Microsoft PowerPoint - Sep2110_桜井.ppt
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- えりか みやのじょう
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1 Data Mining Using High Performance Data Clouds: Experimental Studies Using Sector and Sphere R. Grossman & Y.Gu, ACM SIGKDD, 2008, pp (September 21, 2010, 櫻井担当 ) September 21, 2010 DMUHPDC 1
2 Index Related Work GFS( 要約と実験詳細は前期 ppt を参照 ) Hadoop Project 分散ファイルシステム Hadoop の広域環境への適応 高遅延環境における分散ファイルシステム Hadoop の動作解析 Data Mining Using High Performance Data Clouds 0.Abstract 1.Introduction 2.Background and Related Work 3.Design of Sphere 4.Design of Sector 5.Design of Networking Layer 6.Experimental Setup 7.Sphere Applications 8.Summary and Conclusion 9.References September 21, 2010 DMUHPDC 2
3 Related Work GFS [Sanjay Ghemawat, Howard Gobioff, and Shun-Tak Leung The Google File System(2003)] HDFS [Dhruba Borthaku The hadoop distributed file system: Architecture and design(2007)] September 21, 2010 DMUHPDC 3
4 The Google File System 目的 Google File System(GFS) の設計と実装 マイクロベンチマークと現実に実行して評価 GFS 特徴 分散ファイルシステム 信頼性 可用性 クライアントサーバモデル 安価で一般的なコンピュータ 巨大データ向け 高いスケーラビリティ 高い合計性能 シングルマスター 前提条件 シーケンシャルリード重視 レイテンシよりスループットを重視 September 21, 2010 DMUHPDC 4
5 GFS Architecture Simgle master ファイルシステムメタデータ 名前空間 Table アクセス制御情報 ファイルと chunk のマッピング chunk ロケーション オペレーション chunk リース管理 ガーベッジコレクション マイグレーション ( 移転 ) 数千の Chunkserver Chunk データ 64MB フラグメンテーション 通信回数 オーバーヘッド メタデータ量の減少 冗長度 3( 初期値 ) 数千の Client September 21, 2010 DMUHPDC 5
6 GFS Architecture September 21, 2010 DMUHPDC 6
7 GFS MEASUREMENTS 実験 1 マイクロベンチマーク Single master(m), 2 master replicas(mr) 16 chunkserver(cs), 16 clients(c) Dual 1.4GHz PIII, 2GB memory, 80GBx2, 100Mbps Full-duplex 実験方法 クライアント数 N を変化 Random Read 4MB* Write 1MB* 同一ファイルに Record Append M MR MR CS CS CS Switch Switch 100Mbps 1Gbps 100Mbps C C C C C N client September 21, 2010 DMUHPDC 7
8 GFS Aggregate Throughputs. 125MB/s 12.5MBx3/s N=1 10MB/sec client N=16 6MB/sec client 同 CS への Read による低下 N=1 6.3MB/sec client push による低下 N=16 2.2MB/sec client Read/Write の衝突 N=1 6.0MB/sec client N=16 4.8MB/sec 16client 輻輳 September 21, 2010 DMUHPDC 8
9 GFS Real World Clusters 実験 2 実環境測定 18TB* 冗長度 3=55TB MetaData 約 100B* ファイル数 (735k) 48MB Master restertが高速 システム起動 1 週間後 実験 2-A: 分析 (Read: 数 TB) 実験 2-B: 生成 / 処理 (Write: 数 TB) Table 2: Characteristics of two GFS Clusters September 21, 2010 DMUHPDC 9
10 GFS Performance 実験結果 2-A Read A: Network limit 750MB/s 実験結果 2-B Read B: Client の Application の性質上 380MB/s Write B (since restart): 書き込み集中による低下 その後速度改善 Master は正常 実験 3-1 Chunkserver 停止実験 1つのChunkserver (15k chunks) を停止 冗長度 分 実験 3-2 2つのChunkserver (16k chunks, 重複 266 chunks) を停止 冗長度 1 2まで2 分 高優先でclone Table 3: Performance Metrics for Two GFS Clusters September 21, 2010 DMUHPDC 10
11 6.3 Workload Breakdown 実験 4 実環境アプリケーションの特性調査 実験 4-X 分析と開発 (Read 多 ) 実験 4-Y 生成と処理 (Write 多 ) 実験結果 Write 二極化 アプリケーションによるバッファの有無 Write : Append の比 X 108:1( 転送量 ) X 8:1( オペレーション ) Y 3.7:1( 転送量 ) Y 2.1:1( オペレーション ) Table 4:Operations Breakdown by Size(%) Table 5: Bytes Transferred Breakdown by Size(%) September 21, 2010 DMUHPDC 11
