利用MapReduce处理大规模RDFs闭包求解问题
简述hadoop的mapreduce的shuffle过程
简述Hadoop的MapReduce的Shuffle过程Hadoop是一个用于分布式存储和处理大规模数据集的框架。
MapReduce是Hadoop的核心模块之一,它通过将计算任务分为Map和Reduce两个阶段来实现并行计算。
Map阶段在Map阶段中,输入数据被分割成多个输入片段,并由不同的Map任务处理。
每个Map任务将输入数据映射为一系列键值对,即将输入记录转换为(键,值)对的形式。
这些键值对会被分组后发送给不同的Reduce任务进行处理。
Shuffle过程Shuffle过程是MapReduce中非常重要的一步,它包括三个子过程:分区(Partition)、排序(Sort)和合并(Combine)。
分区(Partition)在分区阶段,根据键值对的键进行哈希计算,将相同键的键值对发送给相同的Reduce任务。
这样可以保证具有相同键的键值对被发送到同一个Reduce任务进行处理,从而实现局部聚合。
排序(Sort)在排序阶段,Reduce任务会对接收到的键值对按照键的顺序进行排序。
这个排序过程是为了方便后续的合并操作和Reduce计算。
合并(Combine)在合并阶段,相同键的多个键值对会被合并为一个键值对。
这个过程可以减少网络传输量和磁盘I/O,提高整体的性能。
Reduce阶段在Reduce阶段中,每个Reduce任务会处理一个或多个分区的数据。
在每个Reduce任务内部,键值对会按照键的顺序进行迭代处理。
Reduce任务可以执行各种自定义的数据聚合和计算操作,并生成最终的输出结果。
通过MapReduce的Shuffle过程,Hadoop能够高效地处理大规模数据集,并实现分布式计算的并行化。
以上是对Hadoop的MapReduce的Shuffle过程的简要介绍,希望对您有所帮助!。
简述 mapreduce的数据处理过程
简述 mapreduce的数据处理过程简述 MapReduce 的数据处理过程一、引言随着大数据的兴起,对于海量数据的高效处理变得越来越重要。
MapReduce 是一种分布式计算模型,能够并行处理大规模数据集,使得数据处理更加高效和可扩展。
本文将简要介绍 MapReduce 的数据处理过程,并分享一些个人的观点和理解。
二、MapReduce 的基本概念在开始探讨数据处理过程之前,我们先来了解一下 MapReduce 的基本概念。
1. Map 函数:Map 函数是 MapReduce 过程中的第一个阶段。
它接收输入数据,并将其转化为一系列键值对。
Map 函数可以根据需求进行自定义的操作和处理,例如提取特定信息、进行数据清洗、计算等。
2. Reduce 函数:Reduce 函数是MapReduce 过程中的第二个阶段。
它接收 Map 函数输出的键值对,并将具有相同键的值进行聚合。
Reduce 函数可以进行汇总、统计、排序等处理,生成最终的结果。
3. 分布式计算框架:MapReduce 依赖于一种分布式计算框架,如Hadoop,并通过将数据和计算任务分发给集群中的多个节点来提高处理效率。
三、MapReduce 的数据处理过程MapReduce 的数据处理过程可以分为以下几个阶段:1. 输入数据分片:输入数据将被拆分成多个数据块,并在集群中的各个节点上进行存储。
2. Map 阶段:1) 输入数据映射:每个节点将分配到的数据块加载到内存中,并应用 Map 函数,将数据转化为键值对。
这时候,每个键值对都与一个节点和一个分区相关联。
2) Map 函数处理:各个节点并行处理自己所负责的数据块,执行Map 函数定义的操作。
这个阶段的输出将作为 Reduce 阶段的输入。
3. Shuffle 阶段:在 Shuffle 阶段,节点间将重新分配和交换数据。
具体步骤如下:1) 同一键值对的数据被重新分配:根据键值对的键,将具有相同键的数据重新分配给同一个节点。
mapreduce的shuffle机制
标题:探秘MapReduce的Shuffle机制:数据传输的关键环节在现代大数据处理领域,MapReduce框架已经成为一种常见的数据处理模式,而其中的Shuffle机制则是整个数据传输过程中的关键环节。
本文将深入探讨MapReduce的Shuffle机制,从简单到复杂、由浅入深地介绍其原理、作用和优化方法,让我们一起来揭开这个神秘的面纱。
1. Shuffle机制的基本概念在MapReduce框架中,Shuffle机制是指在Mapper阶段产生的中间结果需要传输给Reducer节点进行后续处理的过程。
简单来说,就是将Map阶段的输出结果按照特定的方式进行分区、排序和分组,然后传输给对应的Reducer节点。
这一过程包括数据分区、数据传输和数据合并三个关键步骤,是整个MapReduce任务中耗时和开销较大的部分。
2. Shuffle机制的作用和重要性Shuffle机制在MapReduce框架中起着至关重要的作用。
它决定了数据传输的效率和速度,直接影响整个任务的执行时间。
Shuffle过程的优化可以减少网络开销和磁盘IO,提升整体系统的性能。
而且,合理的Shuffle策略还能够减少数据倾斜和提高任务的容错性。
对Shuffle机制的深入理解和优化,对于提高MapReduce任务的执行效率和性能有着非常重要的意义。
3. Shuffle机制的具体实现方式在实际的MapReduce框架中,Shuffle机制的实现涉及到数据的分区、排序和分组等具体细节。
其中,数据分区决定了数据如何被划分到不同的Reducer节点;数据传输则涉及了数据的网络传输和磁盘读写操作;数据合并则是在Reducer端对来自不同Mapper的数据进行合并和排序。
不同的MapReduce框架会采用不同的Shuffle实现方式,如Hadoop使用的是基于磁盘的Shuffle,而Spark则采用了内存计算的Shuffle优化。
4. Shuffle机制的优化方法为了提高MapReduce任务的执行效率和性能,研究人员和工程师们提出了许多针对Shuffle机制的优化方法。
mapreduce编程模型的原理
mapreduce编程模型的原理MapReduce编程模型是一种分布式计算模型,用于处理大规模数据集。
它的原理是将数据集划分成小的数据块,然后并行地在集群的多个节点上执行Map和Reduce操作,最终将结果合并起来形成最终结果。
MapReduce编程模型的主要原理可以归纳为以下几个方面:1. 数据划分MapReduce会将大规模数据集划分为小的数据块,每个数据块通常在64MB到1GB之间。
将数据划分为小的数据块可以方便地并行处理,也可以减少网络传输的数据量。
2. Map操作Map操作是MapReduce中的第一步。
Map操作会对数据块中的每个数据进行处理,其中Map会将每个数据转化为一个中间键-值对(key-value),key表示数据属性,value表示值。
Map操作通常包括以下步骤:(1)输入:从输入数据中读取数据块(2)映射:将输入数据转换为中间键-值对(3)缓存:将处理后的中间键-值对缓存在内存中3. Shuffle操作Shuffle操作是MapReduce中的第二步,Shuffle操作会将Map操作生成的中间键-值对重新组合,并按照key值将它们分组。
Shuffle操作通常包括以下步骤:(1)数据的拷贝:将Map输出的中间键-值对按照key值拷贝到Reduce操作的计算节点上(2)数据的排序:按照key值对中间键-值对进行排序,便于Reduce操作的处理(3)数据的分区:将排序后的中间键-值对分成多个分区,每个分区包含相同key值的中间键-值对4. Reduce操作Reduce操作是MapReduce中的第三步。
在Reduce操作中,Map操作生成的中间键-值对被分成多个分区,每个分区都包含相同key值的键值对。
在Reduce操作中,对每个分区中的中间键-值对进行处理,并生成一个输出结果。
Reduce操作通常包括以下步骤:(1)输入:从Map操作的输出获取中间键-值对分组信息(2)缓存:将Map操作输出的中间键-值对缓存到内存中(3)分组:将缓存中的中间键-值对按照key值分组(4)Reduce:对每个分组中的中间键-值对进行Reduce操作,并将结果输出5. 在Master节点上进行控制和协调MapReduce编程模型中,由Master节点来进行任务的分配、管理和协调。
hadoop mapreduce工作原理
hadoop mapreduce工作原理
Hadoop MapReduce是一种分布式计算模型,用于处理大数据集。
它有两个主要组件:Map和Reduce。
Map阶段:在MapReduce任务中,数据被拆分成几个小块,
然后并行传输到不同的节点上。
每个节点上都运行着一个
Map任务。
在Map阶段,每个节点独立地对其分配到的数据
块进行处理。
这些数据块被输入给一个映射函数,该函数将输入数据转换成<Key, Value>对。
映射函数将生成许多中间<Key, Value>对,其中Key是一个唯一的标识符,Value是与该Key
相关联的数据。
Shuffle阶段:在Map阶段之后,中间的<Key, Value>对被分
区并按照Key进行排序。
然后,相同Key的值被分组在一起,并传输到下一个Reduce节点。
在此过程中,数据在不同的节
点之间进行移动,以便形成适合进行Reduce操作的数据分区。
Reduce阶段:在Reduce阶段,每个Reduce节点只处理与特
定Key相关联的所有Value。
Reduce节点将这些Value作为输
入传给一个归约函数。
归约函数可以对这些Value执行合并、
计算或其他操作来得到最终的输出结果。
整个MapReduce过程的主要思想是将大任务分解成更小的子
任务,然后并行执行这些子任务,并将结果进行合并以生成最终的输出。
这种计算模型能够充分利用分布式计算集群的处理能力,从而高效地处理大规模的数据集。
MapReduce工作原理图文详解
MapReduce⼯作原理图⽂详解前⾔:MapReduce是⼀种编程模型,⽤于⼤规模数据集(⼤于1TB)的并⾏运算。
概念"Map(映射)"和"Reduce(归约)",和它们的主要思想,都是从函数式编程语⾔⾥借来的,还有从⽮量编程语⾔⾥借来的特性。
它极⼤地⽅便了编程⼈员在不会分布式并⾏编程的情况下,将⾃⼰的程序运⾏在上。
当前的软件实现是指定⼀个Map(映射)函数,⽤来把⼀组键值对映射成⼀组新的键值对,指定并发的Reduce(归约)函数,⽤来保证所有映射的键值对中的每⼀个共享相同的键组。
呵呵,下⾯我们进⼊正题,这篇⽂章主要分析以下两点内容:⽬录:1.MapReduce作业运⾏流程2.Map、Reduce任务中Shuffle和排序的过程正⽂:1.MapReduce作业运⾏流程下⾯贴出我⽤visio2010画出的流程⽰意图:流程分析:1.在客户端启动⼀个作业。
2.向JobTracker请求⼀个Job ID。
3.将运⾏作业所需要的资源⽂件复制到HDFS上,包括MapReduce程序打包的JAR⽂件、配置⽂件和客户端计算所得的输⼊划分信息。
这些⽂件都存放在JobTracker专门为该作业创建的⽂件夹中。
⽂件夹名为该作业的Job ID。
JAR⽂件默认会有10个副本(mapred.submit.replication属性控制);输⼊划分信息告诉了JobTracker应该为这个作业启动多少个map任务等信息。
4.JobTracker接收到作业后,将其放在⼀个作业队列⾥,等待作业调度器对其进⾏调度(这⾥是不是很像微机中的进程调度呢,呵呵),当作业调度器根据⾃⼰的调度算法调度到该作业时,会根据输⼊划分信息为每个划分创建⼀个map任务,并将map任务分配给TaskTracker执⾏。
对于map和reduce任务,TaskTracker根据主机核的数量和内存的⼤⼩有固定数量的map 槽和reduce槽。
mapreduce实验报告总结
mapreduce实验报告总结一、引言MapReduce是一种用于处理和生成大数据集的编程模型和模型化工具,它由Google提出并广泛应用于各种大数据处理场景。
通过MapReduce,我们可以将大规模数据集分解为多个小任务,并分配给多个计算节点并行处理,从而大大提高了数据处理效率。
在本实验中,我们通过实践操作,深入了解了MapReduce的工作原理,并尝试解决了一些实际的大数据处理问题。
二、实验原理MapReduce是一种编程模型,它通过两个核心阶段——Map阶段和Reduce阶段,实现了对大规模数据的处理。
Map阶段负责处理输入数据集中的每个元素,生成一组中间结果;Reduce阶段则对Map阶段的输出进行汇总和聚合,生成最终结果。
通过并行处理和分布式计算,MapReduce可以在大量计算节点上高效地处理大规模数据集。
