海量数据处理小结.pdf
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1、海量的数据处理问题,对其进行处理是一项艰巨而复杂的任务。原因有以下几个方面:一、数据量过大,数据中什么情况都可能存在。如果说有10条数据,那么大不了每条去逐一检查,人为处理,如果有上百条数据,也可以考虑,如果数据上到千万级别,甚至过亿,那不是手工能解决的了,必须通过工具或者程序进行处理,尤其海量的数据中,什么情况都可能存在,例如,数据中某处格式出了问题,尤其在程序处理时,前面还能正常处理,突然到了某个地方问题出现了,程序终止了。二、软硬件要求高,系统资源占用率高。对海量的数据进行处理,除了好的方法,最重要的就是合理使用工具,合理分配系统资源。一般情况,如果处理的数据过TB 级,小型机是要考虑的
2、,普通的机子如果有好的方法可以考虑,不过也必须加大CPU 和内存,就象面对着千军万马,光有勇气没有一兵一卒是很难取胜的。三、要求很高的处理方法和技巧。这也是本文的写作目的所在,好的处理方法是一位工程师长期工作经验的积累,也是个人的经验的总结。没有通用的处理方法,但有通用的原理和规则。那么处理海量数据有哪些经验和技巧呢,我把我所知道的罗列一下,以供大家参考:一、选用优秀的数据库工具现在的数据库工具厂家比较多,对海量数据的处理对所使用的数据库工具要求比较高,一般使用Oracle 或者 DB2,微软公司最近发布的SQL Server 2005 性能也不错。另外在BI 领域:数据库,数据仓库,多维数据
3、库,数据挖掘等相关工具也要进行选择,象好的ETL 工具和好的OLAP 工具都十分必要,例如Informatic,Eassbase等。笔者在实际数据分析项目中,对每天6000 万条的日志数据进行处理,使用SQL Server 2000 需要花费 6 小时,而使用SQL Server 2005 则只需要花费3 小时。二、编写优良的程序代码处理数据离不开优秀的程序代码,尤其在进行复杂数据处理时,必须使用程序。好的程序代码对数据的处理至关重要,这不仅仅是数据处理准确度的问题,更是数据处理效率的问题。良好的程序代码应该包含好的算法,包含好的处理流程,包含好的效率,包含好的异常处理机制等。三、对海量数据进
4、行分区操作对海量数据进行分区操作十分必要,例如针对按年份存取的数据,我们可以按年进行分区,不同的数据库有不同的分区方式,不过处理机制大体相同。例如SQL Server 的数据库分区是将不同的数据存于不同的文件组下,而不同的文件组存于不同的磁盘分区下,这样将数据分散开,减小磁盘 I/O,减小了系统负荷,而且还可以将日志,索引等放于不同的分区下。四、建立广泛的索引对海量的数据处理,对大表建立索引是必行的,建立索引要考虑到具体情况,例如针对大表的分组、排序等字段,都要建立相应索引,一般还可以建立复合索引,对经常插入的表则建立索引时要小心,笔者在处理数据时,曾经在一个ETL 流程中,当插入表时,首先删
5、除索引,然后插入完毕,建立索引,并实施聚合操作,聚合完成后,再次插入前还是删除索引,所以索引要用到好的时机,索引的填充因子和聚集、非聚集索引都要考虑。五、建立缓存机制当数据量增加时,一般的处理工具都要考虑到缓存问题。缓存大小设置的好差也关系到数据处理的成败,例如,笔者在处理2 亿条数据聚合操作时,缓存设置为100000 条/Buffer,这对于这个级别的数据量是可行的。六、加大虚拟内存如果系统资源有限,内存提示不足,则可以靠增加虚拟内存来解决。笔者在实际项目中曾经遇到针对18 亿条的数据进行处理,内存为1GB,1 个 P4 2.4G 的 CPU,对这么大的数据量进行聚合操作是有问题的,提示内存
6、不足,那么采用了加大虚拟内存的方法来解决,在6 块磁盘分区上分别建立了6个 4096M 的磁盘分区,用于虚拟内存,这样虚拟的内存则增加为4096*6+1024=25600 M,解决了数据处理中的内存不足问题。七、分批处理海量数据处理难因为数据量大,那么解决海量数据处理难的问题其中一个技巧是减少数据量。可以对海量数据分批处理,然后处理后的数据再进行合并操作,这样逐个击破,有利于小数据量的处理,不至于面对大数据量带来的问题,不过这种方法也要因时因势进行,如果不允许拆分数据,还需要另想办法。不过一般的数据按天、按月、按年等存储的,都可以采用先分后合的方法,对数据进行分开处理。八、使用临时表和中间表数
