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國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫,計算性能太強了!

jf_ro2CN3Fa ? 來源:芋道源碼 ? 2023-10-10 16:04 ? 次閱讀
隨著大數(shù)據(jù)時代的來臨,數(shù)據(jù)量不斷增長,傳統(tǒng)小機上跑數(shù)據(jù)庫的模式擴容困難且成本高昂,難以支撐業(yè)務(wù)發(fā)展。很多用戶開始轉(zhuǎn)向分布式計算路線,用多臺廉價的 PC 服務(wù)器組成集群來完成大數(shù)據(jù)計算任務(wù)。Hadoop/Spark 就是其中重要的軟件技術(shù),由于開源免費而廣受歡迎。經(jīng)過多年的應(yīng)用和發(fā)展,Hadoop 已經(jīng)被廣泛接受,不僅直接應(yīng)用于數(shù)據(jù)計算,還發(fā)展出很多基于它的新數(shù)據(jù)庫,比如 Hive、Impala 等。

Hadoop/Spark 之重

Hadoop 的設(shè)計目標(biāo)是成百上千臺節(jié)點的集群,為此,開發(fā)者實現(xiàn)了很多復(fù)雜、沉重的功能模塊。但是,除了一些互聯(lián)網(wǎng)巨頭企業(yè)、國家級通信運營商和大型銀行外,大多數(shù)場景的數(shù)據(jù)量并沒有那么巨大。結(jié)果,經(jīng)常能看到只有幾個到十幾個節(jié)點的 Hadoop 集群。由于目標(biāo)和現(xiàn)實的錯位,對很多用戶來講,Hadoop 成了一個在技術(shù)、應(yīng)用和成本上都很沉重的產(chǎn)品。技術(shù)之重如果真的有幾千臺計算機組成的集群,是不可能依靠手工個性化管理的。試想,將這些計算機羅列出來,運維人員看都看不過來,更別說管理和分配任務(wù)了。再說,這么多機器,難免會不斷出現(xiàn)各種故障,怎么保證計算任務(wù)順利執(zhí)行?Hadoop/Spark 的開發(fā)者為了解決這些問題,編寫了大量代碼,用于實現(xiàn)自動化節(jié)點管理、任務(wù)分配和強容錯功能。但是,這些功能本身就要占用很多計算資源(CPU、內(nèi)存和硬盤等),如果用到幾臺到十幾臺節(jié)點的集群上,就太過沉重了。集群本來就不大,Hadoop 還要占用相當(dāng)一部分的資源,非常不劃算。不僅如此,Hadoop 產(chǎn)品線很長,要把這些模塊都放在一個平臺上運行,還要梳理好各個產(chǎn)品之間的相互依賴性,就不得不實現(xiàn)一個包羅萬象的復(fù)雜架構(gòu)。雖然大多數(shù)場景只用其中一兩個產(chǎn)品,也必須接受這個復(fù)雜、沉重的平臺。后來出現(xiàn)的 Spark 彌補了 Hadoop 對內(nèi)存利用的不足,技術(shù)上是不是可以變輕呢?很遺憾,Spark 走向了另一個極端,從理論模型上就只考慮內(nèi)存計算了。特別是 Spark 中的 RDD 采用了 immutable 機制,在每個計算步驟后都會復(fù)制出新的 RDD,造成內(nèi)存和 CPU 的大量占用和浪費,離開大內(nèi)存甚至無法運行,所以技術(shù)上還是很重。