用c++去实现,克服Java的一些性能问题)。后来结局可能大家也猜到了,投入了很多钱,招了不少牛人,确实也做出了还算不错的云计算(至少在国内是数一数二的)。但是最终不管从稳定性还是效率上还是scalable来说,都远远被Hadoop甩在了后面。虽然我前公司这个云计算项目是否会成功,这里没办法预测,但是前途终究还是比较黯淡的。
最近一年还听说国内不少的互联网巨头都成立了云计算部门,做“自己的”云计算,有些小得像创业时期一样的公司,都宁愿自己写一套map-reduce框架,不愿意直接使用Hadoop。可能这个跟国人的想法,武功秘笈一定要自己藏着,不让别人学,传男不传女。对别人白给你的东西,非常不放心,觉得大家都能学到的东西,肯定竞争力是不够的。
除开心态问题不谈,但从技术实力上来说,一般国内公司的核心开发团队的能力和当年的Yahoo!比,还是有非常大的差距的,至少像是Doug兄这样的大牛是很罕见的,从开发者的实力来说,就差了不止一个档次。
其次从积累来说,Hadoop从初创到现在也经过了至少7年的积累的,碰到过很多刁钻客户的问题都慢慢克服了(比如Facebook的超大数据存储),带给用户的经验教训是很充足的,比如说性能调优这一块,就有非常多的文章去介绍。而自己开发一个,什么都需要从头再来。
最后也是最重要的是,Hadoop形成了一个强大稳定的生态系统,里面有生产者(共享改进的代码、fix bug),也有消费者(使用项目并且反馈经验),Hadoop的用户也可以获得较大的经济利益(不花钱买软件,还可以增加效率)。对于一个开源社区来说,构建出一个完整的生态系统是非常非常的困难,一旦构造出来了,项目就会很稳定的往前去进步。
Hadoop的优势
之前分析了一些“虚”的东西,比如生态系统什么的,这里说说一些实际的东西。
Benchmark:
Hadoop现在保持了很多漂亮的记录:
存储:现在世界上最大的Hadoop集群目前在Facebook,可以存储30PB的数据
计算:Hadoop是目前Terasort记录的保持者(参见:http://sortbenchmark.org/),Terasort是给出1TB的随机数据,看谁能够在最短的时间内完成排序,Hadoop使用了1400多个节点,在2分钟内完成1T的数据排序。
这里顺便说一下,之前给出网站里面有很多的benchmark,可以看到Hadoop的集群是最大的,使用的机器最多的,像是TritonSort这样的集群,使用了区区50多个节点,最终的结果并不比Hadoop差太多,但是这里得注意一下。TritonSort是专门用来做排序的,里面加入了相当多的优化,但是Hadoop是一个通用的集群,并没有为了一种任务进行如此多的优化。从用户的角度上来说,愿意花钱去买一个只会排序的电脑是意义不那么大的。
注:左右两边属于两种不同的terasort,hadoop是其中一种的记录保持者
能做什么?
前面说的基本的存储和计算Hadoop是一定能胜任的,下面谈谈一些“高级”的功能。
常见的数据库操作,比如orderby、select这样的操作都可以的,Hive就是支持这样的Sql模型,能够将Sql语句最终转化到Map-Reduce程序中去。其性能和可用性已经得到了证明,Facebook就用它做了不少的数据分析的工作
常见的机器学习、矩阵分析算法,目前Mahout作为一个发展迅速的项目,在逐渐填补Hadoop在机器学习领域的空白,现在常见的分类、聚类、推荐、主成分分析算法(比如SVD)都已经有相应的Map-Reduce实现了。虽然目前从用户群和效率上来说是不够的,但是从它的发展来说应该会很快的达到工业界的标准
Hadoop的劣势
现在Hadoop依然有很多的问题没有解决,这让有些人非常的怀疑Hadoop的未来,这里谈谈Hadoop的一些重要的劣势
HA(High Availability)高可用性:
这一点是Hadoop非常弱的一个缺点,不管是Hdfs还是Map-reduce,都是采用单master的方式,集群中的其他机器都是与一台中心机器进行通信,如果这个中心机器挂了,集群就只有不工作了(不一定数据会丢失,但是至少需要重启等等工作),让可用性变得更低。这个一般叫做单点失败(single point of failure,SPOF)。
虽然现在有些公司已经给出了解决方案,比如EMC就有用Vmware搭建虚拟集群,对master节点进行镜像备份,如果master挂掉,那么立刻换上镜像备份的机器,使其可用性变高,不过这个终究不是一个内置的解决方案,而且Vmware这一套东西也并不便宜。
不过之后这个问题将会得到非常好的解决,我在Hadoop的未来这一章将说以说。
Hadoop目前解决得不那么好的一些算法:
Join等:
Map-Reduce还有一个问题是,对于Join这个最常见的数据库操作,支持力度还是不够,特别是针对那种上TB的数据,Join将会很不给力,现在已经有了一些解决方案,比如说SIGMOD’2010的这篇文章:
A Comparison of Join Algorithms for Log Processing in MapReduce
不过在现在的情况下,只有尽量的避免大数据库的Join操作
需要进行很多轮迭代、循环的算法:
对于循环,Map-Reduce稍好,比如矩阵计算,高斯消元法这样的,循环的次数的确定的算法,实现起来还是不难,只是有点慢。但是迭代就更麻烦了,因为现在的Map-Reduce的mapper和reducer是不太方便去弄这样的终止条件。
还有就是迭代次数超多的算法(比如说矩阵的SVD分解),在超大矩阵的情况下,迭代次数可能会上亿次。而Map-Reduce在每次迭代的时候都会把数据往文件里面读写一遍,这样的浪费的时间是巨大的。
其实Map-Reduce不是绝对没有办法去解决这些问题,而只是现在这个还不是最重要的日程,Hadoop还有很多很多的东西可以优化,比如说前面提到的HA,这些东西只有往后放放,我将在之后的Hadoop的未来部分,谈谈未来版的Hadoop怎么去解决这些问题。
编程复杂,学习曲线陡峭:
对于一般的map-reduce框架,hello world程序就变成了word count,就是给出一堆的文本文件,最终统计出里面每一个不同的单词出现的次数,这样一个简单的任务(可能在linux shell下一行就写出来了),在Map-reduce中需要几十行,一般新人从理解word count到写出自己的word count,到跑通,一个星期是肯定需要的。这样陡峭的学习曲线让许多人难以深入。
另外还有一点Hadoop被人所诟病的是,代码丑陋,虽然Hadoop是用高级语言Java写成的,但是里面对每一个步骤都要分成mapper和reducer,这个被戏称为新时代的汇编语言。
一般来说,做数据分析的人程序都写得不咋地(强哥这样的达人除外),能写写matlab,R,或者spss就差不多了,如果要让他们去写map-reduce,那就等于叫他们别干活了。而大数据的重要的作用就是用来做数据分析,Hadoop的未来发展必须得抓住这群数据分析师的心。
其实现在已经有一些实验中的产品,让用户可以用高级语言编程,不会再看到丑丑的map-reduce了。我在前公司的时候就与团队一起做了还不错的尝试,至少,数据分析师可以用Python来编程了。map-reduce变成了一个底层的东西,现在不是某些人在分析性能的时候就贴上汇编代码吗,之后可能会变成在前段的程序效率不行的时候,就贴上后端Java的map-reduce程序。
所以对这个难题之后肯定会解决掉,底层分布式程序开发与用户将被清楚的分开,之后想要写word-count一定会像hello world一样简单。
Hadoop的未来怎么样?
http://www.slideshare.net/hortonworks/apache-hadoop-023 (hadoop 0.23)
给出这样的一个官方文档,谈谈之后的hadoop的发展。目前的hadoop的稳定版是0.20.x,这个0.23是个未来版,估计将在今年的Q4进行beta的发布(目前看起来,至少代码是写了很多了) 。
HDFS Federation
首先是一个叫做HDFS Federation的东西,它将hdfs的命名空间进行了扩展,目前的HDFS的所有文件的meta信息都保存在一台机器的内存中,使得HDFS支持的文件数目是有限的,现在进行了这样改动后,将hdfs的命名空间做成了分布式的,对之后方便对不同的用户文件夹进行管理,还有从HDFS的实现上来说,都会更为简单。
下一代的Map-Reduce:
节点数:从目前的4000增加到6000-10000台
并发的任务数:从目前的40000增加到100000
更高级的硬件支持,目前支持的硬件主要是8core, 16G ram, 4T disk, 之后将会支持16+core, 48/96G ram, 24/48T disk
架构的改变,对现在的JobTracker-TaskTracker的结构做了很大的改进,现在会用ZooKeeper去保存master的状态,避免了之前提到的SPOF
更多的编程模式的支持(这个很重要)
比如MPI,迭代程序的处理,并且在Hadoop中运行这些类型的编程模式,并且这些程序将会被Hadoop统一管理
总结
之前谈了Hadoop的优势、劣势等等,综合来说就是,优势是很明显的(比如这么多牛公司在用,并且也贡献了很多的代码),远远超出了其他的分布式系统,劣势虽然不小,但是改进这些不足的地方是在计划中,已经在实施了。而且Hadoop不仅在学术界或者是工业界,都有很高的地位,综合了这些天时地利人和,那前途还是非常光明的
http://www.uplook.cn/kbase-Index-show-view13434.html?uid=173