在本实验中,我们使用了Hadoop平台来实现MapReduce模型。
Hadoop是一个开源的分布式计算框架,它提供了包括MapReduce在内的一系列数据处理功能。
通过Hadoop,我们可以方便地搭建分布式计算环境,实现大规模数据处理。
三、实验操作过程1.数据准备:首先,我们需要准备一个大规模的数据集,可以是结构化数据或非结构化数据。
在本实验中,我们使用了一个包含大量文本数据的CSV文件。
2.编写Map任务:根据数据处理的需求,我们编写了一个Map任务,该任务从输入数据集中读取文本数据,提取出关键词并进行分类。
3.编写Reduce任务:根据Map任务的输出,我们编写了一个Reduce任务,该任务将相同关键词的文本数据进行汇总,生成最终结果。
4.运行MapReduce作业:将Map和Reduce任务编译成可执行脚本,并通过Hadoop作业调度器提交作业,实现并行处理。
5.数据分析:获取处理后的结果,并进行数据分析,以验证数据处理的有效性。
四、实验结果与分析实验结束后,我们得到了处理后的数据结果。
总结详细讲解MapReduce过程(整理补充)
总结详细讲解MapReduce过程(整理补充)MapReduce是一种用于处理大规模数据集的编程模型和软件框架。
它将大规模数据集分解成多个小的数据块,并并行处理这些数据块以提高处理速度。
下面对MapReduce过程进行详细讲解。
MapReduce过程可以分为两个阶段:Map阶段和Reduce阶段。
在Map阶段,输入的数据被划分成多个输入数据块,并由多个Mapper并行处理。
每个Mapper对输入数据块执行相同的操作,将输入数据块映射为一系列键值对。
Mapper的输出数据是中间结果,这些中间结果按照键值对的方式存储在内存中,以供Reduce阶段使用。
在Reduce阶段,多个Reducer并行处理中间结果。
每个Reducer将中间结果按照键进行分组,然后对每个键的值进行聚合操作。
Reducer的输出是最终结果,这些结果可以存储在文件系统中或者传递给其他系统进行进一步处理。
整个MapReduce过程可以分为以下几个步骤:1.输入数据划分:输入数据被划分成多个数据块,每个数据块包含一部分输入数据。
2. Map阶段:每个Mapper读取一个数据块,并对数据块执行相同的映射操作。
映射操作将输入数据块转换为一系列键值对,这些中间结果被存储在内存中。
3. 中间结果分区:中间结果根据键进行分区,每个分区包含一组具有相同键的键值对。
分区的目的是将中间结果分发给不同的Reducer进行处理。
4. Shuffle阶段:将中间结果按照键的顺序进行排序,并将具有相同键的键值对分组在一起。
这个过程涉及到数据的排序和网络传输。
5. Reduce阶段:每个Reducer读取一个分区的中间结果,并对中间结果执行相同的聚合操作。
聚合操作将具有相同键的值合并为一个结果。
6. 结果输出:Reduce阶段的输出结果可以存储在文件系统中,或者传递给其他系统进行进一步处理。
MapReduce的设计思想是将大规模数据集划分为多个小的数据块,并在多个计算节点上并行处理这些数据块。
阐述分布式计算框架mapreduce的主要步骤
阐述分布式计算框架mapreduce的主要步骤嘿,咱今儿就来唠唠这分布式计算框架 mapreduce 的主要步骤哈!你想啊,这 mapreduce 就像是一个超级大的团队在干活儿。
第一步呢,就是“map”啦,就好比是一群勤劳的小蜜蜂,各自在自己的那片花丛里忙碌着采集花粉。
每个小蜜蜂都专注于自己的任务,把那些杂乱无章的数据给初步处理一下,提取出有用的信息来。
然后呢,到了第二步“reduce”啦,这就像是把小蜜蜂们采集来的花粉都汇聚到一起,进行进一步的加工和整理。
把那些经过“map”处理后的小块信息,给整合成一个有意义的大结果。
你说这 mapreduce 厉害不厉害?就像是一场精彩的魔术表演!通过这两个步骤的完美配合,原本庞大复杂的数据就被驯服得服服帖帖啦!它能处理海量的数据,就像一个大力士能轻松举起千斤重担一样。
这就好像我们生活中的很多事情,得一步一步来,不能着急。
先把基础打好,就像“map”阶段把数据初步处理好,然后再进行深入的整合和归纳,就像“reduce”阶段一样。
你想想看,如果没有前面的精心准备,后面怎么能得出漂亮的结果呢?而且啊,这mapreduce 还特别灵活。
它可以根据不同的需求和场景,调整“map”和“reduce”的具体操作。
就像我们人一样,面对不同的情况会有不同的应对方法。
它能适应各种复杂多变的环境,这可真是太牛了!再看看我们周围的世界,很多事情不也是这样吗?一个大工程的完成,不就是由无数个小步骤组成的吗?一个团队的成功,不也是大家齐心协力,各自做好自己的那部分工作,最后汇聚成一个伟大的成果吗?总之啊,这分布式计算框架 mapreduce 的主要步骤,真的是非常重要,非常神奇!它让我们能轻松应对那些看似不可能完成的任务,让数据处理变得不再那么困难。
咱可得好好了解它,掌握它,让它为我们的工作和生活带来更多的便利和惊喜呀!。
mapreduce基础运用头歌
文章标题:深入探讨MapReduce的基础运用和原理一、引言MapReduce是一种用于处理和生成大规模数据集的分布式计算框架,它能够有效地处理海量数据,提高数据处理的效率和速度。
本文将深入探讨MapReduce的基础运用和原理,帮助读者更深入地理解和掌握这一重要的数据处理技术。
二、MapReduce的基本概念1. Map阶段:在MapReduce中,Map阶段是数据处理的第一步,它将输入的数据集合拆分成若干个独立的任务,并将这些任务分配给不同的计算节点进行并行处理。
在Map阶段,我们需要编写Map函数来对输入的数据进行处理,通常是将数据进行分割和映射。
2. Shuffle阶段:Shuffle阶段是MapReduce中非常重要的一部分,它负责将Map阶段输出的结果进行分区和排序,然后将相同key的数据进行分组,以便于后续Reduce阶段的处理。
3. Reduce阶段:Reduce阶段是MapReduce的最后一步,它接收Shuffle阶段输出的数据,并将具有相同key的数据进行合并和聚合,最终输出最终的处理结果。
三、MapReduce的基础运用1. 数据处理:MapReduce可以高效地处理海量数据,如日志文件、文本数据等,通过Map和Reduce两个阶段的处理,可以实现对数据的分析和计算,例如词频统计、数据过滤等。
2. 分布式计算:MapReduce能够将数据集分解成多个小的任务,分配给多个计算节点进行并行处理,因此可以充分利用集群的计算资源,提高数据处理的速度和效率。
3. 容错性:MapReduce具有很强的容错性,当集群中的某个计算节点发生故障时,系统能够自动将任务重新分配给其他正常的节点进行处理,保证任务的顺利完成。
四、MapReduce的原理分析1. 并行计算模型:MapReduce采用了流水线式的并行计算模型,将数据处理划分成不同的阶段,每个阶段都可以并行执行,从而充分利用集群的计算资源。
使用Hadoop MapReduce高效处理大规模数据的方法
使用Hadoop MapReduce高效处理大规模数据的方法随着互联网的快速发展,大规模数据的处理成为了一个重要的挑战。
传统的数据处理方法已经无法满足这一需求,因此,使用Hadoop MapReduce成为了一种高效处理大规模数据的方法。
一、Hadoop MapReduce的基本原理Hadoop MapReduce是一种分布式计算模型,它将大规模数据划分为多个小块,并将这些小块分发到不同的计算节点上进行并行处理。
其基本原理可以概括为以下几个步骤:1. 输入数据划分:将大规模数据划分为多个小块,每个小块的大小通常为64MB或128MB。
2. Map阶段:在每个计算节点上,对输入数据进行处理,生成中间结果。
这个阶段可以并行处理多个小块。
3. Shuffle阶段:将Map阶段生成的中间结果按照键值对进行排序,并将相同键的值归并在一起,以便进行后续的处理。
4. Reduce阶段:对Shuffle阶段生成的中间结果进行处理,得到最终的结果。
二、优化Hadoop MapReduce的性能虽然Hadoop MapReduce能够高效处理大规模数据,但是在实际应用中,还存在一些性能瓶颈。
下面介绍一些优化Hadoop MapReduce性能的方法。
1. 数据本地化:在MapReduce任务中,数据的传输是一个耗时的操作。
为了减少数据传输的开销,可以将计算节点的选择与数据的位置相匹配,尽量将计算任务分配到存储数据的节点上进行处理。
2. 压缩数据:大规模数据的处理通常需要大量的磁盘空间。
为了减少磁盘空间的占用,可以对输入数据进行压缩,减少存储和传输的开销。
同时,在Map阶段和Reduce阶段的中间结果也可以进行压缩,以减少网络传输的开销。
3. 合并小文件:在Hadoop中,每个小文件都会占用一个数据块的存储空间,这样会导致存储空间的浪费。
可以将多个小文件合并成一个大文件,减少存储空间的占用。
4. 调整任务数量:在Hadoop MapReduce中,任务的数量对性能有很大的影响。
hadoop mapreduce案例
Hadoop MapReduce案例简介Hadoop MapReduce是一个分布式计算框架,用于处理大规模数据集的并行计算问题。
本文将深入探讨Hadoop MapReduce的概念、架构以及使用案例。
Hadoop MapReduce概述Hadoop MapReduce是由Apache Hadoop项目提供的一种编程模型,旨在处理大规模数据集的计算问题。
它的设计基于Google的MapReduce论文,通过将计算任务分解成可并行执行的小任务,实现了高性能的数据处理。
Hadoop MapReduce的核心原理是将数据划分成若干个小块,然后为每个块创建一个Map任务。
每个Map任务会读取并处理一个数据块,生成一系列中间键值对。
接着,这些中间结果会被分组合并,并由Reduce任务进行最终结果的生成。
Hadoop MapReduce案例金融数据分析数据准备在这个案例中,我们将使用Hadoop MapReduce来分析一份金融数据集。
首先,我们需要准备数据,可以从公开的金融数据源中获取,例如Yahoo Finance。
我们选择某只股票的历史交易数据作为我们的示例数据。
Map任务接下来,我们需要创建Map任务来处理数据。
我们将根据每条交易记录,提取出日期作为键,提取出交易金额作为值。
这样,我们就可以通过对所有交易金额进行聚合操作,得到每天的交易总额。
public class FinanceMap extends Mapper<LongWritable, Text, Text, DoubleWritabl e> {private Text date = new Text();private DoubleWritable amount = new DoubleWritable();@Overrideprotected void map(LongWritable key, Text value, Context context)throws IOException, InterruptedException {String[] parts = value.toString().split(",");if (parts.length == 3) {date.set(parts[0]);amount.set(Double.parseDouble(parts[2]));context.write(date, amount);}}}Reduce任务然后,我们需要创建Reduce任务来对Map任务的输出结果进行聚合操作。
mapreduce用法
MapReduce是一种大规模数据处理的编程模型,最初由Google公司提出,用于处理海量数据。
它分为两个阶段:Map阶段和Reduce阶段。
下面是MapReduce的用法:1. **编写Map函数:**Map函数将输入数据按照指定的规则转换成(Key, Value)对,其中Key表示数据的分类,Value表示数据的内容。
例如,我们可以编写一个Map函数将一个文件中的每一行转换成(Key, Value)对,其中Key是行号,Value是该行的内容。
2. **编写Reduce函数:**Reduce函数按照指定的规则对Map阶段输出的结果进行合并和处理。
Reduce函数的输入参数是(Key, [Value1, Value2, ...]),其中Key表示数据的分类,Value1, Value2, ...表示属于该分类的所有数据。
例如,我们可以编写一个Reduce函数将Map阶段输出的所有行按照分类(即行号)合并成一个文件。
3. **配置MapReduce任务:**在Hadoop中,你需要设置MapReduce任务的输入和输出路径,并指定Map和Reduce函数的实现类。