使用之重Hadoop 技術(shù)上太過復(fù)雜,也就意味著安裝和運維會很麻煩。集群只有幾臺計算機時,卻不得不使用為幾千臺節(jié)點集群設(shè)計的節(jié)點管理、任務(wù)分配和容錯功能。可想而知,安裝、配置、調(diào)試都很困難,日常運行的維護(hù)、管理工作也不容易。即使克服這些困難讓 Hadoop 運行起來了,編寫大數(shù)據(jù)計算代碼時還會面臨更大的麻煩。Hadoop 編程的核心框架是 MapReduce,程序員要編寫并行程序,只要寫 Map 和 Reduce 動作即可,用來解決求和、計數(shù)等簡單問題也確實有效。但是,遇到復(fù)雜一些的業(yè)務(wù)邏輯,用 MapReduce 編程就會變得非常困難。例如,業(yè)務(wù)計算中很常見的 JOIN 計算,就很難用 MapReduce 實現(xiàn)。再比如,很多和次序有關(guān)的運算實現(xiàn)起來也很困難。Spark 的 Scala 語言具備一定的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)計算能力,是不是能簡單一些呢?很可惜,Scala 使用難度很大,難學(xué)更難精。遇到復(fù)雜一些的運算邏輯,Scala 也很難寫出來。MapReduce、Scala 都這么難,所以 Hadoop/Spark 計算語法開始回歸 SQL 語言。Hive 可以將 SQL 轉(zhuǎn)化為 MapReduce 所以很受歡迎,Spark SQL 的應(yīng)用也比 Scala 廣泛的多。但是,用 SQL 做一些常規(guī)查詢還算簡單,用于處理多步驟過程計算或次序相關(guān)運算還是非常麻煩,要寫很復(fù)雜的 UDF。而且,許多計算場景雖然勉強能用 SQL 實現(xiàn),但是計算速度卻很不理想,也很難進(jìn)行性能調(diào)優(yōu)。成本之重雖然 Hadoop 軟件本身開源免費,但它技術(shù)復(fù)雜、使用困難,會帶來高昂的綜合成本。前面說過,Hadoop 自身會占用過多的 CPU、內(nèi)存和硬盤,而 Spark 需要大內(nèi)存支撐才能正常運行。所以不得不為 Hadoop/Spark 采購更高配置的服務(wù)器,要增加硬件支出。Hadoop/Spark 使用困難,就需要投入更多的人力去完成安裝、運維,保證 Hadoop/Spark 的正常運轉(zhuǎn);還要投入更多的開發(fā)人員,編程實現(xiàn)各種復(fù)雜的業(yè)務(wù)計算,要增加人力資源成本。由于使用過于困難,很多用戶不得不采購商業(yè)公司的收費版本 Hadoop/Spark,價格相當(dāng)可觀,會大幅增加軟件采購成本。既然 Hadoop 如此沉重,為什么還有很多用戶會選擇它呢?答案很簡單:暫時找不到別的選擇,也只有 Hadoop 勉強可用,好歹知名度高一些。如此一來,用戶就只能安裝、配置 Hadoop 的重型應(yīng)用,并忍受 Hadoop 本身對計算資源的大量消耗。小規(guī)模集群的服務(wù)器數(shù)量本來就不多,Hadoop 又浪費了不少,小馬拉大車,最后運行的效果可想而知。花了大價錢采購、費事費力的使用 Hadoop,實際計算的性能卻不理想。就沒有別的選擇了?

