大规模数据处理_云计算 北大 闫宏飞 2011年
大规模数据处理的技术与方法

大规模数据处理的技术与方法随着互联网和物联网的发展,海量数据也随之产生。
如何高效地处理这些数据成为了近年来技术界研究的热点之一。
大规模数据处理指的是处理庞大数据集或流式数据的技术和方法。
本文将介绍大规模数据处理的技术与方法。
一、数据存储技术数据存储是大规模数据处理不可或缺的一环,良好的数据存储架构有助于提高数据读写速度、数据可靠性和安全性。
在数据存储方面,目前流行的技术包括传统的关系型数据库、NoSQL数据库、分布式文件系统等。
其中,关系型数据库的特点是数据建模不灵活,但支持 SQL 查询,适用于事务处理和数据一致性强的场景。
而 NoSQL 数据库则支持无模式、高可扩展性、高性能的特点,适用于分布式场景和实时数据处理。
分布式文件系统常用于存储海量数据,如 Hadoop 和 MapReduce。
它们支持横向扩展性,使得系统能更好地应对大规模数据处理。
二、数据传输与通信技术大规模数据处理的过程中,数据传输与通信技术非常重要。
目前较流行的数据传输方式包括传统的 TCP/IP 协议、HTTP 协议和更高效的 Google 的 QUIC(Quick UDP Internet Connections)协议。
在数据通讯方面,RPC(Remote Procedure Call)协议和消息中间件是常见的技术。
RPC 协议可以让客户端像调用本地方法一样调用远程服务,比 HTTP 更高效。
消息中间件则适用于异步、消息驱动的场景,如 Kafka、ActiveMQ 和 RabbitMQ 等,它们也常用于多个系统之间的异步数据交互。
三、大数据处理框架大数据处理的框架是面向海量数据处理的高级工具,可以让开发者专注于数据处理本身,而无需关注底层技术细节。
常见的大数据处理框架有 Hadoop、Spark、Flink、Storm 和 Tez 等。
其中Hadoop 是最早的开源大数据处理框架之一,主要用于分布式存储和计算,其核心技术是 HDFS和 MapReduce。
云计算开源先锋Hadoop——第四届Hadoop中国云计算大会纪实

方面 说 明云计 算正 处于 热 烈发展 的 时
期 , 另 一 方 面 也 说 明 H d o 是 一 个 开 a op 源 的体 系 ,是 一 个 人 民 战争 的思 路 ,得 到 了很 多人 的 参 与 和 贡献 。
海 数 处t!, l' 机遇 挑 战 ll l P j j -
是 如何 存储 、组 织和索 引数据 的呢? 又
应 该 怎 样 搜 索和 访 问 有 价 值 的 数 据 呢 ?
程 学旗 表 示这样 大 的规 模处理 也 带来
了巨大的挑战。
大规模数据处理算法的挑战
程 学 旗 认 为 W e 规 模 的 增 长 对 数 b
据处理算法带来了极大的挑 战。他认 为
Had ooP存 在 的
挑 战
程 学 旗 认 为 类、检测等 ,数据算法也有很多 ,但是 H d o 技 术 目 前 还 是 不 够 成 熟 ,主 要 aop
这 些 算 法 能否 使 用 通 用 的 机 制 对 性 能 进 表现在三个方面:第一,在数 据存储方
行质 的改 进? 这是一个 非常大 的挑 战 。
t e Fu ur f It ne a e Cl d h t e o n er tSc l ou
些算法的理论可能很好 ,但是在 实践 中
大 会 由 中 科 院 计 算 所 副 研 究 员 Co mp tn u i g” , 他 提 到 Ha o p d o 是 未 必 能够 发挥 出作 用 。现 在 对 数 据 进 行
查 礼 主 持 , 中科 院 计 算 所 常 务 副 所 长 M a Re u e 最 佳 实 现 , 与 传 统 的 分析 的方 法包 括 密度 估计 、分 析 、分 P d c的
大数据管理:概念、技术与挑战