例如,可以使用以下代码创建一个MapReduce任务:```job = Job.getInstance(configuration, "MyJob")job.setJarByClass(MyJob.class)job.setMapperClass(MyMapper.class)job.setReducerClass(MyReducer.class)job.setOutputKeyClass(Text.class)job.setOutputValueClass(IntWritable.class)FileInputFormat.addInputPath(job, new Path("input"))FileOutputFormat.setOutputPath(job, new Path("output"))```4. **运行MapReduce任务:**在设置好MapReduce任务后,你可以将其提交到Hadoop集群上运行。
简述 mapreduce 中的 shuffle 过程
简述 mapreduce 中的 shuffle 过程【实用版3篇】目录(篇1)1.概述 MapReduce 中的 Shuffle 过程2.Shuffle 过程的作用3.Shuffle 过程的具体实现4.Shuffle 过程的优化5.总结正文(篇1)一、概述 MapReduce 中的 Shuffle 过程MapReduce 是一种分布式计算模型,用于处理大规模数据集。
在MapReduce 中,Shuffle 过程是连接 Map 任务和 Reduce 任务的重要环节。
Shuffle 过程负责将 Map 任务的输出数据按照特定的规则进行分区和排序,然后将分区后的数据传输到相应的 Reduce 任务节点进行处理。
二、Shuffle 过程的作用Shuffle 过程在 MapReduce 计算模型中具有重要作用,主要体现在以下几点:1.数据分区:Shuffle 过程将 Map 任务的输出数据按照不同的分区(partition)进行划分,使得具有相同键值的数据被划分到同一个分区中。
2.数据排序:在每个分区内,Shuffle 过程会对数据进行排序,确保具有相同键值的数据在排序后相邻。
3.数据传输:Shuffle 过程将排序后的数据从 Map 任务节点传输到相应的 Reduce 任务节点,为后续的 Reduce 任务提供输入数据。
三、Shuffle 过程的具体实现Shuffle 过程主要分为两个阶段:Map 端和 Reduce 端。
1.Map 端:在 Map 任务中,Shuffle 过程主要涉及输入数据的划分和排序。
Map 任务将输入数据分成多个分区,并在每个分区内对数据进行排序。
排序后的数据会被存储到本地磁盘,形成一个临时文件。
2.Reduce 端:在 Reduce 任务中,Shuffle 过程主要涉及从 Map 任务节点获取分区数据并将其合并。
Reduce 任务会从所有 Map 任务节点获取对应的分区数据,然后将这些数据进行合并和排序,最终输出处理结果。
mapreduce 原理
mapreduce 原理MapReduce是一个分布式计算模型,旨在解决当今海量数据处理需求的问题。
由Google发明,并被广泛应用于大数据领域。
MapReduce原理涉及到两个阶段:Map和Reduce。
Map阶段是将数据分片并交给多个Map节点进行处理。
每个Map节点都将数据处理成键值对形式,并且根据初始的设定对指定的键和值进行分类。
其作用是把大量数据切割成若干小块,在分布式集群中并行运行,减少数据交换和通信的代价。
Reduce阶段是对Map节点进行的进一步操作,将Map节点输出的键值对按照特定的规则分组,然后将不同组中同一键值的数据进行合并。
Reduce过程是对中间结果的合并和汇总,将多个Map节点输出的结果合并成最终的结果。
MapReduce的原理在处理海量数据时具有很强的优势。
在Map阶段,数据被分散在集群中的多个节点上,不同节点的处理结果互不影响,处理速度快。
在Reduce阶段,数据的汇总和合并减少了数据间的传输,极大地降低了网络传输的代价。
此外,MapReduce还提供了一些高级API,可以使开发者更方便地进行数据处理。
例如,Hadoop就是一个使用MapReduce作为计算模型的分布式计算框架,提供了多个API,如HDFS、MapReduce和YARN。
总之,MapReduce的分布式计算原理为处理海量数据提供了很大的帮助。
它将数据切分成若干小块,使得不同节点可以并行处理,同时,其Reduce阶段还可以对数据进行合并和汇总。
这一特性在目前大数据处理业务中可以发挥巨大的优势,而且还可以使用MapReduce提供的API进行更加便捷的操作。
mapreduce 工作原理
mapreduce 工作原理MapReduce 是一种用于大数据处理的编程模型,它可以将大任务分解成小任务,然后在不同的计算节点上并行执行。
MapReduce 设计出来的初衷就是要处理大数据,它的分布式处理能力和可伸缩性使得它成为了云计算时代的一个重要组成部分。
MapReduce 的基本工作原理是将大规模数据集分成很多小的数据块,然后依次对每一个数据块进行处理,最后将每个子任务的处理结果合并起来形成最终的结果。
MapReduce 模型分为两个阶段:Map 阶段和 Reduce 阶段。
Map 阶段中,MapReduce 模型将输入数据集分成若干个大小相等的数据块,然后为每个数据块启动一个 Map 任务,将该数据块输入到Map 函数中进行处理。
Map 函数会将每个输入的键值对经过一系列转换后输出成一系列新的键值对。
这些新的键值对会被分类和排序,最终输出到 Reduce 阶段进行处理。
Reduce 阶段中,MapReduce 模型将所有 Map 任务输出的键值对进行聚合和排序,并且将具有相同 key 值的键值对输出到同一个Reduce 任务中进行处理。
Reduce 函数将所有输入的键值对按照 key 值进行聚合,并且将聚合后的结果输出到一个新的文件中。
MapReduce 模型的优势在于其高可伸缩性和高容错性。
由于每个Map 任务之间互不干扰,也因为 Map 函数之间没有任何交互,所以MapReduce 模型可以非常容易地进行并行化处理。
同时为了解决可能存在的某些节点发生故障,MapReduce 模型通过持久化所有任务处理过程的数据以进行容错处理。
总之,MapReduce 模型是处理大数据的一个非常好的方法。
该模型将输入数据集拆分成几个小数据块,然后为每个数据块启动一个Map 任务,最终将 Map 任务的输出结果输入到 Reduce 函数中聚合处理,最后得到最终的结果。
该模型的可伸缩性和容错性都是很好的,使得它成为了当前大数据处理的一个非常好的解决方案。
mapreduce编程模型的实现
MapReduce编程模型的实现什么是MapReduceMapReduce是一种用于处理大规模数据集的编程模型和算法。
它由Google公司提出,并在2004年的一篇论文中进行了详细描述。
MapReduce将数据处理任务分为两个阶段:Map和Reduce。
在Map阶段,输入数据被分割成多个小块,每个小块由一个Map任务处理。
Map任务将输入数据映射为(key, value)对,并将这些对作为中间结果输出。
在Reduce阶段,所有Map任务的输出被合并并按照key进行分组。
每组数据由一个Reduce任务处理。
Reduce任务对每个(key, value)对执行特定的操作,并生成最终的输出结果。
通过将大规模数据集划分为多个小块,并并行处理这些小块,MapReduce能够高效地处理大规模数据集,提供可扩展性和容错性。
MapReduce编程模型的实现实现MapReduce编程模型需要具备以下几个关键要素:分布式计算框架要实现MapReduce编程模型,需要使用一种分布式计算框架来管理任务调度、数据分发和结果收集等操作。
目前比较常用的分布式计算框架有Apache Hadoop、Apache Spark等。
Map函数在实现过程中,需要定义一个Map函数来执行特定的映射操作。
Map函数将输入数据映射为(key, value)对,并将这些对作为中间结果输出。
Map函数通常是独立的,可以并行执行,每个Map任务处理一部分输入数据。
Map 函数的具体实现取决于具体的应用场景和需求。
Reduce函数除了Map函数,还需要定义一个Reduce函数来执行特定的合并和计算操作。
Reduce函数对每个(key, value)对执行特定的操作,并生成最终的输出结果。
Reduce函数也是独立的,可以并行执行,每个Reduce任务处理一组(key, value)对。
Reduce函数的具体实现同样取决于具体的应用场景和需求。
数据分割和分发在实现过程中,需要将输入数据分割成多个小块,并将这些小块分发给不同的Map任务进行处理。
mapreduce 的工作机制
MapReduce 是一种用于处理大规模数据的并行计算框架。
它的工作机制主要包括分布式计算、数据划分、映射函数和归约函数等关键步骤。
下面将详细介绍 MapReduce 的工作机制。
一、分布式计算1. MapReduce 使用分布式计算来处理大规模数据。
它将数据划分成多个块,并在不同的计算节点上并行处理这些数据块。
2. 分布式计算可以充分利用集裙中的计算资源,加快数据处理速度,并提高系统的容错能力。
3. 分布式计算还可以有效地处理数据的并行化计算,提高计算效率。
二、数据划分1. 在 MapReduce 中,数据会被划分成多个输入对。
2. 每个输入对包括一个键和一个值。
键用来唯一标识数据,值则是数据的实际内容。
3. 数据划分可以根据键来实现,这样相同键的数据会被划分到同一个计算节点上进行处理。
三、映射函数1. 映射函数是 MapReduce 中的一个重要环节。
它负责将数据划分成多个键值对,并为每个键值对生成一个中间键值对。
2. 映射函数会对每个数据块进行处理,并输出多个中间键值对。
这些中间键值对由键和相应的值组成。
3. 映射函数的输出将作为归约函数的输入,用于后续的数据处理。
四、归约函数1. 归约函数是 MapReduce 中的另一个重要环节。
它负责对映射函数的输出进行处理,并生成最终的结果。
2. 归约函数会根据键将中间键值对进行聚合,然后对每个键值对执行归约操作。
3. 归约函数的输出就是最终的处理结果,可以将结果保存到文件系统中。
五、MapReduce 的工作流程1. 当一个 MapReduce 任务被提交时,首先会将输入数据划分成多个数据块,然后将这些数据块分配到不同的计算节点上。
2. 每个节点上都会运行映射函数来处理数据块,并生成中间键值对。
然后这些中间键值对会被发送到不同的节点上进行归约操作。
3. 各个节点上的归约函数会对中间键值对进行聚合,生成最终的处理结果。
通过以上介绍,可以看出 MapReduce 的工作机制主要包括分布式计算、数据划分、映射函数和归约函数等关键步骤。
mapreduce常见案例
mapreduce常见案例题目:MapReduce常见案例简介:在大数据领域中,MapReduce是一种用于处理和分析大规模数据集的编程模型和计算框架。
它的设计理念是将计算任务分解为两个基本操作,即Map和Reduce,以便并行处理数据,并提供高效的数据处理能力。
本文将探讨MapReduce的常见案例,展示其在不同领域的应用和优势。
首先,让我们来了解一下MapReduce的基本原理。
MapReduce的核心思想是将大规模的数据集拆分成多个小任务,在多台计算机上并行处理这些任务,并最终将结果合并为一个最终输出。
这种并行处理的方式极大地提升了数据处理的效率和可靠性。
一、搜索引擎中的关键词搜索搜索引擎是日常互联网使用中最常见的应用之一。
而MapReduce在搜索引擎中的应用非常广泛。
搜索引擎的关键词搜索涉及到对庞大的网络文档进行索引和搜索。
使用MapReduce技术,可以将搜索任务拆分成多个子任务,每个任务负责搜索不同的文档。
通过并行处理,可以快速地找到与关键词相关的文档,并将搜索结果合并返回给用户。
二、社交网络分析社交网络是如今互联网中最重要的组成部分之一。
通过MapReduce 可以对社交网络中的大规模数据进行分析。
例如,可以使用MapReduce来计算某个用户的朋友数、朋友的朋友数等。
通过并行处理,可以高效地对庞大的网络数据进行分析,为社交网络提供更准确的用户关系分析、用户推荐等功能。
三、日志分析和数据挖掘日志文件是大数据中包含丰富信息的重要资源。
利用MapReduce将日志文件拆分成多个小块,可以对大规模的日志数据进行高效分析。
例如,在网络安全领域中,可以使用MapReduce来检测并分析大规模的网络攻击数据,以便及时发现安全威胁和采取相应措施。
