分布式存储和计算系统
分布式(计算机的一种算法)
分布式存储系统
P2P数据存储 系统
云存储系统
P2P数据存储系统采用 P2P网络的特点，即每个用户都是数据的获取者和提供者，没有中心节点，所以每个 用户都是对等存在的。利用这种特点建立而成的P2P数据存储系统可以将数据存放于多个对等节点上，当需要数 据时，可以利用固定的资源搜索算法寻找数据资源，从而获取想要的数据。
分布式（计算机的一种算法）
计算机的一种算法
目录
01 分布式计算
03 应用方向，它研究如何把一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分成 许多小的部分，然后把这些部分分配给多个计算机进行处理，最后把这些计算结果综合起来得到最终的结果。分 布式网络存储技术是将数据分散地存储于多台独立的机器设备上。分布式网络存储系统采用可扩展的系统结构， 利用多台存储服务器分担存储负荷，利用位置服务器定位存储信息，不但解决了传统集中式存储系统中单存储服 务器的瓶颈问题，还提高了系统的可靠性、可用性和扩展性。
传统的集中式GIS起码对两大类地理信息系统难以适用，需用分布式计算模型。第一类是大范围的专业地理 信息系统、专题地理信息系统或区域地理信息系统。这些信息系统的时空数据来源、类型、结构多种多样，只有 靠分布式才能实现数据资源共享和数据处理的分工合作。比如综合市政地下管网系统，自来水、燃气、污水的数 据都分布在各自的管理机构，要对这些数据进行采集、编辑、入库、提取、分析等计算处理就必须采用分布式， 让这些工作都在各自机构中进行，并建立各自的管理系统作为综合系统的子系统去完成管理工作。而传统的集中 式提供不了这种工作上的必要性的分工。第二类是在一个范围内的综合信息管理系统。城市地理信息系统就是这 种系统中一个很有代表性的例子。世界各国管理工作城市市政管理占很大比例，城市信息的分布特性及城市信息 管理部门在地域上的分散性决定了多层次、多成份、多内容的城市信息必须采用分布式的处理模式。
分布式计算与分布式存储的区别与联系
分布式计算与分布式存储的区别与联系在信息技术的快速发展下，分布式计算和分布式存储成为了当今互联网时代的两个重要技术领域。
虽然这两个概念都与分布式系统有关，但它们在功能和应用方面存在明显的区别与联系。
本文将通过对它们的定义、特点、应用场景以及实现原理的讨论，来详细探究分布式计算与分布式存储的区别与联系。
一、定义分布式计算和分布式存储是两个独立的而又相互关联的概念。
分布式计算是指将一个复杂的计算任务分解成多个子任务，并将这些子任务分配给多个计算节点进行并行计算的过程。
而分布式存储则是指将大量的数据分散存储在多个物理设备上，形成一个统一的逻辑存储空间，实现高可用性和高性能的数据存储与管理。
二、特点1. 分布式计算的特点：- 并行处理：分布式计算可以将一个大型计算任务分解成若干个小任务，并行处理，提高计算效率。
- 资源共享：分布式计算系统能够有效地利用分布在不同节点上的计算资源，实现资源共享与利用。
- 容错性：分布式计算系统具有较高的容错性，当某个节点发生故障时，可以通过其他节点继续进行计算，保证整个任务的完成。
2. 分布式存储的特点：- 可扩展性：分布式存储系统能够根据实际需求灵活扩展存储容量，满足数据规模不断增长的需求。
- 高可用性：分布式存储系统通过将数据冗余存储在多个节点上，提高数据的可靠性和可用性。
- 高性能：分布式存储系统能够同时读取和写入多个节点上的数据，实现数据的并行访问，提高数据的访问速度。
三、应用场景1. 分布式计算的应用场景：- 大数据处理：分布式计算技术可以将大数据分解成多个小任务进行并行计算，提高数据的处理速度和效率。
- 科学计算：科学计算通常需要大量的计算资源，分布式计算能够在多个节点上同时进行计算，加快科学计算的进度。
- 人工智能：分布式计算技术在机器学习和深度学习领域有广泛应用，能够加速模型的训练和推理过程。
2. 分布式存储的应用场景：- 大规模数据存储：分布式存储系统能够存储大规模的数据集，并提供高性能的数据读写功能。