2、大数据的基本概念、来源与应用
2.1 大数据的基本概念 大数据本身是一个比较抽象的概念,单从字面来看,它表示数据规模的庞大。但是仅仅
数量上的庞大显然无法看出大数据这一概念和以往的“海量数据”(Massive Data)、“超大规 模数据”(Very Large Data)等概念之间有何区别。对于大数据尚未有一个公认的定义,不同 的定义基本是从大数据的特征出发,通过这些特征的阐述和归纳,试图给出其定义。在这些 定义中,比较有代表性的是 3V 定义[10],即认为大数据需满足 3 个特点:规模性(Volume)、 多样性(Variety)和高速性(Velocity)。除此之外,还有提出 4V 定义的,即尝试在 3V 的基础上 增加一个新的特性。关于第四个 V 的说法并不统一,IDC 认为大数据还应当具有价值性 (Value)[11],大数据的价值往往呈现出稀疏性的特点。而 IBM 认为大数据必然具有真实性 (Veracity)[12]。维基百科对大数据的定义[13]则简单明了:大数据是指利用常用软件工具捕获、 管理和处理数据所耗时间超过可容忍时间的数据集。
计算机科学中的大规模数据计算与分析

计算机科学中的大规模数据计算与分析随着技术的不断进步,大量数据的产生已经成为现代社会不可避免的趋势。
互联网、社交媒体、移动设备以及各种传感器等各种信息系统产生的数据量越来越大,处理这些数据已经成为计算机科学研究的重要内容。
计算机科学中的大规模数据计算与分析(Big Data)成为一个热门的研究领域,它旨在通过利用现代计算机技术和算法对大规模数据进行快速、高效地分析。
1. 大数据处理技术大规模数据的处理、管理和分析需要使用一系列高效的技术,以应对大规模数据带来的挑战。
这些技术主要包括数据存储、数据传输和数据处理等方面:(1)数据存储技术目前存储大规模数据的主要方式是使用分布式文件系统和NoSQL数据库等技术,比如Hadoop、Cassandra和MongoDB等。
这些技术可以实现数据的高可靠性、高可用性和高扩展性,并且适合分布式环境下的大规模数据存储和处理。
(2)数据传输技术数据传输技术主要是指网络技术和数据传输协议等方面。
在大规模数据处理中,通常采用高速数据传输网络(如100Gbps以太网)和高效的数据传输协议(如TCP/IP和IB)等技术,以实现大规模数据的快速传输和处理。
(3)数据处理技术数据处理技术是大规模数据处理的核心技术,主要包括分布式计算框架、机器学习算法、数据挖掘技术等。
分布式计算框架是支撑大规模数据处理的重要技术,目前主要有Hadoop、Spark和Flink等。
机器学习算法和数据挖掘技术则是利用大规模数据进行分析和模型预测的重要手段,涉及到统计学、数学、算法学和计算机科学等多个学科。
2. 大数据计算与分析的应用领域大数据计算与分析广泛应用于社会经济、医疗卫生、金融、能源、航空航天和军事等领域。
例如:(1)社会经济领域大数据的计算和分析可以用于市场调研、公共政策制定、城市规划和社交媒体分析等方面。
例如,通过对社交媒体上的用户行为和情感进行分析,可以了解用户的偏好和需求,提供更加精准的商品推荐和服务。
处理大规模数据的技术

处理大规模数据的技术随着互联网的普及,我们产生的数据不断增长,这些数据包括我们日常生活中使用的社交媒体、电子邮件、视频、音乐和日历等应用程序数据,也包括我们在公司和学校使用的工作文档、电子邮件、数据库等数据。
如何处理这些数据,已成为全球性的挑战。
处理大规模数据的技术正在不断地发展和进步,解决了以前无法解决的计算问题。
Big Data已成为一种新的技术趋势,对于大量的数据处理和分析有重要的意义。
数据分析可以提高生产率、降低成本、改善客户体验等,这些都是企业和政府所追求的目标。
以下将简要介绍处理大规模数据的技术。
1. 数据挖掘技术数据挖掘技术是处理大规模数据的一种常用方法。
数据挖掘包括探索性数据分析、聚类分析、关联规则分析、分类分析等技术,用于整理数据并从大量数据中发现隐藏在数据中的有价值的信息。
数据挖掘技术广泛应用于金融、保险、营销等领域。
2. 分布式系统技术处理大规模数据需要高效的计算系统,分布式系统技术就提供了一种解决方案。
通过将大型计算任务分配到多个计算机集群中,并行处理大量数据,大大提高了计算效率和处理能力。
分布式系统技术的主要应用包括Hadoop、MapReduce等。
3. 人工智能技术人工智能技术是处理大规模数据的新型技术。
人工智能技术使用机器学习算法,让计算机自动从大量数据中进行分类、预测、推荐等任务,使得数据处理更加高效和准确。
在医疗诊断、风险评估、智能交通等领域,人工智能技术得到了广泛应用。
4. 数据库技术数据库技术是处理大规模数据的基础技术。
数据库能够有效地组织和管理数据,提供高效的查询、存储和更新等操作,能够满足大型数据处理的需要。
在企业、学校、政府等大规模机构中,数据库技术是一项必不可少的技术。
5. 可视化与云计算技术随着云计算和互联网技术的发展,可视化技术也变得越来越重要,通过将数据可视化为图表、地图、流程图等形式,使得大量的数据更加直观和易于理解。
在大规模数据分析和管理方面,可视化技术可以使数据更加直观,便于人们对数据进行分析和决策。
PTLR云计算平台上处理大规模移动数据的置信域逻辑回归算法 (1)