此外,在电子商务中,可以使用MapReduce来进行用户行为分析,挖掘用户喜好和购买模式,从而提升推荐系统的准确性和个性化程度。
四、图像和视频处理大规模的图像和视频数据对于传统的串行处理方式来说是非常庞大的挑战。
MapReduce工作原理
MapReduce工作原理1MapReduce 原理(一)1.1MapReduce编程模型MapReduce采用“分而治之”的思想,把对大规模数据集的操作,分发给一个主节点管理下的各个分节点共同完成,然后通过整合各个节点的中间结果,得到最终结果。
简单地说,MapReduce 就是"任务的分解与结果的汇总"。
在Hadoop中,用于执行MapReduce任务的机器角色有两个:一个是JobTracker;另一个是TaskTracker,JobTracker是用于调度工作的,TaskTracker是用于执行工作的。
—个Hadoop集群中只有一台JobTracker。
在分布式计算中,MapReduce框架负责处理了并行编程中分布式存储、工作调度、负载均衡、容错均衡、容错处理以及网络通信等复杂问题,把处理过程高度抽象为两个函数:map和reduce, map负责把任务分解成多个任务,reduce负责把分解后多任务处理的结果汇总起来。
需要注意的是,用MapReduce来处理的数据集(或任务)必须具备这样的特点:待处理的数据集可以分解成许多小的数据集,而且每一个小数据集都可以完全并行地进行处理。
1.2MapReduce处理过程在Hadoop中,每个MapReduce任务都被初始化为一个Job,每个Job又可以分为两种阶段:map 阶段和reduce阶段。
这两个阶段分别用两个函数表示,即map函数和reduce函数。
map函数接收一个<key,value>形式的输入,然后同样产生一个<key,value>形式的中间输出,Hadoop函数接收一个如<key,(list of values)羽式的输入,然后对这个value集合进行处理,每个reduce产生。
或1个输出,reduce的输出也是<key,value>形式的。
一切都是从最上方的user program 开始的,user program 链接了MapReduce 库,实现了最基 本的Map 函数和Reduce 函数。
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Scalable Distributed Reasoningusing MapReduceJacopo Urbani,Spyros Kotoulas,Eyal Oren,and Frank van Harmelen Department of Computer Science,Vrije Universiteit Amsterdam,the NetherlandsAbstract.We address the problem of scalable distributed reasoning,proposing a technique for materialising the closure of an RDF graphbased on MapReduce.We have implemented our approach on top ofHadoop and deployed it on a compute cluster of up to64commoditymachines.We show that a naive implementation on top of MapReduceis straightforward but performs badly and we present several non-trivialoptimisations.Our algorithm is scalable and allows us to compute theRDFS closure of865M triples from the Web(producing30B triples)inless than two hours,faster than any other published approach.1IntroductionIn this paper,we address the problem of scalable distributed reasoning.Most ex-isting reasoning approaches are centralised,exploiting recent hardware improve-ments and dedicated data structures to reason over large-scale data[8,11,17]. However,centralised approaches typically scale in only one dimension:they be-come faster with more powerful hardware.Therefore,we are interested in parallel,distributed solutions that partition the problem across many compute nodes.Parallel implementations can scale in two dimensions,namely hardware performance of each node and the number of nodes in the system.Some techniques have been proposed for distributed reasoning,but,as far as we are aware,they do not scale to orders of108triples.We present a technique for materialising the closure of an RDF graph in a distributed manner,on a cluster of commodity machines.Our approach is based on MapReduce[3]and it efficiently computes the closure under the RDFS semantics[6].We have also extended it considering the OWL Horst semantics[9] but the implementation is not yet competitive and it is should be considered as future work.This paper can be seen as a response to the challenge posed in [12]to exploit the MapReduce framework for efficient large-scale Semantic Web reasoning.This paper is structured as follows:we start,in Section2,with a discus-sion of the current state-of-the-art,and position ourselves in relation to these approaches.We summarise the basics of MapReduce with some examples in Section3.In Section4we provide an initial implementation of forward-chainingRDFS materialisation with MapReduce.We call this implementation“naive”be-cause it directly translates known distributed reasoning approaches into MapRe-duce.This implementation is easy to understand but performs poorly because of load-balancing problems and because of the need forfixpoint iteration.There-fore,in Section5,an improved implementation is presented using several inter-mediate MapReduce functions.Finally,we evaluate our approach in Section6, showing runtime and scalability over various datasets of increasing size,and speedup over increasing amounts of compute nodes.2Related workHogan et al.[7]compute the closure of an RDF graph using two passes over the data on a single machine.They implement only a fragment of the OWL Horst semantics,to allow efficient materialisation,and to prevent“ontology hijacking”. Our approach borrows from their ideas,but by using well-defined MapReduce functions our approach allows straightforward distribution over many nodes, leading to improved results.Mika and Tummarello[12]use MapReduce to answer SPARQL queries over large RDF graphs,and mention closure computation,but do not provide any details or results.In comparison,we provide algorithm details,make the code available open-source,and report on experiments of up to865M triples.MacCartney et al.