Διδάσκων: Νεκτάριος Κοζύρης, καθηγητής

Transcript

1 Διδάσκων: Νεκτάριος Κοζύρης, καθηγητής Βοηθοί Δρ. Ιωάννης Κωνσταντίνου, Δρ. Μανόλης Τερροβίτης, Δρ. Δημήτρης Σκούτας,

2 Κατανεμημένα Συστήματα Επεξεργασίας δεδομένων Database συστήματα: παραδοσιακά vs «κατανεμημένα» Αποθήκευση Ευρετηρίαση Ανάκτηση Ερωτήματα Κατανεμημένα συστήματα αρχείων Cloud computing Γιατί? 2

3 Γενικά για τα clouds Δομή, υπηρεσίες, είδη cloud κλπ Cloud management software Παραδοσιακά θέματα ΒΔ Transaction schedules, ACID properties, Locking protocols, Lamport Clocks Επεξεργασία δεδομένων με MapReduce Google File System (GFS) και HDFS RDBMS vs Key-Value Stores (NoSQL) Ανακοίνωση εργασίας, Φροντιστήριο 3

4 Row, Key-value Stores Big Table, HBase Cassandra Dynamo Παρουσίαση ειδικών θεμάτων 4

5 Παροχή υπολογιστικής ισχύος ως υπηρεσία και όχι σαν προϊόν. Πόροι, λογισμικό και πληροφορίες παρέχονται σε άλλους υπολογιστές και συσκευές σαν υπηρεσίες κοινής ωφελείας (πχ σαν το ρεύμα της ΔΕΗ) μέσω ενός δικτύου (συνήθως του Internet) Διαβάστε: Above the clouds: A Berkeley View of Cloud Computing 5

6 Τα νέφη υπολογιστών είναι ένα μοντέλο που επιτρέπει: πρόσβαση μέσω δικτύου σε διαμορφώσιμους πόρους, όπως: υπολογιστική ισχύ, δίκτυα, αποθηκευτικό χώρο, εφαρμογές, υπηρεσίες, κλπ που μπορούν να δεσμεύονται και να απελευθερώνονται ταχέως με ελάχιστη διαχειριστική προσπάθεια ή επέμβαση από τον πάροχο της υπηρεσίας (elasticity). 6

7 Μεγάλα Data Centers Συστοιχίες από χιλιάδες υπολογιστές και αποθηκευτικές μονάδες Μεσαίας ισχύος υλικό (commodity hardware) Αποτυχίες κόμβων συνηθισμένες Διάφορα μοντέλα υπολογισμού / Ανομοιογενείς υπολογιστικοί πόροι Apple, North Carolina USA 7

8 Βασίζεται σε ήδη υπάρχουσες τεχνολογίες και πρακτικές Virtual machines Οn-demand, self-service, pay-as-you-go model Παροχή υπηρεσιών μέσω διαδικτύου Open Source Μοιάζει με προηγούμενα μοντέλα Grid computing Volunteer computing Peer to Peer Computing 8

9 Virtualized Αρχιτεκτονική Εφ Εφ Εφ Εφ Εφ Εφ Παραδοσιακή Αρχιτεκτονική guest Λ.Σ. Guest Λ.Σ. Guest Λ.Σ. Εφαρμογή Εφαρμογή Εφαρμογή Λειτουργικό Σύστημα Hypervisor (kvm-xenvirtualbox-vmware) Host Λειτουργικό Σύστημα Υλικό Υλικό 9

10 Προβλήματα μεγάλης κλίμακας Crawling, Indexing, Searching, Web 2.0 εφαρμογές επιστημονικοί υπολογισμοί Επεξεργασία πολλών PB τη μέρα Κλιμάκωση! Διαδραστικές Web Εφαρμογές Google (mail, maps, docs, ads, ), Facebook, Yahoo, Amazon Startups: foursquare (ec2), dropbox (s3), κλπ. Ταχύτητα! Ανάγκη για διαχείριση δεδομένων!!!! Παραδοσιακές βάσεις δεν αρκούν!! 10

11 Κλιμακωσιμότητα Διαθεσιμότητα Αξιοπιστία Ασφάλεια Ευελιξία Λειτουργικότητα Αποδοτικότητα Μετρήσιμο σύστημα Απλά APIs Κατανομή φόρτου 11

12 Over-provisioning, κοστίζει. Ελαστικό, pay-as-you-go Μόνο στο cloud!!! Under-provisioning, δεν λειτουργεί πάντα. 12

13 Λύνουν πολλά προβλήματα, αλλά: Προσθέτουν πολυπλοκότητα Εξισορρόπηση φόρτου Συνέπεια Συγχρονισμός Ανοχή σε σφάλματα 13

14 Software as a Service (SaaS) Χρήση προσφερόμενων υπηρεσιών π.χ. Google maps, mail, docs, Platform as a Service (PaaS) Παίρνεις ένα καλό και εύχρηστο API Και φτιάχνεις τις εφαρμογές σου π.χ. Google App Engine Infrastructure as a Service (IaaS) Νοίκιασε υπολογιστές (υπολογιστική ισχύ, κύκλους) και αν θες παραπάνω τους παίρνεις όταν τους χρειάζεσαι π.χ. Amazon EC2 14