12 6.3.4 Master Workload 実験結果 4 MasterNode Operation の特性 FindLocation が最多 Read FindLeaseHolder Write FilndMathingFIles ls(list) Table 6: Master Requests Breakdown by Type(%) GFS 結論 GFS を設計し実装 ユニークなパラメタ GFS の性能評価を行い また実環境にお ける特性を示した September 21, 2010 DMUHPDC 12
13 Hadoop Project Hadoop [The Apache Software Foundation Hadoop Project(2006)] GFS オープンソース実装 Pig Chukwa MapReduce Common HDFS Hive Avro HBase ZooKeeper Hive 分散データウェアハウス SQL MapReduce HBase 列指向分散データベース HDFS 分散ファイルシステム MapReduce 分散処理フレームワーク ZooKeeper 分散協調サービス Common ユーティリティ Avro データシリアライゼーションシステム Chukwa 分散データ収集解析システム Pig データフロー言語 September 21, 2010 DMUHPDC 13
14 Hadoop DFS(HDFS) GFS との対応 Chunk と Block SingleServer と NameNode ChunkServer と DataNode Client FileName Read NameNode MetaDATA HDFS と GFS は比較困難 根本的に同等 GFS がクローズド HDFS が日々開発 DATA DataNode DataNode Block Block Block 複製 Block September 21, 2010 DMUHPDC 14
15 MapReduce September 21, 2010 DMUHPDC 15
16 MapReduce WordCount 入力 :Nurses run! says sick Cissy as nurses run. Map nurses-1,run-1,says-1,sick-1,cissy-1,as- 1,nurses-1,run-1 Shuffle(Sort) as-1,cissy-1,nurses-1,nurses-1,run-1,run- 1,says-1,sick-1 Reduce as-1,cissy-1,nurses-2,run-2,says-1,sick-1 September 21, 2010 DMUHPDC 16
17 Data Mining Using High Performance Data Clouds September 21, 2010 DMUHPDC 17
18 0.Abstract 目的 高性能クラウドの設計と提供 インターネット上のリソースとサービスの基盤 Sectorストレージクラウド Sphereコンピュータクラウド プログラミングパラダイムの説明 Sector/SphereとHadoopの比較 データマイニングアプリケーション September 21, 2010 DMUHPDC 18
19 1.Introduction 高性能データマイニングの歴史 共有プロセッサプール Message passing or grid services library 問題はデータが撒き散らかされる ( 分散 ) プロセッサーを動き回るデータを集める必要性 Sector データ管理 長期永続ストレージを提供 巨大データセット向け 分散ファイルの管理 高性能 WAN 向け Sphere データ処理 ユーザー定義関数の並列処理を提供 ストリームパターン処理 Sector 上 September 21, 2010 DMUHPDC 19
20 2.Background and Related Work Application Cloud-based Compute Service Computation Cloud-based Data Services Record/Column/Object Cloud-based Storage Services Block/File Sort DataMining Angle BigTable EC2 MapReduce Sphere S3 GFS HDFS Sector Amazon S3 File 0.1US$/GB Amazon EC2 Virtual Machine 0.085US$/ 時間 or UL0.1US$/GB DL0.17US$/GB 32bit 1core RAM-1.7GB 160GB BigTable 超大規模列指向 DBMS SimpleDB 非リレーショナル DB September 21, 2010 DMUHPDC 20
21 2.Background and Related Work HDFS/GFS Architectureによる待ちが発生 Racks (Nodeの物理位置情報 ) が必要 比較的小さい帯域幅を想定 TCP Single Master/Namenode Chunk/Block Size 64/128MB Map and Reduce Function 一般的方法 Cording MPI Library Execute globus-url-copy, globus-job-run Sector 10Gbps+ の帯域を想定 UDT(UDP-based data transfer) TCP の Window Size 問題解決 転送レート推定 AIMD(1,1/2) AIMD(x,1/ 8~1/2) 1TB/64chunk(Chunk Size 15GB) HDFS/GFS 8,192chunk ストリームプログラミングモデル September 21, 2010 DMUHPDC 21
22 3.Design of Sphere 3.1 Sphere 概観 ストリームプログラミングモデル MapReduce より一般的 sphere.run (a, p); = for(int i=0;i<a.size;++i) p(a[i]); Sphere sphere DistributedDataSet a UserDefinedFunction p Sphere Code Stream sdss; sdss.init( ); Process* myproc = Sector::createJob(); myproc->run(sdss, findbrowndwarf ); myproc->read(result); grid は事前転送 3.2 Sphere コンピューティングモデル September 21, 2010 DMUHPDC 22