attractive algorithms
presents
a
many
data.However,existing
as
cannot
work effectively when using large scale mobile data lz—regularization logistic
the training set.This paper logistic regression
vf(p)和Hessian矩阵町(卢)的步骤进行了并行,从
而降低了算法的时间复杂度,但仍然没有解决算法 中的矩阵求逆过程中所带来的除0溢出问题.因此, 算法处理数据量的大小并没有实质改变. 综上,现有的逻辑回归算法均无法处理大规模
PTLR),通过在云计算平台上真实移动数据为训练 集的实验,证明本文提出的PTLR方法是可行的和
算法的关键在于对各种类型的训练集保证稳定 性,同时在训练集数目较大时降低算法的时空复
杂度.
1.1串行实现 普通的串行方法是直接解式(1)这个关于卢一 (届,且,…,砌)的M+1元的非线性方程组. 由于无法得到此方程组的通解,于是采用牛顿 迭代法解方程组,当梯度不为0时:
矿针”=矿¨一(v2,(∥柚)1×vf(矿")).
计算机研究与发展
Journal of Computer Research and Development
ISSN
1000—1239/CN 11—1777/TP
47(Suppl.):414-419,2010
PTLR:云计算平台上处理大规模移动数据的置信域逻辑回归算法
苏汉宸 李红燕 苗高杉 刘之强
(北京大学信息科学技术学院北京100871) (机器感知与智能教育部重点实验室北京100871) (suhanchen@cis.pku.edu.cn)
北京大学网络与分布式实验室

背景介绍
Networks lab, CS, Peking University
1996
1999
2000
2002
Cycles: experience requirement experience requirement
Key ideas:
2004 experience
requirement
北京大学网络与分布式实验室
/‾webg/cwt
闫宏飞 , yhf@ 北京大学计算机系网络与分布式系统实验室
2004年11月13日
主要内容
介绍 构建CWT100g 提议
Networks lab, CS, Peking University
Tianwang Storage format
Networks lab, CS, Peking University
[Yan, et al.,2004] H. F. Yan, L. N. Huang, C. Chen, and Z. M. Xie, "A New Data Storage and Service Model of China Web InfoMall," presented at the 4th International Web Archiving Workshop (IWAW04) of 8th European Conference on Research and Advanced Technologies for Digital Libraries (ECDL08), Bath, UK, 2004.
Web测试集设计中最基本的问题是:文档集能否真正代表所要研究的 对象(此处即Web)? ¾ 文档集应当是静态样本还是动态样本?
云计算白皮书