[13]show that graph-partitioning techniques improve rea-soning overfirst-order logic knowledge bases,but do not apply this in a dis-tributed or large-scale context.Soma and Prasanna[15]present a technique for parallel OWL inferencing through data partitioning.Experimental results show good speedup but on relatively small datasets(1M triples)and runtime is not reported.In contrast,our approach needs no explicit partitioning phase and we show that it is scalable over increasing dataset size.In previous work[14]we have presented a technique based on data-partitioning in a self-organising P2P network.A load-balanced auto-partitioning approach was used without upfront partitioning cost.Conventional reasoners are locally executed and the data is intelligently exchanged between the nodes.The basic principle is substantially different from the work here presented and experimen-tal results were only reported for relatively small datasets of up to15M triples.Several techniques have been proposed based on deterministic rendezvous-peers on top of distributed hashtables[1,2,4,10].However,these approaches suffer of load-balancing problems due to the data distributions[14].3What is the MapReduce framework?MapReduce is a framework for parallel and distributed processing of batch jobs[3]on a large number of compute nodes.Each job consists of two phases: a map and a reduce.The mapping phase partitions the input data by associ-ating each element with a key.The reduce phase processes each partition in-dependently.All data is processed based on key/value pairs:the map function2Algorithm1Counting term occurrences in RDF NTriplesfilesmap(key,value)://key:line number//value:tripleemit(value.subject,blank);//emit a blank value,sinceemit(value.predicate,blank);//only amount of terms mattersemit(value.object,blank);reduce(key,iterator values)://key:triple term(URI or literal)//values:list of irrelevant values for each termint count=0;for(value in values)count++;//count number of values,equalling occurrencesemit(key,count);Fig.1.MapReduce processingprocesses a key/value pair and produces a set of new key/value pairs;the reduce merges all intermediate values with the same key intofinal results.We illustrate the use of MapReduce through an example application that counts the occurrences of each term in a collection of triples.As shown in Al-gorithm1,the map function partitions these triples based on each term.Thus, it emits intermediate key/value pairs,using the triple terms(s,p,o)as keys and blank,irrelevant,value.The framework will group all intermediate pairs with the same key,and invoke the reduce function with the corresponding list of values, summing these the number of values into an aggregate term count(one value was emitted for each term occurrence).This job could be executed as shown in Figure1.The input data is split in several blocks.Each computation node operates on one or more blocks,and performs the map function on that block.All intermediate values with the same key are sent to one node,where the reduce is applied.This simple example illustrates some important elements of the MapReduce programming model:–since the map operates on single pieces of data without dependencies,parti-tions can be created arbitrarily and can be scheduled in parallel across many nodes.In this example,the input triples can be split across nodes arbitrarily,31:s p o(if o is a literal)⇒:n rdf:type rdfs:Literal2:p rdfs:domain x&s p o⇒s rdf:type x3:p rdfs:range x&s p o⇒o rdf:type x4a:s p o⇒s rdf:type rdfs:Resource4b:s p o⇒o rdf:type rdfs:Resource5:p rdfs:subPropertyOf q&q rdfs:subPropertyOf r⇒p rdfs:subPropertyOf r6:p rdf:type rdf:Property⇒p rdfs:subPropertyOf p7:s p o&p rdfs:subPropertyOf q⇒s q o8:s rdf:type rdfs:Class⇒s rdfs:subClassOf rdfs:Resource 9:s rdf:type x&x rdfs:subClassOf y⇒s rdf:type y10:s rdf:type rdfs:Class⇒s rdfs:subClassOf s11:x rdfs:subClassOf y&y rdfs:subClassof z⇒x rdfs:subClassOf z12:p rdf:type rdfs:ContainerMembershipProperty⇒p rdfs:subPropertyOf rdfs:member 13:o rdf:type rdfs:Datatype⇒o rdfs:subClassOf rdfs:LiteralTable1.RDFS rules[6]since the computations on these triples(emitting the key/value pairs),areindependent of each other.–the reduce operates on an iterator of values because the set of values is typically far too large tofit in memory.This means that the reducer can onlypartially use correlations between these items while processing:it receivesthem as a stream instead of a set.In this example,operating on the streamis trivial,since the reducer simply increments the counter for each item.–the reduce operates on all pieces of data that share some key,assigned in a map.A skewed partitioning(i.e.skewed key distribution)will lead to imbal-ances in the load of the compute nodes.If term x is relatively popular thenode performing the reduce for term x will be slower than others.To useMapReduce efficiently,we mustfind balanced partitions of the data.4Naive RDFS reasoning with MapReduceThe closure of an RDF input graph under the RDFS semantics[6]can be com-puted by applying all RDFS rules iteratively on the input until no new datais derived(fixpoint).The RDFS rules,shown in Table1,have one or two an-tecedents.For brevity,we ignore the former(rules1,4a,4b,6,8,10,12and13) since these can be evaluated at any point in time without a join.Rules with two antecedents are more challenging to implement since they require a join over two parts of the data.4.1Encoding an example RDFS rule in MapReduceApplying the RDFS rules means performing a join over some terms in the input triples.Let us consider for example rule9from Table1,which derives rdf:type based on the sub-class hierarchy.We can implement this join with a map and reduce function,as shown in Figure2and Algorithm2:4Fig.2.Encoding RDFS rule9in MapReduce.Algorithm2Naive sub-class reasoning(RDFS rule9)map(key,value)://key:linenumber(irrelevant)//value:tripleswitch triple.predicatecase"rdf:type":emit(triple.object,triple);//group(s rdf:type x)on xcase"rdfs:subClassOf":emit(triple.subject,triple);//group(x rdfs:subClassOf y)on xreduce(key,iterator values)://key:triple term,eg x//values:triples,eg(s type x),(x subClassOf y)superclasses=empty;types=empty;//we iterate over triples//if we find subClass statement,we remember the super-classes//if we find a type statement,we remember the typefor(triple in values):switch triple.predicatecase"rdfs:subClassOf":superclasses.add(triple.object)//store ycase"rdf:type":types.add(triple.subject)//store sfor(s in types):for(y in classes):emit(null,triple(s,"rdf:type",y));In the map,we process each triple and output a key/value pair,using as value the original triple,and as key the triple’s term(s,p,o)on which the join should be performed.To perform the sub-class join,triples with rdf:type should be grouped on their object(eg.