大数据的分布式存储和计算技术
大数据的分布式存储和计算技术在信息时代，数据被视为一种新的资源，具有巨大的商业价值和战略意义，尤其是互联网时代的数据爆炸，让大数据成为了此时此刻最为热门的话题。
面对海量数据，如何存储和分析这些数据一直是个难题，直到分布式存储和计算技术的出现。
本文将阐述大数据的分布式存储和计算技术的重要性，相关技术原理及应用场景。
一、分布式存储技术分布式存储技术（Distributed Storage）是指利用计算机网络将数据存储在多个独立的节点上，使得多个节点具有相互协同的能力，形成数据存储系统。
这样的存储系统不仅能够保证数据的容错性和可用性，还能够提高系统的可扩展性和吞吐量，使得大量数据能够得以存储和处理。
分布式存储技术是众多大数据技术中的重要一环，它可以有效地解决大规模数据存储和管理问题。
目前常见的分布式存储系统有HDFS、Ceph、GlusterFS等，其中HDFS是Apache Hadoop项目中的分布式文件系统，是目前使用最为广泛的分布式存储技术之一。
在HDFS中，文件会被拆分成若干个小文件块，然后存储在不同的节点上。
每个文件块都会有多个副本进行备份，以保证数据的可靠性。
通过这种方式，HDFS不仅可以解决大规模存储的问题，还能够提供高可用、高并发和数据安全等保障措施。
二、分布式计算技术分布式计算技术（Distributed Computing）是指将整个计算任务分布到多个节点上进行处理，从而实现对海量数据的高速计算和分析。
分布式计算技术还分为两种方式：1.基于网络通信的分布式计算，如Map Reduce、Spark等；2.基于共享内存的分布式计算，如MPI等。
基于网络通信的分布式计算技术可以分布式地执行计算任务，提升计算效率和数据处理能力。
目前最流行的两个分布式计算框架是Apache Hadoop和Apache Spark，两者之间各有优点。
Hadoop基于Map-Reduce框架，可以高效地处理大量的数据切片，具有良好的数据处理性能。
云计算与分布式存储
云计算与分布式存储云计算和分布式存储是当今信息技术领域的两个重要概念。
随着信息技术的快速发展，云计算作为一种新型的存储和处理数据的方式，与传统的分布式存储技术相辅相成，为人们提供了更加高效、安全和灵活的数据管理方式。
本文将从云计算和分布式存储的概念、特点以及在实际应用中的优势等方面进行探讨。
一、云计算的概念和特点云计算，简单来说，是指通过网络将计算和数据存储等资源集中管理和运营的一种模式。
它的特点主要体现在以下几个方面。
1. 虚拟化技术：云计算采用虚拟化技术，将物理设备虚拟成多个逻辑上的资源，并通过软件进行管理和调度。
这种方式能够充分利用计算资源，提高资源利用率。
2. 弹性扩展：云计算可以根据用户需求快速扩展和收缩资源，满足用户的实时需求。
无论是增加计算能力还是扩展存储空间，都可以快速完成。
3. 高可用性：云计算采用分布式架构，可以将计算和存储资源分布在不同的地理位置，从而提高系统的可用性。
即使某个节点出现故障，也可以通过其他节点继续提供服务。
二、分布式存储的概念和特点分布式存储是一种将数据分散存储在不同的物理设备上的技术。
与传统的集中式存储相比，分布式存储具有以下特点。
1. 数据冗余：分布式存储会将数据分散存储在不同的节点上，这样即使某个节点发生故障，也可以从其他节点中恢复数据。
这种冗余备份的方式，大大提高了数据的安全性和可靠性。
2. 高性能：分布式存储通过并行处理和负载均衡技术，可以提供更高的数据读写速度和更好的响应时间。
3. 可扩展性：分布式存储可以根据需要快速扩展存储容量，不需要进行大规模的硬件升级。
通过添加新的存储节点，可以实现存储容量的线性扩展。
三、云计算与分布式存储的关系与优势虽然云计算和分布式存储是两个不同的概念，但在实际应用中它们常常相辅相成。
1. 数据的存储与计算分离：云计算将数据存储和计算分离，可以将数据存储在分布式存储系统中，而计算任务则在云计算平台上进行。
这样既可以充分利用存储资源，又可以提高计算的灵活性和效率。
云计算——分布式存储