信息 ATR 基础设施服务业主要包括为云计算提供承载服务的数据中心和 业和 C 网络。数据中心既包括由电信运营商与数据中心服务商提供的租用式 工 数据中心,也包括由云服务提供商自建的数据中心。网络提供商目前
模式转变。
其次,云计算成为 ICT 产业服务化发展转型的重要方向,服务
1据研究,当企业信息化规模达到一定程度(1500 台服务器以上)时,建设私有云的投资效益更好。相反, 服务器规模为 1500 台以下的中小型用户使用公共云服务则更有助于降低成本。
2
工业和信息化部电信研究院
云计算白皮书(2012 年)
及支持产业等组
电
部
化
息 信 和
CATR
业
工
图 1 云计算产业体系构成
云计算服务业包括基础设施即服务(IaaS)、平台即服务(PaaS) 和软件即服务(SaaS)。IaaS 服务最主要的表现形式是存储服务和计 算服务,主要服务商如亚马逊、Rackspace、Dropbox 等公司。PaaS 服务提供的是供用户实施开发的平台环境和能力,包括开发测试、能 力调用、部署运行等,提供商包括微软、谷歌等。SaaS 服务提供实
六、 政府在云计算发展中的作用.....................................31 1. 外国政府的云计算行动.........................................31 2. 我国政府的云计算行动.........................................33
当前,云计算已经成为全球 ICT 产业界公认的发展重点。各国 政府积极通过政策引导、资金投入等方式加快本国云计算的战略布 局和产业发展;国际 ICT 产业巨头加快技术研发、企业转型和联盟 合作以抢占云计算发展的主导权和新兴市场空间。我国在云计算领 域已具备了一定的技术和产业基础,并拥有巨大的潜在市场空间, 存在抓住机遇实现局部突破的机会,但当前发展过程中的产业技术 差距、规划布局和制度环境等问题也日益显现。
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Lecture 3 – MapReduce Basics
闫宏飞 北京大学信息科学技术学院 7/12/2011
/~course/cs402/
Jimmy Lin University of Maryland
课程建设
SEWMGroup
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-Noncommercial-Share Alike 3.0 United States See /licenses/by-nc-sa/3.0/us/ for details
• Not to mention debugging… • The reality:
– Lots of one-off solutions, custom code – Write you own dedicated library, then program with it – Burden on the programmer to explicitly manage everything
• Design Patterns
– Master-slaves – Producer-consumer flows – Shared work queues
P1 P2 P3 P4 P5
producer consumer master
work queue slaves producer consumer
MapReduce
Roots in Functional Programming
Map
f
f
f
f
f
Fold
g
g
g
g
g
Typical Large-Data Problem
Iterate over a large number of records Extract something of interest from each Shuffle and sort intermediate results Aggregate intermediate results Generate final output
Where the rubber meets the road
• Concurrency is difficult to reason about • Concurrency is even more difficult to reason about
– At the scale of datacenters (even across datacenters) – In the presence of failures – In terms of multiple interacting services
– The von Neumann architecture has served us well, but is no longer appropriate for the multi-core/cluster environment
• Hide system-level details from the developers
• Process data sequentially, avoid random access
– Seeks are expensive, disk throughput is reasonable
• Seamless scalability
– From the mythical man-month to the tradable machine-hour
Key idea: provide a functional abstraction for these two operations
19
(Dean and Ghemawat, OSDI 2004)
MapReduce
Programmers specify two functions:
map (k, v) → <k’, v’>* reduce (k’, v’) → <k’ ’, v’ ’>* All values with the same key are sent to the same reducer
• • • • • • How do we assign work units to workers? What if we have more work units than workers? What if workers need to share partial results? How do we aggregate partial results? How do we know all the workers have finished? What if workers die?
Source: Wikipedia (Flat Tire)
Source: MIT Open Courseware
Source: MIT Open Courseware
Source: Harper’s (Feb, 2008)
What’s the point?
• It’s all about the right level of abstraction
Handles “data distribution”
Moves processes to data
Handles synchronization
Gathers, sorts, and shuffles intermediate data
Handles errors and faults
Detects worker failures and restarts
The execution framework handles everything else… What’s “everything else”?
22
MapReduce “Runtime”
Handles scheduling
Assigns workers to map and reduce tasks
Everything happens on top of a distributed FS (later)
23
MapReduce
Programmers specify two functions:
map (k, v) → <k’, v’>* reduce (k’, v’) → <k’, v’>* All values with the same key are reduced together
The execution framework handles everything else…
20
k1 v1
k2 v2
k3 v3
k4 v4
k5 v5
k6 v6
map
a 1 b 2
map
c 3 c 6
map
a 5 c 2
map
b 7 c 8
Shuffle and Sort: aggregate values by keys
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k1 v1
k2 v2
k3 v3
k4 v4
k5 v5
k6 v6
map
a 1 b 2
map
c 3 c 6
map
a 5 c 2
map
b 7 c 8
How do we scale up?
Source: Wikipedia (IBM Roadrunner)
Divide and Conquer
“Work”
Partition
w1
“worker”
w2
“worker”
w3
“worker”
r1
r2
r3
“Result”
Combine
Parallelization Challenges
• Thus, we need:
– Semaphores (lock, unlock) – Conditional variables (wait, notify, broadcast) – Barriers
• Still, lots of problems:
– Deadlock, livelock, race conditions... – Dining philosophers, sleepy barbers, cigarette smokers...
What is the common theme of all of these problems?
Common Theme?
• Parallelization problems arise from:
– Communication between workers (e.g., to exchange state) – Access to shared resources (e.g., data)
– No more race conditions, lock contention, etc.
• Separating the what from how
– Developer specifies the computation that needs to be performed – Execution framework (“runtime”) handles actual execution
• Thus, we need a synchronization mechanism
Source: Ricardo Guimarães Herrmann
Managing Multiple Workers
• Difficult because