Google云计算原理并行数据处理模型.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2019/11/18,#,主要内容（,6,学时）,概念回顾,Google,云计算背景,分布式文件系统,GFS,并行数据处理模型,MapReduce,分布式锁服务,Chubby,分布式数据库,BigTable,Google AppEngine,Google,云计算技术小结,Google,云计算原理,并行数据处理模型,MapReduce,摩尔定律,集成电路芯片上所集成的电路的数目，,每隔,18,个月就翻一番，同时性能也提升,一倍,经验总结，,12,个月,-18,个月,-24,个月,并行计算基础,Gordon Moore,“免费的性能大餐”？,Andy giveth,and Bill taketh away,软件算法、数据结构似乎不再重要，因为处理器性能不断提升,并行计算基础,免费的午餐已经结束！,Intel,Microsoft,摩尔定律正在走向终结,单芯片容纳晶体管的增加，对制造工艺提出要求,CPU,制造,18nm,技术，电子泄漏问题,CPU,主频已达,3GHz,时代，难以继续提高,散热问题（发热太大，且难以驱散）,功耗太高,并行计算基础,未来的发展：多核,在多核时代生存，必须考虑并发问题,不存在解决多核编程问题的银弹，,不存在可以简单地将并发编程问题化,解掉的工具，开发高性能的并行程序,必须要求开发者从根本上改变其编程,方法,从某种意义上来说，这不仅仅是要改,变,50,年来顺序程序设计的工艺传统，,而且是要改变数百万年来人类顺序化思考问题的习惯,并行计算基础,Herb,Sutter,串行编程,早期的计算里，程序一般是被串行执行的,程序是指令的序列，在单处理器的机器里，程序从开始到结束，这些指令一条接一条的执行,并行编程,一道处理可以被划分为几部分,然后它们可以并发地执行,各部分的指令分别在不同的,CPU,上同时运行，这些,CPU,可以存在于单台机器中,也可以存在于多台机器上,它们通过连接起来共同运作,并行计算基础,什么样的问题适合并行计算？,斐波那契序列,(Fibonacci),的计算？,并行计算基础,什么样的问题适合并行计算？,如果有大量结构一致的数据要处理，且数据可以分解成相同大小的部分，那我们就可以设法使这道处理变成并,行,并行计算基础,并行计算模式,并行计算基础,Master,Worker,Worker,Worker,Worker,并行计算与分布式计算有何联系与区别？,Google,拥有海量数据，并且需要快速处理,为什么需要,MapReduce,？,Google,全球,Web,数据,邮件数据,地图数据,卫星照片,对爬虫获取的网页进行,倒排索引,计算网站的,PageRank,分析搜索趋势,(Google Trends),计算网页的访问量,美国总统奥巴马,“Greatness is never a given,it,Must be earned.”,计算问题简单，但求解困难,待处理数据量巨大（,PB,级），只有分布在成百上千个节点上并行计算才能在可接受的时间内完成,如何进行并行分布式计算？,如何分发待处理数据？,如何处理分布式计算中的错误？,为什么需要,MapReduce,？,简单的问题，计算并不简单！,为什么需要,MapReduce,？,Google MapReduce,架构设计师,Jeffrey Dean,Jeffery Dean,设计一个新的抽象模型，使我们只要执行的简单计算，而将并行化、容错、数据分布、负载均衡的等杂乱细节放在一个库里，使并行编程时不必关心它们,这就是,MapReduce,一个软件架构，是一种处理海量数据的并行编程模式,用于大规模数据集（通常大于,1TB,）的并行运算,MapReduce,实现了,Map,和,Reduce,两个功能,Map,把一个函数应用于集合中的所有成员，然后返回一个基于这个处理的结果集,Reduce,对结果集进行分类和归纳,Map(),和,Reduce(),两个函数可能会并行运行，即使不是在同一的系统的同一时刻,MapReduce,MapReduce,示例：单词计数,案例：单词记数问题,(Word Count),给定一个巨大的文本（如,1TB,），如何计算单词出现的数目？,MapReduce,示例：单词计数,使用,MapReduce,求解该问题,定义,Map,和,Reduce,函数,MapReduce,示例：单词计数,使用,MapReduce,求解该问题,Step 1:,自动对文本进行分割,MapReduce,示例：单词计数,使用,MapReduce,求解该问题,Step 2:,在分割之后的每一对,进行用户定义的,Map,进行处理，再生成新的,对,MapReduce,示例：单词计数,使用,MapReduce,求解该问题,Step 3:,对输出的结果集归拢、排序,(,系统自动完成）,MapReduce,示例：单词计数,使用,MapReduce,求解该问题,Step 4:,通过,Reduce,操作生成最后结果,Google MapReduce,执行流程,1,、处理流程,2,、分片方式,源文件：,GFS,Map,处理结果：本地存储,Reduce,处理结果：,GFS,日志：,GFS,文件存储位置,思考,Google MapReduce,计算架构有什么问题？,Worker,故障,Master,周期性的,ping,每个,worker,。如果,master,在一个确定的时间段内没有收到,worker,返回的信息，那么它将把这个,worker,标记成失效,重新执行该节点上已经执行或尚未执行的,Map,任务,重新执行该节点上未完成的,Reduce,任务，已完成的不再执行,Master,故障,定期写入检查点数据,从检查点恢复,MapReduce,的容错,WHY,？,任务备份机制,慢的,workers,会严重地拖延整个执行完成的时间,由于其他的任务占用了资源,磁盘损坏,解决方案,:,在临近结束的时候，启动多个进程来执行尚未完成的任务,谁先完成，就算谁,可以十分显著地提高执行效率,MapReduce,的优化,本地处理,Master,调度策略,:,向,GFS,询问获得输入文件,blocks,副本的位置信息,Map tasks,的输入数据通常按,64MB,来划分,(GFS block,大小,),按照,blocks,所在的机器或机器所在机架的范围 进行调度,效果,绝大部分机器从本地读取文件作为输入，节省大量带宽,MapReduce,的优化,跳过有问题的记录,一些特定的输入数据常导致,Map/Reduce,无法运行,最好的解决方法是调试或者修改,不一定可行,可能需要第三方库或源码,在每个,worker,里运行一个信号处理程序，捕获,map,或,reduce,任务崩溃时发出的信号，一旦捕获，就会向,master,报告，同时报告输入记录的编号信息。如果,master,看到一条记录有两次崩溃信息，那么就会对该记录进行标记，下次运行的时候，跳过该记录,MapReduce,的优化,“实践是检验真理的唯一标准”,实践证明，,MapReduce,是出色的分布式计算模型,Google,宣布，其对分布于,1000,台计算机上的,1TB,数据进行排序仅仅需要,68s,对,4000,台计算机上的,1PB,数据进行排序处理仅需要,6,小时,2,分钟（每次测试至少会损坏,1,块硬盘）,在,08,年,1,月份，,Google MapReduce,平均每天的数据处理量是,20PB,，相当于美国国会图书馆当年,5,月份存档网络数据的,240,倍,“免费的午餐”已经结束,并行思维,MapReduce,并行分布式数据处理框架,屏蔽各种并行分布式计算的难题,课程小结,云计算应用实践,如何使用,MapReduce,实现海量数据的并行分布式排序？,讨论,云计算有没有什么问题？,欢迎访问,中国云计算网站,欢迎使用,云计算教材 电子工业出版社 刘鹏 主编,本讲到此结束,