15 15

16 16

17 Private Cloud (π.χ. το Cloud του cslab) λίγοι χρήστες πιθανή εσωτερική σύνδεση υψηλή ασφάλεια πιθανό μεγαλύτερο κόστος Hybrid Cloud Public Cloud π.χ. Amazon ή okeanos πολλοί χρήστες ενοικίαση πόρων σε δημόσιο Cloud (a la carte) πιθανότατα πιο φθηνό σύνδεση μέσω διαδικτύου Community Cloud Συνδεδεμένα clouds παρόμοιων οργανισμών π.χ GovCloud 17

18 Amazon Elastic Compute Cloud (EC2) Η πρώτη εταιρία που έδωσε cloud υπηρεσίες το 2006 RackSpace, RightScale, GoGrid, CloudSigma και άλλες πολλές Ελληνικό Cloud: okeanos Ήδη σε πιλοτική λειτουργία Στόχος είναι η παροχή IaaS cloud υπηρεσίες στην ακαδημαϊκή κοινότητα Το project του μαθήματος θα γίνει στον okeano 18

19 OpenStack Υποστήριξη από 150+ εταιρίες (Nasa, Dell, AMD, Intel, Canonical, κλπ) Από Μάιο 2011 προεπιλεγμένο cloud στο ubuntu O okeanos υποστηρίζει OpenStack εντολές 19

20 Κατανεμημένα Συστήματα Αρχείων Google File System (GFS) Hadoop Distributed File System (HDFS) CEPH file system Amazon Simple Storage Service (S3) Batch Processing Συστήματα Hadoop ecosystem (MapReduce, PIG, Hive, etc) Dryad Map Reduce Merge Row Stores (NoSQL) Proprietary: Big Table, Sherpa/PNUTS, AzureDB, SimpleDB Open source: Hbase, Cassandra, Dynamo, MongoDB Και πολλά άλλα 20

21 GFS: ένα κλιμακώσιμο κατανεμημένο σύστημα αρχείων για μεγάλες data-intensive εφαρμογές. Παρέχει ανοχή σε σφάλματα ενώ τρέχει σε φτηνό υλικό και προσφέρει υψηλή επίδοση σε μεγάλο αριθμό χρηστών. Παραδοχές : Υψηλή συχνότητα βλαβών. Συνήθως µεγάλα αρχεία. Η ανάκτηση γίνεται είτε σε µεγάλα κοµµάτια είτε σε πολλά µικρά. Τα περισσότερα αρχεία τροποποιούνται µε προσάρτηση(append). Το υψηλό bandwidth προτιµάται από το χαµηλό latency. 21

22 Μοντέλο παράλληλης επεξεργασίας μεγάλου όγκου δεδομένων Ο χρήστης ορίζει map και reduce functions ανάλογα με το πώς θέλει να επεξεργαστεί τα δεδομένα του Map : παίρνει για είσοδο ένα key/value και παράγει ένα ή περισσότερα ενδιάμεσα key/values Reduce : κάνει merge και επεξεργάζεται τα ενδιάμεσα key/values των mappers Αυτόματη παραλληλοποίηση των προγραμμάτων του χρήστη Partitioning στα δεδομένα εισόδου Scheduling Πιθανή αποτυχία κάποιου υπολογιστή Επικοινωνία μεταξύ υπολογιστών 22

23 Master Part 1 worker Map Reduce worker Part Input 2 worker Map Reduce worker Output Part 3 worker Map Reduce worker

24 Θα δούμε στο μάθημα αναλυτικά κάποια από αυτά και τις ιδιαιτερότητές τους Βάσεις δεδομένων χωρίς schema NoSQL (NoRel) Ένας μεγάλος πίνακας με ομογενοποιημένα δεδομένα διαχωρίζονται μέσω του κλειδιού (1 key = 1 row) πολλά attributes values Key-value stores Συνήθως κάθονται πάνω από ένα κατανεμημένο σύστημα αρχείων πχ BigTable->GFS 24

25 Id Ταινία Έτος Key 1 The Dark Knight 2008 value Id The Ηθοποιός Dark Knight Ημ.γέννησης 2 King s Speech 2010 Ηθοποιοί: Christian Bale Έτος: King s Christian Speech Bale The Fighter 2010 Ηθοποιοί: Colin Firth Έτος: The Natalie Fighter Portman Black Swan 2010 Ηθοποιοί: Melissa Leo, Έτος: Melissa Leo Christian Bale 5 The Prestige Black Colin Swan Firth Ηθοποιοί: Natalie Portman Έτος: 2010 The Prestige Ηθοποιοί: Christian Bale Έτος: 2006 Ηθοπ Ταινία Christian Bale Ημ.Γέννησης:

26 Εργασία στο Hadoop, απαιτεί: Εξοικείωση με το σύστημα Κατανόηση του MapReduce Γράψιμο δικών σας MapReduce προγραμμάτων Αποθήκευση και ανάγνωση Στο HDFS Στο Hbase 26