23 Sphere Architecture September 21, 2010 DMUHPDC 23
24 4.Design of Sector 1. 長期アーカイブストレージと巨大分散データへのアクセスを提供 2. 高性能 WAN の帯域を利用するためにデザイン 3. 異なるルーティングとネットワークプロトコルをサポート 4. コミュニティサポート 全ての人が Write Access しなくてもよい September 21, 2010 DMUHPDC 24
25 4.Design of Sector 複製 作成時 手動 1 回 / 日 ランダムロケーション 高性能 WAN UDT データコネクションキャッシュ コネクション接続の削減 レイヤー分離 Routing(OSI-3 層 ) と Transport(4 層 ) レイヤーと API UDT セキュリティ Read:ALL Write:IP-Based Access Control List (ACL) データアプリケーションに強い永続ストレージを提供 10Gbps 数 TByte~ September 21, 2010 DMUHPDC 25
26 September 21, 2010 DMUHPDC 26
27 Sector Architecture file0x.dat file0x.dat.idx セット SClient: Entity s name Location SServer: Location 探索 URLs SClient: Group Messaging Protocol (GMS) SClient: UDT September 21, 2010 DMUHPDC 27
28 5.Design of Networking Layer Peer-To-Peer Chord Protocol 分散 Lookup Log(Node 全体数 ) 往復遅延時間 (RTT) に基づく経路制御 実装予定 UDT Rate-based フロー制御 ネットワーク帯域を公平に利用 TCP フロー制御のようにフレンドリー Group Message Protocol (GMP) Message Passing Interface (MPI) September 21, 2010 DMUHPDC 28
29 6.Experimental Studies 実験環境 Chicago x2 Greenbelt x2 Pasadena x2 Chicago Pasadena は Greenbelt 経由 2x2core 2.4GHz, 4GB-RAM,10Gbps, 2TB RTT 16,55,71ms 4x2core 2.4Ghz, 16GB-RAM, 10Gbps, 5.5TB Hadoop JDK JRE b105 64bit September 21, 2010 DMUHPDC 29
30 6.2 実験 : 地理的分散ロケーション (WAN) 1~6 台 (10GB/ 台 ) Terasort 10GB Key:10Byte Record:100Byte Terasplit a single split tree-based 6.3 実験 : シングルロケーション (LAN) 1~8 台 (10GB/ 台 ) 6.2 より低スペック機 台数増加時のオーバーヘッドを調査 ローカルは Hadoop のほうが早いと期待 パラメタ設定 Hadoop 1Gbps September 21, 2010 DMUHPDC 30
31 % 400% 6.3 実験補足 File 生成 Hadoop:212 sec/file node 440Mbps Sphere: 68sec/file node 1100Mbps Execution Time[sec] Execution Time[sec] % 300% % % % % % 0 0% Size of Dataset[GB] WAN 地理的分散 Speedup 350% 300% 250% 200% 150% 100% Speedup Hadoop Trerasort Sphere Terasort Hadoop Terasplit Sphere Terasplit Speedup Terasort Speedup Terasplit Hadoop Trerasort Sphere Terasort Hadoop Terasplit Sphere Terasplit Speedup Terasort Speedup Terasplit % 0 0% Size of Dataset[GB] LAN Single rack September 21, 2010 DMUHPDC 31
32 Discussion Availability and Repeatability 6.4 Discussion Hadoop: multi-core S/S: single-coreのみ使用 WAN 倍 (Terasort), 倍 (Terasplit) 早い LAN 倍 (Terasort), 倍 (Terasplit) 早い Hadoop は 10Gbps 非最適化 6.5 Availability and Repeatability Sector/Sphere version 1.4 from Source Forge Terasort from Hadoop, Terasplit from Sector Angle data set from Large Data Archive September 21, 2010 DMUHPDC 32
33 7.Sphere Applications: Angle TCP Packet アノマリー検出 575pcap files 7.6GB 97MPacket 300,000pcap files 重心 a j, 1, a j,2, a j,3 a j, k j k 2 min a j, n a j 1, m i 1 n m ( x) k ( x) max ( x) k 2 k x a k exp 2 k 2 k k 2 Record Time Record/Time , ,000,000 5, ,000, , September 21, 2010 DMUHPDC 33
34 8.Summary and Conclusion 高性能 WAN 向け巨大分散データセットデータマイニング (Sector/Sphere ) の設計 WAN 環境 ( 高遅延 ) で約 80% の実行時間増加 Angle によるデータマイニング WAN 環境で 倍 (Terasort), 倍 (Terasplit) September 21, 2010 DMUHPDC 34
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