“x”),while triples with rdfs:subClassOf should be grouped on their subject(also“x”).When all emitted tuples are grouped for the reduce phase,these two will group on“x”and the reducer will be able to perform the join.4.2Complete RDFS reasoning:the need forfixpoint iterationIf we perform this map once(over all input data),and then the reduce once, we will notfind all corresponding conclusions.For example,to compute the transitive closure of a chain of n rdfs:subClassOf-inclusions,we would need to iterate the above map/reduce steps n times.5Obviously,the above map and reduce functions encode only rule9of the RDFS rules.We would need to add other,similar,map and reduce functions to implement each of the other rules.These other rules are interrelated:one rule can derive triples that can serve as input for another rule.For example,rule2 derives rdf:type information from rdfs:domain statements.After applying that rule,we would need to re-apply our earlier rule9to derive possible superclasses.Thus,to produce the complete RDFS closure of the input data using this technique we need to add more map/reduce functions,chain these functions to each other,and iterate these until we reach somefixpoint.5Efficient RDFS reasoning with MapReduceThe previously presented implementation is straightforward,but is inefficient because it produces duplicate triples(several rules generate the same conclu-sions)and because it requiresfixpoint iteration.We encoded,as example,only rule9and we launched a simulation over the Falcon dataset,which contains35 million triples.After40minutes the program had not yet terminated,but had already generated more than50billion triples.Considering that the unique de-rived triples from Falcon are no more than1billion,the ratio of unique derived triples to duplicates is at least1:50.Though the amount of duplicate triples depends on the specific data set,a valid approach should be able to efficiently deal with real world example like Falcon.In the following subsections,we introduce three optimisations to greatly de-crease the number of jobs and time required for closure computation:5.1Loading schema triples in memoryTypically,schema triples are far less numerous than instance triples[7];As also shown in Table2,our experimental data1indeed exhibit a low ratio between schema and instance triples.In combination with the fact that RDFS rules with two antecedents include at least one schema triple,we can infer that joins are made between a large set of instance triples and a small set of schema triples.For example,in rule9of Table1the set of rdf:type triples is typically far larger than the set of rdfs:subClassOf triples.As ourfirst optimisation,we can load the small set of rdfs:subClassOf triples in memory and launch a MapReduce job that streams the instance triples and performs joins with the in-memory schema triples.5.2Data grouping to avoid duplicatesThe join with the schema triples can be physically executed either during the map or during the reduce phase of the job.After initial experiments,we have concluded that it is faster to perform the join in the reduce,since doing so in the map results in producing large numbers of duplicate triples.1from the Billion Triple challenge2008,http://www.cs.vu.nl/~pmika/swc/btc.html6schema type amount fractiondomain,range(p rdfs:domain D,p rdfs:range R)30.0000.004%sub-property(a rdfs:subPropertyOf b)70.0000.009%sub-class(a rdfs:subClassOf b) 2.000.0000.2% Table2.Schema triples(amount and fraction of total triples)in datasets Let us illustrate our case with an example based on rule2(rdfs:domain). Assume an input with ten different triples that share the same subject and predicate but have a different object.If the predicate has a domain associated with it and we execute the join in the mappers,the framework will output a copy of the new triple for each of the ten triples in the input.These triples can be correctlyfiltered out by the reducer,but they will cause significant overhead since they will need to be stored locally and be transfered over the network.We can avoid the generation of duplicates if wefirst group the triples by subject and then we execute the join over the single group.We can do it by designing a mapper that outputs an intermediate tuple that has as key the triple’s subject and as value the predicate.In this way the triples will be grouped together and we will execute the join only once,avoiding generating duplicates.In general,we set as key those parts of the input triples that are also used in the derived triple.The parts depend on the applied rule.In the example above, the only part of the input that is also used in the output is the subject.Since the key is used to partition the data,for a given rule,all triples that produce some new triple will be sent to the same reducer.It is then trivial to output that triple only once in the reducer.As value,we emit those elements of the triple that will be