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云计算——分布式存储
汇报人： 2023-12-14
目录
• 分布式存储概述 • 分布式存储技术原理 • 分布式存储系统架构 • 分布式存储应用场景 • 分布式存储性能优化策略 • 分布式存储安全问题及解决方案
01
分布式存储概述
定义与特点
定义
分布式存储是一种数据存储技术，它通过将数据分散到多个独立的节点上，以 实现数据的分布式存储和访问。
云计算平台建设
01
02
03
云存储服务
分布式存储作为云计算平 台的核心组件，提供高效 、可扩展的存储服务。
云服务集成
与其他云服务（如计算、 网络、安全等）紧密集成 ，形成完整的云计算解决 方案。
自动化运维与管理
通过自动化工具实现分布 式存储系统的运维和管理 ，提高效率。
物联网数据存储与处理
实时数据采集
现状
目前，分布式存储技术已经成为了云计算领域的重要组成部 分，各大云服务提供商都提供了基于分布式存储的云存储服 务。同时，随着技术的不断发展，分布式存储的性能和稳定 性也在不断提高。
优势与挑战
优势
分布式存储具有高性能、高可用性、安全性、容错性和可维护性等优势，它可以 提供更加高效、灵活和可靠的数据存储服务，同时还可以提供更加灵活的扩展能 力，以满足不断增长的数据存储需求。
支持物联网设备实时采集 数据，并存储在分布式存 储系统中。
数据处理与分析
对物联网数据进行处理和 分析，提取有价值的信息 。
智能决策与控制
基于物联网数据分析结果 ，实现智能决策和控制， 提高生产效率。
05
分布式存储性能优化策略
数据压缩与解压缩技术
分布式计算技术概述
分布式计算技术概述概述分布式计算技术是指将计算任务分解成多个子任务，并在多个计算节点上同时进行计算的一种计算模式。
与传统的集中式计算相比，分布式计算具有更高的计算效率、更好的可扩展性和更强的容错能力。
本文将从分布式计算的基本概念、优势和应用领域等方面进行概述。
基本概念分布式计算是一种将计算任务分散到多个独立计算节点上进行并行计算的技术。
在分布式计算系统中，通常包括一个主节点和多个从节点，主节点负责任务的调度和结果的汇总，而从节点则负责实际的计算任务。
分布式计算系统通过网络连接各个节点，实现数据的传输和协同计算。
优势分布式计算技术具有以下几个优势：1. 高性能：通过将任务分解成多个子任务并行计算，可以大大提高计算效率。
多个节点同时计算可以减少计算时间，提升整体性能。
2. 可扩展性：分布式计算系统可以根据需求进行灵活的扩展。
可以增加计算节点数量以应对更大规模的计算任务，从而满足不断增长的计算需求。
3. 容错能力：分布式计算系统具备很强的容错能力。
当某个计算节点发生故障时，其他节点可以继续工作，保证整个计算任务的完成。
4. 资源共享：分布式计算系统可以充分利用各个节点的计算资源。
不同节点上的计算资源可以共享，提高资源利用效率。
应用领域分布式计算技术在各个领域都有广泛的应用，以下是一些常见的应用领域：1. 大数据分析：分布式计算技术可以加速大数据的处理和分析。
通过将大数据拆分成多个子任务，在各个节点上并行计算，可以快速提取有价值的信息。
2. 云计算：云计算平台是典型的分布式计算系统。
通过将计算任务分发到云端的各个节点上进行处理，用户可以按需使用云计算资源，实现高效的计算和存储。
3. 并行计算：分布式计算技术可以实现大规模、高性能的并行计算。
通过将计算任务分解成多个子任务并行计算，可以加速复杂计算的完成。
4. 分布式存储：分布式计算系统通常伴随着分布式存储系统。
通过将数据分布存储在多个节点上，可以实现高可靠性和高容量的存储。
分布式计算技术
分布式计算技术
分布式计算技术是指将计算机系统中的计算任务分配到多个计算机节点上，并通过网络协同工作完成计算任务的技术。
主要包括以下几个方面：
1. 分布式系统：将计算机系统中的资源，如处理器、存储器、网络等资源分散到不同的计算机节点上，通过网络连接实现节点之间的通信和协同，以提高系统的可扩展性和容错性。
