首页
学习
活动
专区
工具
TVP
发布
精选内容/技术社群/优惠产品,尽在小程序
立即前往
您找到你想要的搜索结果了吗?
是的
没有找到

【HDFS】系统架构与存储机制

HDFS是主从架构(Master/Slave),当然这也是大数据产品最常见的架构。主节点为NameNode,从节点为DataNode。其中DataNode用于存储数据,存储的数据会被拆分成Block块(默认按照128M进行切分),然后均匀的存放到各个DataNode节点中,为了保证数据安全性,这些Block块会进行多副本的存储,备份到不同的节点。而NameNode则负责管理整个集群,并且存储数据的元数据信息(记录数据被拆分为哪几块,分别存储到了哪个DataNode中)。DataNode会通过心跳机制,与NameNode进行通信(默认3秒),汇报健康状况和存储的Block数据信息,如果NameNode超过一定时间没有收到DataNode发送的心跳信息,则认为DataNode宕机,会启动容灾机制。

01

事务处理的数据存储

在上篇文章我们讨论了数据模型,今天试着讨论更基础的数据存储和搜索。数据存储根据开发者使用,可以分为一般的事务处理和数据分析,因为这两者面临的情况不一样。事务处理聚焦于快速的存储和搜索少量的数据,但是数据分析需要读取大量的数据去进行聚合,而不怎么考虑读取花费的时间。后者一般称为数据仓库。 首先我们先看看传统数据库和大部分NoSQL的数据存储引擎。这个实际上分为两个流派,一个是基于日志结构,主要使用了LSM树,另一个是基于OS的页的结构,就是所谓的B树。这么说可能比较难懂。让我们想象一下,假设你有一个excel,里面存储了一条数据a,b,如果我们想查询a,我们可以遍历excel找到满足以a开头的数据a,b。这就是一个简单的数据库,存储数据时,只要简单的添加在下一列。查找时进行遍历,找到符合条件的。让我们想想这会有什么问题。对于数据存储,我们只需要简单的添加数据,对于磁盘这样极有效率,当然实际上的数据库还要考虑并行处理、磁盘存储空间不足等等情况。存储数据的file,就是所谓的log。另一方面,对于搜索数据,这个效率就相当慢了,因为每次搜索数据都需要遍历整个文件,时间复杂度是线性的增长,这时候我们就需要索引了。显然索引对于整个数据存储文件而言,是额外的存储结构,维护索引结构会牺牲write的效率。 对于索引结构,首先想到的是key-value结构。例如对于数据a,b c,f,d这种数据,我们可以用一个索引a,0 b,3这种hash map的形式0和3代表着文件的offset,我们查找数据的时候,先去hash map找到对应的key值,获得offset,我们就能获得key值对应的value。这听起来很简单,然而这就是Bitcask的实现方式。这个索引结构是完全存储在内存当中,如果超出内存的话,就会放在磁盘上。如果数据一直在增长,磁盘空间肯定会有不足的那一刻,解决办法就是将数据拆分为固定大小的segment,以及在合适的时候,合并segment,根据时间戳,保留最新的value值,重新写入新的segment,对旧的进行删除。对于实际的工程,我们还需要考虑 1.文件存储的格式,一般而言应该是以bytes存储 2.删除数据时,应该加上一个标签,比如tombstone,在合并segment时,对数据进行删除 3.数据库崩溃重新恢复,Bitcask使用的是快照的方式在磁盘保存索引结构 4.并发的写入数据,这个需要检查点来处理数据写入时数据库崩溃 5.并发控制,因为文件的immutable,所以并发控制相当简单。 但是这个依然存在问题,让我们想想,那就是hash table必须存储在内存中,这个对于大数据时很不友好,即使你是存储在磁盘上。并且对于范围查找很不友好,因为你需要遍历所有key去查找一个范围内的一个key。 为了解决范围查找,人们又提出了在创建索引时,我们可以按照key值进行排序,这样的存储方式叫做SSTable。这样有下面的几个好处,合并segment变得更有效率了,因为你只需要读取开始的key和结束的key就可以了。在保存索引时,也不需要将所有的key存储在内存里,只需要保存每个segment的开始key和结束key。读取数据时,也不需要遍历所有的key值了。那么对于维护索引呢?我们在写入数据时,会先写入memtable(存储在内存的例如红黑树之类的数据结构)。当memtable超过某个阈值时,会将memtable写入到磁盘的segment中。在读取数据时,我们会首先在memtable中查找数据,然后再根据时间逐步读取segment。每隔一段时间,后台进程便会合并segment,清理垃圾数据。这样处理的唯一问题,就是memtable遇到服务器崩溃。我们可以牺牲一部分write的效率,生成一个独立的log去立马保存写入的数据,这个log的唯一用途就是防止memtable的丢失。 上面的就是现在HBase、LevelDB、Lucene这些使用的LSM树结构。对于其的优化,目前可以使用布隆过滤器、size-tiered等方式去优化读取和合并segment。除了LSM树,目前还有一个广泛使用的索引,那就是B树。 B树主要是利用了操作系统的页结构,将数据拆分成一个固定尺寸的block块,使用存储address和location,类似于指针的方式存储数据。具体细节不多说,网上的文章一大堆。我们需要考虑的是负载因子和二叉树的平衡。对于每次的写入和修改数据,我们都需要找到key值在系统里对应的address去修改数据,重新写入,同样为了防止数据崩溃,一般的数据库会使用预写日志(WAL)去保存每一次数据的修改和写入。 除了这些索引,还有所谓的二级索引。这个类似于倒排索引。不仅如此,还有基于列的存储方式,这个大多是为了数据仓库服务的。