matched against the schema.5.3Ordering the application of the RDFS rulesWe analyse the RDFS ruleset with regard to input and output of each rule,to understand which rule may be triggered by which other rule.By ordering the execution of rules we can limit the number of iterations needed for full closure. As explained before,we ignore some of the rules with a single antecedent(1,4, 6,8,10)without loss of generality:these can be implemented at any point in time without a join,using a single pass over the data.Wefirst categorise the rules based on their output:–rules5and12produce schema triples with rdfs:subPropertyOf as predicate,–rules11and13produce schema triples with rdfs:subClassOf as predicate,–rules2,3,and9produce instance triples with rdf:type as predicate,–rule7may produce arbitrary triples.We also categorise the rules based on the predicates in their antecedents:–rules5and10operate only on triples with sub-class or sub-property triples,–rules9,12and13operate on triples with type,sub-class,and sub-property,7Fig.3.Relation between the various RDFS rules–rule2,3and7can operate on arbitrary triples.Figure3displays the relation between the RDFS rules,connecting rules based on their input and output(antecedents and consequents).An ideal execution should proceed from the bottom of the picture to the top:first apply the tran-sitivity rules(rule5and11),then apply rule7,then rule2and3,then rule9 andfinally rules12and13.It may seem that rule12and13could produce triples that would serve as input to rules5and11;however,looking carefully we see that this is not the case:Rule12outputs(?s rdfs:subPropertyOf rdfs:member),rule13out-puts(?s rdfs:subClassOf rdfs:Literal).For rules5and11tofire on these, rdfs:member and rdfs:Literal must have been be defined as sub-classes or sub-properties of something else.However,in RDFS none of these is a sub-class or sub-property of anything.They could of course be super-classed by arbitrary users on the Web.However,such“unauthorised”statements are dangerous be-cause they can cause ontology hijacking and therefore we ignore them following the advice of[7].Hence,the output of rules12and13cannot serve as input to rules5and11.Similarly,rules2and3cannotfire.Furthermore,rule9cannotfire after rule13,since this would require using literals as subjects,which we ignore as being non-standard RDF.The only rules that couldfire after rule12are rules5and7.For complete RDFS inferencing, we would need to evaluate these rules for each container-membership property found in the data,but as we will show,in typical datasets these properties occur very rarely.8As our third optimisation,we conclude that instead of having to iterate over all RDFS rules untilfixpoint,it is sufficient to process them only once,in the order indicated in Figure 3.Fig.4.Data flow.The solid lines refer to data split partitioned using MapReduce while the dashed lines refer to shared data.5.4The complete pictureIn this section,we present an updated algorithm implementing the above opti-misations.The complete algorithm consists of five sequential MapReduce jobs,as shown in Figure 4.First,we perform dictionary encoding and extract the schema triples to a shared distributed file system.Then,we launch the RDFS reasoner that consists in a sequence of four MapReduce jobs.The first job applies the rules that involve the sub-property relations.The second applies the rules concerning domain and range.The third cleans up the duplicated statements produced in the first step and the last applies the rules that use the sub-class relations.In the following subsections,each of these jobs is explained in detail.Distributed dictionary encoding in MapReduce To reduce the physical size of the input data,we perform a dictionary encoding,in which each triple term is rewritten into a unique and small identifier.We have developed a novel technique for distributed dictionary encoding using MapReduce,rewriting each term into an 8-byte identifier;the encoding scales linearly with the input data.Due to space limitations,we refer the reader to [16].Encoding all 865M triples takes about 1hour on 32nodes.Note that schema triples are extracted here.First job:apply rules on sub-properties The first job applies rules 5and 7,which concern sub-properties,as shown in Algorithm 3.Since the schema triples are loaded in memory,these rules can be applied simultaneously.9Algorithm3RDFS sub-property reasoningmap(key,value)://key:null//value:tripleif(subproperties.contains(value.predicate))//for rule7key="1"+value.subject+"-"+value.objectemit(key,value.predicate)if(subproperties.contains(value.object)&&value.predicate=="rdfs:subPropertyOf")//for rule5key="2"+value.subjectemit(key,value.object)reduce(key,iterator values)://key:flag+some triples terms(depends on the flag)//values:triples to be matched with the schemavalues=values.unique//filter duplicate valuesswitch(key[0])case1://we are doing rule7:subproperty inheritancefor(predicate in values)//iterate over the predicates emitted in the map and collect superpropertiessuperproperties.add(subproperties.recursive_get(value))for(superproperty in superproperties)//iterate over superproperties and emit instance triplesemit(null,triple(key.subject,superproperty,key.object)case2://we are doing rule5:subproperty transitivityfor(predicate in values)//iterate over the predicates emitted in the map,and collect superpropertiessuperproperties.add(subproperties.recursive_get(value))for(superproperty in