2. 分布式存储：将数据分散存储在不同的计算机节点上，通过网络连接实现数据的共享、同步和备份，以提高数据的可用性和数据存储的效率。
3. 分布式计算引擎：对分布式计算任务进行管理和调度的软件模块，支持任务的并发执行、节点之间的协作和任务的容错处理，以提高计算任务的效率和可靠性。
4. 分布式计算模型：一系列分布式计算任务的规范和指南，指定了任务的输入和输出以及任务执行的步骤和相关算法，以提高计算过程的可重复性和可维护性。
分布式计算技术应用广泛，例如云计算、大数据处理、分布式数据库、网络搜索和机器学习等领域。
doris架构原理
Doris架构原理1. 引言Doris是一种分布式列式存储和计算系统，旨在解决大规模数据分析的问题。
它提供了高性能、低延迟的数据查询和分析能力。
Doris采用了一系列的架构原理来实现其功能，本文将详细介绍与Doris架构原理相关的基本原理。
2. 列式存储Doris采用了列式存储方式来存储数据。
相比于传统的行式存储方式，列式存储有许多优势。
首先，列式存储可以大大减少磁盘IO的次数，因为在查询时只需要读取所需的列数据而不是整行数据。
其次，列式存储可以更好地利用压缩算法来减少数据占用的空间。
最后，对于聚合操作和复杂查询，列式存储方式可以提供更高的性能。
3. 分布式架构Doris采用了分布式架构来处理大规模数据集。
它将数据划分成多个分片，并将每个分片分散在不同的节点上进行存储和计算。
这种方式可以提高系统的可伸缩性和容错性。
3.1 分片在Doris中，数据被划分成多个分片，每个分片包含一部分数据。
分片的划分可以根据数据的某个列进行，也可以根据哈希算法进行。
通过将数据划分成多个分片，Doris可以并行处理查询请求，提高系统的吞吐量。
3.2 节点Doris中的节点是系统中的计算和存储单元。
每个节点负责管理一个或多个分片，并执行查询和计算任务。
节点之间通过网络进行通信，并共享数据和元数据信息。
3.3 元数据Doris中的元数据是描述系统中数据结构和位置的信息。
它包含了表、数据库、分片等相关信息。
元数据由一个或多个节点维护，并通过复制或分布式存储来实现高可用性和容错性。
4. 数据模型Doris采用了类似于关系型数据库的数据模型，支持表、列、行等概念。
用户可以使用SQL语言来操作和查询数据。
4.1 表在Doris中，表是最基本的存储单位。
一个表由若干列组成，每列具有特定的类型和属性。
用户可以创建表、插入数据、修改表结构等操作。
4.2 列表中的每一列都有特定的类型和属性。
Doris支持多种基本类型（如整数、浮点数、字符串等）以及复杂类型（如数组、结构体等）。
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MapReduce
简介
MapReduce 是一个编程模型，也是一个处理和生成 超大数据集的算法模型的相关实现。
用户首先创建一个Map 函数处理一个基于key/value pair 的数据集合，输出中间的基于key/value pair 的 数据集合；然后再创建一个Reduce 函数，用来合并 所有的具有相同中间key 值的中间value 值。 MapReduce 架构的程序能够在大量的普通配置的计 算机上实现并行化处理。
Hadoop VS.Google
技术架构
数据结构化管理组件：Hbase→BigTable。 并行计算模型：MapReduce→MapReduce。 分布式文件系统：HDFS→GFS。 Hadoop缺少分布式锁服务Chubby。
Hadoop云计算应用
HBase MapReduce HDFS
分布式存储和计算系统
By 薛长俊 2010-12-28
Google的三驾马车
GFS
MapReduce
BigTable
返 回
GFS
简介
组件失效不再被认为是意外，而是被看做正常的现 象。常量监视器，错误侦测，容错以及自动恢复系 统集成在系统中。 文件非常巨大。 大部分文件的修改，不是覆盖原有数据，而是在文 件尾追加新数据。 应用程序和文件系统API的协同设计。
GFS