輕量級的選擇

開源的 esProc SPL 是輕量級大數(shù)據(jù)計算引擎,采用了全新的實現(xiàn)技術(shù),可以做到技術(shù)輕、使用簡單、成本低。技術(shù)輕本文開頭說過,越來越大的數(shù)據(jù)量讓傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫撐不住,所以用戶只能轉(zhuǎn)向分布式計算技術(shù)。而數(shù)據(jù)庫之所以撐不住,是因為 SQL 難以實現(xiàn)高速算法,大數(shù)據(jù)運算性能只能指望數(shù)據(jù)庫的優(yōu)化引擎,遇到復(fù)雜計算時,優(yōu)化引擎又常常無能為力。所以,我們應(yīng)該想辦法設(shè)計更高效的算法,而不是一味地追求分布式計算。按照這個思路,SPL 提供了眾多高性能算法(有許多是業(yè)界首創(chuàng))以及高效的存儲方案,同等硬件環(huán)境下可以獲得遠(yuǎn)超過數(shù)據(jù)庫的運算性能。安裝在單機上的 SPL 就可以完成很多大數(shù)據(jù)計算任務(wù),架構(gòu)比集群簡單很多,從技術(shù)上自然就輕的多了。SPL 的高性能算法有下面這些:d1f2e804-6742-11ee-939d-92fbcf53809c.png對于數(shù)據(jù)量更大的情況,SPL 實現(xiàn)了輕量級集群計算功能。這一功能的設(shè)計目標(biāo)是幾臺到十幾臺節(jié)點的集群,采用了與 Hadoop 完全不同的實現(xiàn)方法。SPL 集群不提供復(fù)雜沉重的自動化管理功能,而是允許對每個節(jié)點進(jìn)行個性化配置。程序員可以根據(jù)數(shù)據(jù)特征和計算目標(biāo)來決定各節(jié)點存儲什么樣的數(shù)據(jù),完成哪些計算。這樣做,不僅大大降低了架構(gòu)復(fù)雜度,也是提升性能的重要手段。以訂單分析為例,訂單表很大,要通過產(chǎn)品號字段與較小的產(chǎn)品表主鍵做關(guān)聯(lián),再按照產(chǎn)品供應(yīng)商分組匯總訂單金額。SPL 集群可以很容易的將訂單表分段存放在各個節(jié)點的硬盤上,再將較小的產(chǎn)品表讀入每個節(jié)點的內(nèi)存中。計算時,每個節(jié)點僅對本機上的訂單分段和產(chǎn)品數(shù)據(jù)做關(guān)聯(lián)、分組匯總,可以縮短總計算時間;再將結(jié)果傳輸?shù)揭粋€節(jié)點上做二次匯總。由于傳輸?shù)氖堑谝淮螀R總的結(jié)果,數(shù)據(jù)量小、網(wǎng)絡(luò)傳輸時間較短。總體來說,這個方案可以獲得最佳性能,雖然程序員需要做一些更細(xì)致的工作,但對于小規(guī)模集群來說,增加的工作量并不大。SPL 也不提供超強的容錯能力,不會像 Hadoop 那樣,在有節(jié)點故障的情況下,還要保證任何一個任務(wù)都會執(zhí)行成功。實際上,大多數(shù)計算任務(wù)的執(zhí)行時間都在幾個小時以內(nèi),而幾臺、十幾臺機器的集群一般都能做到較長時間正常運行,不會這么頻繁的出故障。即使偶爾出現(xiàn)節(jié)點故障導(dǎo)致任務(wù)執(zhí)行失敗,再重新計算一遍也可以接受,畢竟這種情況不會經(jīng)常發(fā)生。所以,SPL 的容錯能力只是保證有少數(shù)節(jié)點故障的時候,整個集群還能繼續(xù)工作并接受新任務(wù)(包括重算的任務(wù)),這就大大降低了 SPL 集群的復(fù)雜度。在內(nèi)存計算方面,SPL 沒有使用 Spark RDD 的 immutable 機制,而是采用了指針式復(fù)用機制,利用地址(指針)訪問內(nèi)存,在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)沒有改變的情況下,直接用原數(shù)據(jù)的地址形成結(jié)果集,不必每個計算都將數(shù)據(jù)復(fù)制一遍,僅僅多保存一個地址(指針),可以同時減少 CPU 和內(nèi)存的消耗,運行起來要比 Spark 輕很多了。并且,SPL 改進(jìn)了當(dāng)前的外存計算算法體系,降低了復(fù)雜度并擴大了適應(yīng)范圍,可以做到內(nèi)外存計算結(jié)合,充分提升計算性能的同時,還不像 Spark 那樣依賴大內(nèi)存。使用簡單SPL 采用輕量級技術(shù),自然更容易安裝、配置和運行維護(hù)。SPL 不僅可以作為獨立服務(wù)器使用,還很容易集成到需要高性能計算的應(yīng)用中,比如即時查詢系統(tǒng),只要引入幾個 jar 包即可。Hadoop 則很難集成,只能在邊上作為一個數(shù)據(jù)源運行。有些臨時性數(shù)據(jù)需要隨時進(jìn)行處理,則可使用 SPL 的桌面集成開發(fā)環(huán)境可視化地計算,快速得到結(jié)果。如果要安裝部署 Hadoop,那么等環(huán)境搭建好時臨時數(shù)據(jù)任務(wù)已經(jīng)過期了。前面展示的眾多 SPL 高性能算法,也能讓大數(shù)據(jù)計算編程變得簡單。程序員可以在較短時間內(nèi)掌握這些算法函數(shù),學(xué)習(xí)成本相對較低。而且,使用這些現(xiàn)成的函數(shù)很容易實現(xiàn)各種復(fù)雜的計算需求,不僅比 MapReduce/Scala 簡單,比 SQL 也簡單很多。比如,以電商網(wǎng)站常見的漏斗分析為例,用 SQL 實現(xiàn)三步漏斗的代碼大致如下:

	
		
with e1 as (
  select gid,1 as step1,min(etime) as t1
fromT
whereetime>=to_date('2021-01-10','yyyy-MM-dd')andetime<to_date('2021-01-25','yyyy-MM-dd')
  andeventtype='eventtype1'and
groupby1
),
withe2as(
  selectgid,1asstep2,min(e1.t1)ast1,min(e2.etime)ast2
  fromTase2
  innerjoine1one2.gid=e1.gidwheree2.etime>=to_date('2021-01-10','yyyy-MM-dd')ande2.etime<to_date('2021-01-25','yyyy-MM-dd')
    and e2.etime > t1    
    and e2.etime < t1 + 7
    and eventtype='eventtype2' and
    group by 1
),
withe3as(
  selectgid,1asstep3,min(e2.t1)ast1,min(e3.etime)ast3
  fromTase3
  innerjoine2one3.gid=e2.gid
  wheree3.etime>=to_date('2021-01-10','yyyy-MM-dd')ande3.etime<to_date('2021-01-25','yyyy-MM-dd')
    and e3.etime > t2    
    and e3.etime < t1 + 7
    and eventtype='eventtype3' and
groupby1
)
select
  sum(step1) as step1,  
  sum(step2) as step2,  
  sum(step3) as step3
from
  e1  
  left join e2 on e1.gid = e2.gid  
  left join e3 on e2.gid = e3.gid
SQL 寫出來要三十多行,理解起來有相當(dāng)?shù)碾y度。如果用 MapReduce/Scala 來寫,會更加困難。即使是用 SQL 實現(xiàn),寫出來的這段代碼和漏斗的步驟數(shù)量相關(guān),每增加一步就要再增加一段子查詢。相比之下,SPL 就簡單得多,處理任意步驟數(shù)都是下面這樣簡潔的代碼:
A B
1 =["etype1","etype2","etype3"] =file("event.ctx").open()
2 =B1.cursor(id,etime,etype;etime>=date("2021-01-10") && etime
3 =A2.group(id).(~.sort(etime)) =A3.new(~.select@1(etype==A1(1)):first,~:all).select(first)
4 =B3.(A1.(t=if(#==1,t1=first.etime,if(t,all.select@1(etype==A1.~ && etime>t && etime
5 =A4.groups(;count(~(1)):STEP1,count(~(2)):STEP2,count(~(3)):STEP3)

SPL 集群計算的代碼也非常簡單,比如前面提到的訂單分析計算,具體要求是:大訂單表分段存儲在 4 個節(jié)點上,小產(chǎn)品表則加載到每個節(jié)點的內(nèi)存中,兩表關(guān)聯(lián)之后要按照產(chǎn)品供應(yīng)商分組匯總訂單金額。用 SPL 寫出來大致是下面這樣:

A

B

1

["192.168.0.101:8281","192.168.0.102:8281",…, "192.168.0.104:8281"]

2

fork to(4);A1

=file("product.ctx").open().import()

3

>env(PRODUCT,B2)

4

=memory(A1,PRODUCT)

