海量數據處理技術

海量的數據處理問題,對其進行處理是一項艱巨而複雜的任務。原因有以下幾個方面:

數據量過大

數據中什麼情況都可能存在。如果說有10條數據,那么大不了每條去逐一檢查,人為處理,如果有上百條數據,也可以考慮,如果數據上到千萬級別,甚至過億,那不是手工能解決的了,必須通過工具或者程式進行處理,尤其海量的數據中,什麼情況都可能存在,例如,數據中某處格式出了問題,尤其在程式處理時,前面還能正常處理,突然到了某個地方問題出現了,程式終止了。

軟硬體要求高

系統資源占用率高。對海量的數據進行處理,除了好的方法,最重要的就是合理使用工具,合理分配系統資源。一般情況,如果處理的數據過TB級,小型機是要考慮的,普通的機子如果有好的方法可以考慮,不過也必須加大CPU和記憶體,就象面對著千軍萬馬,光有勇氣沒有一兵一卒是很難取勝的。

要求很高的處理方法和技巧

這也是本文的寫作目的所在,好的處理方法是一位工程師長期工作經驗的積累,也是個人的經驗的總結。沒有通用的處理方法,但有通用的原理和規則。

那么處理海量數據有哪些經驗和技巧呢,我把我所知道的羅列一下,以供大家參考:

選用優秀的資料庫工具

現在的資料庫工具廠家比較多,對海量數據的處理對所使用的資料庫工具要求比較高,一般使用Oracle或者DB2,微軟公司最近發布的SQL Server 2005性能也不錯。另外在BI領域:資料庫,數據倉庫,多維資料庫,數據挖掘等相關工具也要進行選擇,象好的ETL工具和好的OLAP工具都十分必要,例如Informatic,Eassbase等。筆者在實際數據分析項目中,對每天6000萬條的日誌數據進行處理,使用SQL Server 2000需要花費6小時,而使用SQL Server 2005則只需要花費3小時。

編寫優良的程式代碼

處理數據離不開優秀的程式代碼,尤其在進行複雜數據處理時,必須使用程式。好的程式代碼對數據的處理至關重要,這不僅僅是數據處理準確度的問題,更是數據處理效率的問題。良好的程式代碼應該包含好的算法,包含好的處理流程,包含好的效率,包含好的異常處理機制等。

對海量數據進行分區操作

對海量數據進行分區操作十分必要,例如針對按年份存取的數據,我們可以按年進行分區,不同的資料庫有不同的分區方式,不過處理機制大體相同。例如 SQL Server的資料庫分區是將不同的數據存於不同的檔案組下,而不同的檔案組存於不同的磁碟分區下,這樣將數據分散開,減小磁碟I/O,減小了系統負荷,而且還可以將日誌,索引等放於不同的分區下。

建立廣泛的索引

對海量的數據處理,對大表建立索引是必行的,建立索引要考慮到具體情況,例如針對大表的分組、排序等欄位,都要建立相應索引,一般還可以建立複合索引,對經常插入的表則建立索引時要小心,筆者在處理數據時,曾經在一個ETL流程中,當插入表時,首先刪除索引,然後插入完畢,建立索引,並實施聚合操作,聚合完成後,再次插入前還是刪除索引,所以索引要用到好的時機,索引的填充因子和聚集、非聚集索引都要考慮。

建立快取機制

當數據量增加時,一般的處理工具都要考慮到快取問題。快取大小設定的好差也關係到數據處理的成敗,例如,筆者在處理2億條數據聚合操作時,快取設定為100000條/Buffer,這對於這個級別的數據量是可行的。

加大虛擬記憶體

如果系統資源有限,記憶體提示不足,則可以靠增加虛擬記憶體來解決。筆者在實際項目中曾經遇到針對18億條的數據進行處理,記憶體為1GB,1個P4 2.4G的CPU,對這么大的數據量進行聚合操作是有問題的,提示記憶體不足,那么採用了加大虛擬記憶體的方法來解決,在6塊磁碟分區上分別建立了6個 4096M的磁碟分區,用於虛擬記憶體,這樣虛擬的記憶體則增加為 4096*6 + 1024 = 25600 M,解決了數據處理中的記憶體不足問題。

