
谷歌的海量数据排序实验史
自从相关工具创建以来,我们一直通过对海量的随机数据执行排序来测试MapReduce。这种方式很受欢迎,因为生成任意数量的数据非常简单,想要验证输出结果是否正确也很简单。
尽管最开始的MapReduce论文报告的是TeraSort的结果。工程师们将定期对1TB或10TB数据执行排序当作回归测试来做,因为测试时使用的数据量越大,那些不显眼的bug就越容易被发现。然而,当我们进一步扩大数据规模后,真正的乐趣才刚开始。本文将会讨论几年前我们所做的一些PB规模的排序实验,包括在我们看来最大的一次MapReduce任务:对50PB的数据执行排序。
如今,GraySort已是海量数据排序基准之选,测试者必须以最快速度按字典顺序对至少100TB的数据执行排序。网站sortbenchmark.org跟踪记录了这项基准测试的官方优胜者,但谷歌从未参加过官方竞赛。
由于实现Reduce的过程就是对键值排序,MapReduce刚好适合解决这个问题。通过合适的(词典)分片功能,MapReduce就能输出一系列的文件,其中包含最终排序后的数据集。
有时在数据中心有新集群出现时(一般是为了搜索索引团队的使用),我们这些MapReduce团队的人员就有机会歇口气,在实际工作量压过来之前休闲几周。这些时候,我们才有机会试试看:让集群“超负荷”、探究硬件的极限、搞挂一些硬盘、测试一些非常昂贵的设备,并学到很多系统性能相关的东西,同时(在非官方的)排序基准测试获得胜利。
图一:谷歌的Petasort记录
2007
(1PB,12.13小时,1.37TB/分钟,2.9 MB/秒/worker)
我们在2007年首次运行Petasort。那时候,我们主要是开心能把这个测试完成,尽管对输出结果的正确性还有些疑问(由于未作验证而无法确认)。当时,若不是我们关闭了检查map分片与备份的输出结果是否一致的机制,这项任务是无法完成的。我们怀疑,这是用作输入和输出结果存储的谷歌档案系统(GFS)所造成的限制。GFS的校验和保护不足,有时会返回损坏的数据。不幸的是,该基准测试所使用的文件格式并不包含任何内嵌的校验和,无法让MapReduce发送通知(在谷歌,通常使用MapReduce的方式就是使用内嵌校验和的文件格式)。
2008
(1PB,6.03小时,2.76TB/分钟,11.5 MB/秒/worker)
2008年,我们首次专注于优化调整,花了几天时间调整分片数量、不同缓冲区的大小、预读/预写策略、页面缓存使用等,并在博客中记录了结果。最终,通过将输出结果三路复制到GFS,我们解决掉了瓶颈,这也成了我们那时在谷歌的标准用法,少一路都会有很高的风险损失掉数据。
2010
(1PB,2.95小时,5.65TB/分钟,11.8 MB/秒/worker)
在这个测试中,我们使用了新版本的GraySort基准,这个版本使用到了不可压缩的数据。在前几年中,我们从GFS读取或者向其写入1PB数据时,实际shuffle的数据量仅有大约300TB左右,因为那时所使用的ASCII格式都是压缩过的。
在这一年中,谷歌将GFS更新为下一代分布式存储系统Colossus。之前使用GFS时所遇到的数据损坏问题不再出现了,我们还在输出结果中使用了RS编码(Colossus的新功能),从而将写入的总数据量从3PB(三路复制)减少到大约1.6PB。这时我们也首次证实了输出结果的正确性。
为了减少离散数据的影响,我们运用了动态分片技术(也就是减少子分片),后来演变为了在Dataflow中使用完全动态分片技术。
2011
(1PB,0.55小时,30.3TB/分钟,63.1 MB/秒/worker)
这一年我们的网络速度更快,也开始关注每台服务器的效率,特别是输入/输出(I/O)方面的问题。我们要确保所有的硬盘I/O操作都是在2MB大小的块区内进行的,解决有时会缩小到64kB块区的问题。我们使用了固态硬盘(SSD)来记录部分数据,这使得Petasort测试首次在一小时之内完成,准确来讲是33分钟,可以参考这里的记录。最终,在分布式存储中输入/输出以及将中间数据保存在硬盘中以支持容错(由于在实验中,某些硬盘甚至整台服务器都会宕掉,而且这种情况会频繁出现,因此容错非常重要)的问题上,性能达到了指定MapReduce架构的硬件极限性能的将近两倍。同时也获得了更高的扩展:我们在6小时27分钟之内运行了10PB的数据(26TB/分钟)。
2012
(50PB,23小时,36.2TB/分钟,50 MB/秒/worker)
在这个测试中,我们将注意力转向更大规模的数据排序,通过调用我们在谷歌所能控制的最大规模集群,将shuffle的数据量提到最大,然后运行相应的MapReduce任务。不幸的是,这个集群的空间不够让100PB的数据排序,因此我们将要排序的数据限制在50PB。这个测试仅运行了一次,也没有做专门的优化调整,而且设置还是取自之前做10PB实验时所用的那一套,完成时间为23小时5分钟。
注意,这个排序的规模是GraySort的500倍,在吞吐量上是2015年GraySort官方优胜者的两倍。
这些实验让我们获益良多:包括在运行万台规模的服务器上执行排序时遇到了什么挑战,以及如何优化调整以接近硬件性能的速度极限。
尽管这些排序实验非常有趣,但仍有一些缺点:
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
评判两组数据与初始数据准确值的方法 在数据分析与研究中,我们常常会面临这样的情况:需要对通过不同方法、不同过程得到的两组 ...