03

python第二十八课——编码小常识

2.内存和硬盘: 内存:计算机硬件组成部分之一,它是一个容器,用来存储数据;处理数据速度快, 存储数据量小;断电死机数据会丢失,短暂性存储数据 硬盘:计算机硬件组成部分之一,它是一个容器,用来存储数据;处理数据速度慢, 存储数据量大,断电死机数据不会丢失,数据的持久存储 3.字节和字符 字节:计算机的存储数据的单位,底层唯一能够识别并且运算的数据 字符:人类将字节封装为另一种能直接识别的数据单位,底层还是字节 4.如何区分字节文件和字符文件 如果使用文本编辑器打开能看得懂(不会乱码)那它就是一个字符文件, 反之,它是一个字节文件 提问:常见的字节文件和字符文件有哪些?(枚举出一些) 字节文件:图片文件(.jpg、.png...)、视频文件(.avi、.mp4、.rmb...)、音频文件(.mp3...) 字符文件:.txt、.py、.java、.js、.html、.css、.php... 思考:.doc结尾的文件是字节还是字符文件? 是字节文件,因为.doc结尾的文件中既可以包含字符内容,也可以包含图片、颜色设置...操作 思考:计算机数据层面,一切皆字节,对不对? 对的;因为计算机底层唯一能够识别和运算的都是字节数据... 5.字符编码(字符集) ascii码表:U.S.A设计出来的,范围非常小;不包含很多国家的文字,英文字符占用内存1个字节 utf-8码表:现今比较通用的一张编码表,包含了世界上所有的文字内容,范围:0~65535之间, 1个汉字占用内存3个字节,1个英文字符占用内存1个字节 gbk码表:gbk属于gb2312的扩充版,兼容了gb2312中的所有字符,加入更多的一些汉字内容, 1个汉字占用内存2个字节,1个英文字符占用内存1个字节, 在我们中国环境下,大多数情况默认的都是gbk作为编码 6.编码和解码: 编码:让数据从看的懂到看不懂,就是编码 解码:让数据从看不懂到看得懂,就是解码 【注意】 编码和解码如果不一致会怎么样? 1).会出现乱码现象 2).会报错 不管是上述的1还是2都是不理想的结果,我们都需要避免 字符串的两个函数引入: encode(encoding,errors):对字符串数据进行编码操作,得到一个bytes类型的数据 decode(encoding,errors):对字符串数据进行解码操作,得到一个str类型的数据 演示eccode()和decode()函数的使用:

01

NoSQL到底怎么用?

但之后仍有问题待解决: 比如朋友圈关系的数据量达到千亿,即使分成1024个库表,单表数据量也达到亿级,且关系数据量还在极速增加,即使你分成再多库表,数据量也会很快到达瓶颈。 传统DB难以彻底解决该问题,因为扩展性很弱。这时,就可以利用NoSQL,天生分布式,能提供优秀的读写性能,补充了传统关系型数据库短板。那么它是如何做到的呢? NoSQL,不同于传统关系型数据库的其他数据库系统的统称,不使用SQL作为查询语言,提供优秀的横向扩展能力和读写性能,非常契合互联网项目高并发大数据的特点。 Redis、LevelDB这样的KV存储,相比于传统DB,有极高读写性能,对性能有比较高的要求的场景都会使用。

01
领券