5

=file("orders.ctx":to(4),A1).open().cursor(p_id,quantity)

6

=A5.switch(p_id,A4)

7

=A7.groups(p_id.vendor;sum(p_id.price*quantity))

這段代碼執(zhí)行時,任務(wù)管理(內(nèi)存加載、任務(wù)拆分、合并等)所需要的計算資源,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于關(guān)聯(lián)和分組匯總計算的消耗。如此輕便的任務(wù)管理功能,可以在任意節(jié)點、甚至是集成開發(fā)環(huán)境 IDE 上執(zhí)行。

成本低與 Hadoop 相同,SPL 也是開源軟件,不同的是 SPL 不僅軟件免費,綜合成本也非常低。SPL 安裝、配置、運維很容易,可以大大降低支持人員的人力資源成本。同時,由于 SPL 降低了大數(shù)據(jù)計算編程的難度,程序員很容易實現(xiàn)各種復(fù)雜的計算,開發(fā)效率顯著提高,也就節(jié)省了程序員的人力資源成本。而且,由于 SPL 技術(shù)體系非常輕,平臺自身占用的 CPU、內(nèi)存和硬盤很少,可以讓更多的資源用于業(yè)務(wù)計算,能大幅提高硬件利用率。SPL 也不像 Spark 那樣依賴大內(nèi)存,總體來說,大大減少了硬件采購成本。

SPL 既輕且快

SPL 技術(shù)輕、自身消耗小,而且還提供了眾多高性能算法,所以,在幾個到幾十個節(jié)點的集群,甚至單機的情況下,比 Hadoop/Spark 有更好的性能表現(xiàn)。案例 1:某電商漏斗分析計算。Spark:6 節(jié)點,每節(jié)點 4CPU 核,平均計算時間:25 秒。SPL:單機,8 線程計算,平均計算時間可達(dá) 10 秒。代碼量僅有 Spark Scala 的一半。案例 2:某大型銀行用戶畫像分析。Hadoop 上某 OLAP 服務(wù)器:虛擬機 100CPU 核,計算時間:120 秒。SPL:虛擬機 12CPU 核,計算時間:僅 4 秒。性能提高 250 倍。 案例 3:某商業(yè)銀行的手機銀行 APP,活期明細(xì)查詢,數(shù)據(jù)量大且高并發(fā)。基于 Hadoop 的某商用數(shù)據(jù)倉庫:高并發(fā)時無法達(dá)到秒級的響應(yīng)速度,只好換用 6 臺 ES 集群。SPL 單機:達(dá)到 6 臺 ES 集群同樣的并發(fā)和響應(yīng)能力。總結(jié)來說,Hadoop/Spark 是源自頭部互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的重型解決方案,適合需要有超大規(guī)模集群的巨大企業(yè)。很多場景的數(shù)據(jù)雖然也不少,但小集群甚至無集群就足夠處理,遠(yuǎn)沒多到這些巨大企業(yè)的規(guī)模,也沒有那么多的硬件設(shè)備和維護(hù)人員。這種情況下,輕量級的大數(shù)據(jù)計算引擎 SPL 是首選,投入很低的成本,就可以做到技術(shù)輕、使用簡便,而且還能提高開發(fā)效率、達(dá)到更高的性能。GitHub:https://github.com/SPLWare/esProc


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原文標(biāo)題:國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫,計算性能太強了!

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    數(shù)據(jù)庫建立|數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建的方法?

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    星火夜話,論道國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫

    ”活動,希望能夠傳承薩師煊先生研究中國數(shù)據(jù)庫之初心,共話國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫技術(shù)創(chuàng)新,共釋填補福建省基礎(chǔ)軟件領(lǐng)域空白的技術(shù)路線,共謀福建省信創(chuàng)新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展之道,照亮我國數(shù)據(jù)庫技術(shù)、產(chǎn)業(yè)傳承奮進(jìn)
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    數(shù)據(jù)庫是哪種數(shù)據(jù)庫類型?

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