7、据量增加时,处理中要考虑提前汇总。这样做的目的是化整为零,大表变小表,分块处理完成后,再利用一定的规则进行合并,处理过程中的临时表的使用和中间结果的保存都非常重要,如果对于超海量的数据,大表处理不了,只能拆分为多个小表。如果处理过程中需要多步汇总操作,可按汇总步骤一步步来,不要一条语句完成,一口气吃掉一个胖子。九、优化查询SQL 语句在对海量数据进行查询处理过程中,查询的SQL 语句的性能对查询效率的影响是非常大的,编写高效优良的SQL 脚本和存储过程是数据库工作人员的职责,也是检验数据库工作人员水平的一个标准,在对SQL 语句的编写过程中,例如减少关联,少用或不用游标,设计好高效的数据库表结
8、构等都十分必要。笔者在工作中试着对1 亿行的数据使用游标,运行3 个小时没有出结果,这是一定要改用程序处理了。十、使用文本格式进行处理对一般的数据处理可以使用数据库,如果对复杂的数据处理,必须借助程序,那么在程序操作数据库和程序操作文本之间选择,是一定要选择程序操作文本的,原因为:程序操作文本速度快;对文本进行处理不容易出错;文本的存储不受限制等。例如一般的海量的网络日志都是文本格式或者 csv格式(文本格式),对它进行处理牵扯到数据清洗,是要利用程序进行处理的,而不建议导入数据库再做清洗。十一、定制强大的清洗规则和出错处理机制海量数据中存在着不一致性,极有可能出现某处的瑕疵。例如,同样的数据
9、中的时间字段,有的可能为非标准的时间,出现的原因可能为应用程序的错误,系统的错误等,这是在进行数据处理时,必须制定强大的数据清洗规则和出错处理机制。十二、建立视图或者物化视图视图中的数据来源于基表,对海量数据的处理,可以将数据按一定的规则分散到各个基表中,查询或处理过程中可以基于视图进行,这样分散了磁盘I/O,正如 10 根绳子吊着一根柱子和一根吊着一根柱子的区别。十三、避免使用32 位机子(极端情况)目前的计算机很多都是32 位的,那么编写的程序对内存的需要便受限制,而很多的海量数据处理是必须大量消耗内存的,这便要求更好性能的机子,其中对位数的限制也十分重要。十四、考虑操作系统问题海量数据处
10、理过程中,除了对数据库,处理程序等要求比较高以外,对操作系统的要求也放到了重要的位置,一般是必须使用服务器的,而且对系统的安全性和稳定性等要求也比较高。尤其对操作系统自身的缓存机制,临时空间的处理等问题都需要综合考虑。十五、使用数据仓库和多维数据库存储数据量加大是一定要考虑OLAP 的,传统的报表可能5、6 个小时出来结果,而基于Cube 的查询可能只需要几分钟,因此处理海量数据的利器是OLAP 多维分析,即建立数据仓库,建立多维数据集,基于多维数据集进行报表展现和数据挖掘等。十六、使用采样数据,进行数据挖掘基于海量数据的数据挖掘正在逐步兴起,面对着超海量的数据,一般的挖掘软件或算法往往采用数
11、据抽样的方式进行处理,这样的误差不会很高,大大提高了处理效率和处理的成功率。一般采样时要注意数据的完整性和,防止过大的偏差。笔者曾经对1 亿 2 千万行的表数据进行采样,抽取出400 万行,经测试软件测试处理的误差为千分之五,客户可以接受。还有一些方法,需要在不同的情况和场合下运用,例如使用代理键等操作,这样的好处是加快了聚合时间,因为对数值型的聚合比对字符型的聚合快得多。类似的情况需要针对不同的需求进行处理。海量数据是发展趋势,对数据分析和挖掘也越来越重要,从海量数据中提取有用信息重要而紧迫,这便要求处理要准确,精度要高,而且处理时间要短,得到有价值信息要快,所以,对海量数据的研究很有前途,
12、也很值得进行广泛深入的研究。一般来说第7 种方案是最常用的,有的主要就是使用第7 种方案,选择的余地也非常的大,不只是俺月,日,年,也可以按周等等划分,灵活性较高而面对大量数据的处理一般都是分批次处理,之前我做一个文本分类器,面对1g 多的索引(索引1g 多,但是分类时需要的数据就大得多了),40-50 分钟就可以跑完所有分类:一是分批操作。二是给 jvm 回收内存的时间,比如每次20w 的数据进行分类,完成之后睡眠一段时间,每睡眠一端时间就手动 gc 一次。通过这些方式取得了很明显得见效。海量数据处理专题(一)大数据量的问题是很多面试笔试中经常出现的问题,比如baidu google 腾讯这