容错和诊断
高可用性。 快速恢复。不管主服务器和块服务器是如何关闭的，它们 被设计为可以在数秒钟内恢复它们的状态并启动。 块复制。每个块被复制到不同机架上的不同的块服务器上。 主节点复制。为了可靠性主服务器状态要被复制。它的操 作日志和检查点都要复制到多台机器上。 数据完整性。每个块服务器利用校验和来检查存储的数据 是否损坏。块被分为64KB的大小，每个有一个对应的32位 的校验和。 诊断工具。广泛而详尽的分析日志。
MapReduce
一般算法
MapReduce
编程模型
MapReduce
一个例子
举例：计算一个大的文档集合中每个单词出现的次数： map(String key, String value): // key: document name // value: document contents for each word w in value: EmitIntermediate(w, "1"); reduce(String key, Iterator values): // key: a word // values: a list of counts int result = 0; for each v in values: result += ParseInt(v); Emit(AsString(result));
数据模型
行 表中的行关键字可以是任意的字符串。对同一个行关 键字的读或者写操作都是原子的。Bigtable通过行关键字 的字典顺序来组织数据。 列族 关键字组成的集合叫做“列族” 。访问控制、磁盘和 内存的使用统计都是在列族层面进行的。 时间戳 在Bigtable中，表的每一个数据项都可以包含同一份 数据的不同版本，不同版本的数据通过时间戳来索引。
HDFS关键运行机制
读文件流程
客户端联系NameNode,得到所有数据块信息，以及数据块对 应的所有数据服务器的位置信息。 尝试从某个数据块对应的一组数据服务器中选出一个，进行 连接（选取算法未加入相对位置的考虑）。 数据被一个包一个包发送回客户端，等到整个数据块的数据 都被读取完了，就会断开此链接，尝试连接下一个数据块对 应的数据服务器，整个流程，依次如此反复，直到所有想读 的都读取完了为止。
GFS
设计预期
这个系统由许多廉价易损的普通组件组成。 这个系统保存一定数量的大文件。 负载中主要包含两种读操作：大规模的流式读取和 小规模随机读取。 负载中还包括许多大规模的顺序的写操作，追加数 据到文件尾部。 系统必须高效的实现良好定义的多客户端并行追加 到一个文件的语意。 高度可用的带宽比低延迟更加重要。
Google云计算应用
BigTable MapReduce Chubby GFS
Hadoop VS.Google
HDFS与GFS比较
中心服务器模式的差异。 GFS：多台物理服务器，选择一台对外服务，损坏时可选择 另外一台提供服务。 HDFS：单一中心服务器模式，存在单点故障。 原因：Hadoop缺少分布式锁服务。 安全模式的差异。 HDFS具备安全模式。获知数据块副本状态，若副本不足， 则拷贝副本至安全数目（如3个） GFS不具备安全模式。副本损坏处理：API读取副本失败时， Master负责发起拷贝任务。 HDFS具备空间回收机制。 文件删除时，仅删除目录结构 实际数据的删除在等待一段时间后实施 优点：便于恢复文件
MapReduce
备用任务
木桶效应 在运算过程中，如果有一台机器花了很长的时间才完 成最后几个Map 或Reduce 任务，会导致MapReduce 操 作总的执行时间超过预期。 流程优化 当一个MapReduce 操作接近完成的时候，master 调 度备用任务进程来执行剩下的、处于处理中状态的任务。 无论是最初的执行进程、还是备用任务进程完成了任务， 我们都把这个任务标记成为已经完成。
GFS
系统交互
GFS
创建、重新复制、负载均衡
当主服务器创建一个块，会选择哪里放置初始的空副本。 新的副本放置在低于平均硬盘使用率的块服务器。 限制每一个块服务器上"近期"创建操作的数量。 把块分布在机架之间。