分批處理

海量數據處理難因為數據量大,那么解決海量數據處理難的問題其中一個技巧是減少數據量。可以對海量數據分批處理,然後處理後的數據再進行合併操作,這樣逐個擊破,有利於小數據量的處理,不至於面對大數據量帶來的問題,不過這種方法也要因時因勢進行,如果不允許拆分數據,還需要另想辦法。不過一般的數據按天、按月、按年等存儲的,都可以採用先分後合的方法,對數據進行分開處理。

使用臨時表和中間表

數據量增加時,處理中要考慮提前匯總。這樣做的目的是化整為零,大表變小表,分塊處理完成後,再利用一定的規則進行合併,處理過程中的臨時表的使用和中間結果的保存都非常重要,如果對於超海量的數據,大表處理不了,只能拆分為多個小表。如果處理過程中需要多步匯總操作,可按匯總步驟一步步來,不要一條語句完成,一口氣吃掉一個胖子。

最佳化查詢 SQL 語句

在對海量數據進行查詢處理過程中,查詢的SQL語句的性能對查詢效率的影響是非常大的,編寫高效優良的SQL腳本和存儲過程是資料庫工作人員的職責,也是檢驗資料庫工作人員水平的一個標準,在對SQL語句的編寫過程中,例如減少關聯,少用或不用游標,設計好高效的資料庫表結構等都十分必要。筆者在工作中試著對1億行的數據使用游標,運行3個小時沒有出結果,這是一定要改用程式處理了。

使用文本格式進行處理

對一般的數據處理可以使用資料庫,如果對複雜的數據處理,必須藉助程式,那么在程式運算元據庫和程式操作文本之間選擇,是一定要選擇程式操作文本的,原因為:程式操作文本速度快;對文本進行處理不容易出錯;文本的存儲不受限制等。例如一般的海量的網路日誌都是文本格式或者csv格式(文本格式),對它進行處理牽扯到數據清洗,是要利用程式進行處理的,而不建議導入資料庫再做清洗。

定製強大的清洗規則和出錯處理機制

海量數據中存在著不一致性,極有可能出現某處的瑕疵。例如,同樣的數據中的時間欄位,有的可能為非標準的時間,出現的原因可能為應用程式的錯誤,系統的錯誤等,這是在進行數據處理時,必須制定強大的數據清洗規則和出錯處理機制。

建立視圖或者物化視圖

視圖中的數據來源於基表,對海量數據的處理,可以將數據按一定的規則分散到各個基表中,查詢或處理過程中可以基於視圖進行,這樣分散了磁碟I/O,正如10根繩子吊著一根柱子和一根吊著一根柱子的區別。

避免使用 32 位機子(極端情況)

目前的計算機很多都是32位的,那么編寫的程式對記憶體的需要便受限制,而很多的海量數據處理是必須大量消耗記憶體的,這便要求更好性能的機子,其中對位數的限制也十分重要。

考慮作業系統問題

海量數據處理過程中,除了對資料庫,處理程式等要求比較高以外,對作業系統的要求也放到了重要的位置,一般是必須使用伺服器的,而且對系統的安全性和穩定性等要求也比較高。尤其對作業系統自身的快取機制,臨時空間的處理等問題都需要綜合考慮。

使用數據倉庫和多維資料庫存儲

數據量加大是一定要考慮OLAP的,傳統的報表可能5、6個小時出來結果,而基於Cube的查詢可能只需要幾分鐘,因此處理海量數據的利器是OLAP多維分析,即建立數據倉庫,建立多維數據集,基於多維數據集進行報表展現和數據挖掘等。

使用採樣數據,進行數據挖掘

基於海量數據的數據挖掘正在逐步興起,面對著超海量的數據,一般的挖掘軟體或算法往往採用數據抽樣的方式進行處理,這樣的誤差不會很高,大大提高了處理效率和處理的成功率。一般採樣時要注意數據的完整性和,防止過大的偏差。筆者曾經對1億2千萬行的表數據進行採樣,抽取出400萬行,經測試軟體測試處理的誤差為千分之五,客戶可以接受。

還有一些方法,需要在不同的情況和場合下運用,例如使用代理鍵等操作,這樣的好處是加快了聚合時間,因為對數值型的聚合比對字元型的聚合快得多。類似的情況需要針對不同的需求進行處理。

海量數據是發展趨勢,對數據分析和挖掘也越來越重要,從海量數據中提取有用信息重要而緊迫,這便要求處理要準確,精度要高,而且處理時間要短,得到有價值信息要快,所以,對海量數據的研究很有前途,也很值得進行廣泛深入的研究。

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