13、样的一些涉及到海量数据的公司经常会问到。下面的方法是我对海量数据的处理方法进行了一个一般性的总结,当然这些方法可能并不能完全覆盖所有的问题,但是这样的一些方法也基本可以处理绝大多数遇到的问题。下面的一些问题基本直接来源于公司的面试笔试题目,方法不一定最优,如果你有更好的处理方法,欢迎与我讨论。本贴从解决这类问题的方法入手,开辟一系列专题来解决海量数据问题。拟包含以下几个方面。1.Bloom Filter 2.Hash 3.Bit-Map 4.堆(Heap)5.双层桶划分6.数据库索引7.倒排索引(Inverted Index)8.外排序9.Trie 树10.MapReduce 在这些解决方案之
14、上,再借助一定的例子来剖析海量数据处理问题的解决方案。欢迎大家关注。海量数据处理专题(二)【什么是 Bloom Filter】Bloom Filter是一种空间效率很高的随机数据结构,它利用位数组很简洁地表示一个集合,并能判断一个元素是否属于这个集合。Bloom Filter的这种高效是有一定代价的:在判断一个元素是否属于某个集合时,有可能会把不属于这个集合的元素误认为属于这个集合(false positive)。因此,Bloom Filter不适合那些“零错误”的应用场合。而在能容忍低错误率的应用场合下,Bloom Filter通过极少的错误换取了存储空间的极大节省。这里有一篇关于Bloom
15、 Filter的详细介绍,不太懂的博友可以看看。【适用范围】可以用来实现数据字典,进行数据的判重,或者集合求交集【基本原理及要点】对于原理来说很简单,位数组+k 个独立 hash 函数。将 hash函数对应的值的位数组置1,查找时如果发现所有 hash函数对应位都是1 说明存在,很明显这个过程并不保证查找的结果是100%正确的。同时也不支持删除一个已经插入的关键字,因为该关键字对应的位会牵动到其他的关键字。所以一个简单的改进就是 counting Bloom filter,用一个 counter数组代替位数组,就可以支持删除了。还有一个比较重要的问题,如何根据输入元素个数n,确定位数组m 的大
16、小及hash函数个数。当hash 函数个数 k=(ln2)*(m/n)时错误率最小。在错误率不大于E 的情况下,m至少要等于n*lg(1/E)才能表示任意n 个元素的集合。但m还应该更大些,因为还要保证bit数组里至少一半为0,则 m应 该=nlg(1/E)*lge 大概就是 nlg(1/E)1.44倍(lg表示以 2 为底的对数)。举个例子我们假设错误率为0.01,则此时 m应大概是 n 的 13 倍。这样 k 大概是 8 个。注意这里 m与 n 的单位不同,m是 bit为单位,而n 则是以元素个数为单位(准确的说是不同元素的个数)。通常单个元素的长度都是有很多bit的。所以使用bloom
17、filter内存上通常都是节省的。【扩展】Bloom filter将集合中的元素映射到位数组中,用k(k 为哈希函数个数)个映射位是否全1 表示元素在不在这个集合中。Counting bloom filter(CBF)将位数组中的每一位扩展为一个counter,从而支持了元素的删除操作。Spectral Bloom Filter(SBF)将其与集合元素的出现次数关联。SBF采用 counter中的最小值来近似表示元素的出现频率。【问题实例】给你 A,B 两个文件,各存放50 亿条 URL,每条 URL 占用 64 字节,内存限制是4G,让你找出A,B文件共同的 URL。如果是三个乃至n 个文件
18、呢?根据这个问题我们来计算下内存的占用,4G=232大概是 40 亿*8 大概是 340 亿,n=50 亿,如果按出错率 0.01算需要的大概是650 亿个 bit。现在可用的是340 亿,相差并不多,这样可能会使出错率上升些。另外如果这些urlip是一一对应的,就可以转换成ip,则大大简单了。海量数据处理专题(三)什么是 HashHash,一般翻译做“散列”,也有直接音译为“哈希”的,就是把任意长度的输入(又叫做预映射,pre-image),通过散列算法,变换成固定长度的输出,该输出就是散列值。这种转换是一种压缩映射,也就是,散列值的空间通常远小于输入的空间,不同的输入可能会散列成相同的输出
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