2025-08-01通过 COX 回归模型诊断异常值 一、COX 回归模型概述 COX 回归模型,又称比例风险回归模型,是一种用于生存分析的统计方法。它能 ...
2025-08-01CDA 数据分析师报考条件详解:迈向专业认证的指南 在数据分析行业蓬勃发展的当下,CDA 数据分析师认证成为众多从业者提升专业 ...
2025-08-01K-S 曲线、回归与分类:数据分析中的重要工具 在数据分析与机器学习领域,K-S 曲线、回归和分类是三个核心概念与工具,它们各 ...
2025-07-31大数据时代对定性分析的影响 在大数据时代,海量、多样、高速且低价值密度的数据充斥着我们的生活与工作。而定性分析作为一 ...
2025-07-31CDA含金量分析 在数字经济与人工智能深度融合的时代,数据驱动决策已成为企业核心竞争力的关键要素。CDA(Certified Data Analys ...
2025-07-31SASEM 决策树:理论与实践应用 在复杂的决策场景中,如何从海量数据中提取有效信息并制定科学决策,是各界关注的焦点。SASEM 决 ...
2025-07-30SPSS 语法使用详解 在当今数据驱动的时代,SPSS( Statistical Package for the Social Sciences)作为一款功能强大的统计分析软 ...
2025-07-30人工智能对CDA数据分析领域的影响 人工智能对 CDA(Certified Data Analyst,注册数据分析师)数据分析领域的影响是全方位、多层 ...
2025-07-30MySQL执行计划中rows的计算逻辑:从原理到实践 MySQL 执行计划中 rows 的计算逻辑:从原理到实践 在 MySQL 数据库的查询优化中 ...
2025-07-29左偏态分布转正态分布:方法、原理与实践 左偏态分布转正态分布:方法、原理与实践 在统计分析、数据建模和科学研究中,正态分 ...
2025-07-29CDA 数据分析师的职业生涯规划:从入门到卓越的成长之路 在数字经济蓬勃发展的当下,数据已成为企业核心竞争力的重要来源,而 CD ...
2025-07-29CDA数据分析师证书考取全攻略 一、了解 CDA 数据分析师认证 CDA 数据分析师认证是一套科学化、专业化、国际化的人才考核标准, ...
2025-07-29解析神经网络中 Softmax 函数的核心作用 在神经网络的发展历程中,激活函数扮演着至关重要的角色,它们为网络赋予了非线性能力, ...
2025-07-29解析 response.text 与 response.content 的核心区别 在网络数据请求与处理的场景中,开发者经常需要从服务器返回的响应中提取数 ...
2025-07-29鸢尾花判别分析:机器学习中的经典实践案例 在机器学习的世界里,有一个经典的数据集如同引路明灯,为无数初学者打开了模式识别 ...
2025-07-29用 Python 开启数据分析之旅:从基础到实践的完整指南 在数据驱动决策的时代,数据分析已成为各行业不可或缺的核心能力。而 Pyt ...
2025-07-29从 CDA LEVEL II 考试题型看 Python 数据分析要点 在数据科学领域蓬勃发展的当下,CDA(Certified Data Analyst)认证成为众多从 ...
2025-07-29CDA 数据分析师的工作范围解析 在数字化时代的浪潮下,数据已成为企业发展的核心资产之一。CDA(Certified Data Analyst)数据分 ...
2025-07-29解析 insert into select 是否会锁表:原理、场景与应对策略 在数据库操作中,insert into select 是一种常用的批量数据插入语句 ...
2025-07-29