一旦块的可用副本数少于用户指定的值，主服务器会重新 复制它。
主服务器周期性地对副本进行负载均衡：它检查当前的副 本分布情况，然后移动副本以得到更好的硬盘剩余空间以 及负载的均衡。
BigTable
Tablet的位置
使用一个三层的、类似Ｂ+树的结构存储Tablet的位置信息。
BigTable
Tablet服务
Hadoop
Hadoop项目简介
HDFS体系结构及关键运行机制
Hadoop VS.Google（分布式文件系统）
返 回
Hadoop项目简介
Apache的解决方案
GFS-->HDFS MapReduce-->Hadoop BigTable-->HBase
BigTable
组件
Bigtable包括了三个主要的组件：链接到客户程序中 的库、一个Master服务器和多个Tablet服务器。
Master服务器主要负责以下工作：为Tablet服务器分 配Tablets、检测新加入的或者过期失效的Tablet服务 器、对Tablet服务器进行负载均衡、以及对保存在 GFS上的文件进行垃圾收集。除此之外，它还处理对 模式的相关修改操作，例如建立表和列族。
BigTable
简介
分布式的结构化数据存储系统。 被设计用来处理海量数据：通常是分布在数千台普通 服务器上的PB级的数据。 适用性广泛、可扩展、高性能和高可用性。 Google的很多项目使用Bigtable存储数据，包括Web 索引、Google Earth、Google Finance。
空间回收机制
HDFS关键运行机制
写文件流程
客户端缓存 流水线复制 并发写控制 流程： 客户端把数据缓存到本地临时文件夹。 临时文件夹数据超过64M，客户端联系NameNode， NameNode分配DataNode，DataNode依照客户端的位置被排列 成一个有着最近物理距离和最小的序列。 与序列的第一个数据服务器建立Socket连接，发送请求头， 然后等待回应，依次下传，客户端得到回包，流水线建立成功。 正式发送数据，以4K为大小传送。
HDFS体系结构
HDFS的体系结构
NameNodeMaster。 DataNodeChunksever。
HDFS关键运行机制
可靠性保障
一个名字节点和多个数据节点 数据复制（冗余机制） --存放的位置（机架感知策略）
故障检测 --数据节点 心跳包（检测是否宕机） 块报告（安全模式下检测） 数据完整性检测（校验和比较） --名字节点（日志文件，镜像文件）
BigTable
数据模型
稀疏的、分布式的、持久化存储的多维度排序Map。 Map的索引是行关键字、列关键字以及时间戳；Map 中的每个value都是一个未经解析的byte数组。 (row:string, column:string,time:int64)->string 应用示例
BigTable
Google云计算
MapReduce GFS BigTable Chubby
Hadoop项目简介
Apache的解决方案
HDFS为了做到可靠性（reliability）创建了多份数据块 （data blocks）的复制（replicas），并将它们放置在服务 器群的计算节点中（compute nodes），MapReduce就可 以在它们所在的节点上处理这些数据了。
BigTable
API
建立、删除表及列族。 修改集群、表和列族的元数据。 写入或者删除Bigtable中的值。 从每个行中查找值。 遍历表中的一个数据子集。
BigTable
构件
Bigtable建立在其它的几个Google基础构件之上。 使用GFS存储日志文件和数据文件。 依赖集群管理系统来调度任务、管理共享的机器上的 资源、处理机器的故障、以及监视机器的状态。 内部存储数据的文件是Google SSTable格式的。 SSTable是一个持久化的、排序的、不可更改的Map 结构，而Map是一个key-value映射的数据结构，key 和value的值都是任意的Byte串。 BigTable还依赖一个高可用的、序列化的分布式锁服 务组件，叫做Chubby。