superproperties)//emit transitive subpropertiesemit(null,triple(key.subject,"rdfs:subPropertyOf",superproperty)) To avoid generation of duplicates,we follow the principle of setting as the tuple’s key the triple’s parts that are used in the derivation.This is possible because all inferences are drawn on an instance triple and a schema triple and we load all schema triples in memory.That means that for rule5we output as key the triple’s subject while for rule7we output a key consisting of subject and object.We add an initialflag to keep the groups separated since later we have to apply a different logic that depends on the rule.In case we apply rule5, we output the triple’s object as value,otherwise we output the predicate.The reducer reads theflag of the group’s key and applies to corresponding rule.In both cases,itfirstfilters out duplicates in the values.Then it recursively matches the tuple’s values against the schema and saves the output in a set. Once the reducer hasfinished with this operation,it outputs the new triples using the information in the key and in the derivation output set.This algorithm will not derive a triple more than once,but duplicates may still occur between the derived triples and the input triples.Thus,at a later stage,we will perform a separate duplicate removal job.Second job:apply rules on domain and range The second job applies rules 2and3,as shown in Algorithm4.Again,we use a similar technique to avoid generating duplicates.In this case,we emit as key the triple’s subject and as10Algorithm4RDFS domain and range reasoningmap(key,value)://key:null//value:tripleif(domains.contains(value.predicate))then//for rule2key=value.subjectemit(key,value.predicate+"d")if(ranges.contains(value.predicate))then//for rule3key=value.objectemit(key,value.predicate+’’r’’)reduce(key,iterator values)://key:subject of the input triples//values:predicates to be matched with the schemavalues=values.unique//filter duplicate valuesfor(predicate in values)switch(predicate.flag)case"r"://rule3:find the range for this predicatetypes.add(ranges.get(predicate))case"d"://rule2:find the domain for this predicatetypes.add(domains.get(predicate))for(type in types)emit(null,triple(key,"rdf:type",type))value the predicate.We also add aflag so that the reducers know if they have to match it against the domain or against the range schema.Tuples about domain and range will be grouped together if they share the same subject since the two rules might derive the same triple.Third job:delete duplicate triples The third job is simpler and eliminates duplicates between the previous two jobs and the input data.Due to space limitations,we refer the reader to[16].Fourth job:apply rules on sub-classes The last job applies rules9,11,12, and13,which are concerned with sub-class relations.The procedure,shown in Algorithm5,is similar to the previous job with the following difference:during the map phase we do notfilter the triples but forward everything to the reducers instead.In doing so,we are able to also eliminate the duplicates against the input. 6Experimental resultsWe use the Hadoop2framework,an open-source Java implementation of MapRe-duce.Hadoop is designed to efficiently run and monitor MapReduce applications on clusters of commodity machines.It uses a distributedfile system and manages execution details such as data transfer,job scheduling,and error management.Our experiments were performed on the DAS-3distributed supercomputer3 using up to64compute nodes with4cores and4GB of main memory each,using 23http://www.cs.vu.nl/das311Algorithm5RDFS sub-class reasoningmap(key,value)://key:source of the triple(irrelevant)//value:tripleif(value.predicate="rdf:type")key="0"+value.predicateemit(key,value.object)if(value.predicate="rdfs:subClassOf")key="1"+value.predicateemit(key,value.object)reduce(key,iterator values)://key:flag+triple.subject//iterator:list of classesvalues=values.unique//filter duplicate valuesfor(class in values)superclasses.add(subclasses.get_recursively(class))switch(key[0])case0://we’re doing rdf:typefor(class in superclasses)if!values.contains(class)emit(null,triple(key.subject,"rdf:type",class))case1://we’re doing subClassOffor(class in superclasses)if!values.contains(class)emit(null,triple(key.subject,"rdfs:subClassOf",class))dataset input output timeσWordnet 1.9M 4.9M3’39”9.1%Falcon32.5M863.7M4’19”3.8%Swoogle78.8M 1.50B7’15”8.2%DBpedia150.1M172.0M5’20”8.6%others601.5Mall864.8M30.0B56’57”1.2%Table3.Closure computation using datasets of increasing size on32nodes Gigabit Ethernet as an interconnect.We have experimented on real-world data from the Billion Triple Challenge20084.An overview of these datasets is shown in Table3,where dataset all refers to all the challenge datasets combined except for Webscope,whose access is limited under a license.All the code used for our experiments is publicly available5.6.1Results for RDFS reasoningWe evaluate our system in terms of time required to calculate the full closure.We report the average and the relative deviationσ(the standard deviation divided by the average)of three runs.The results,along with the number of output 4http://www.cs.vu.nl/~pmika/swc/btc.html5https:///~jrbn/+junk/reasoning-hadoop12triples,are presented in Table3.Figure6shows the time needed for each rea-soning phase.Our RDFS implementation shows very high performance:for the combined dataset of865M triples,it produced30B triples in less than one hour. This amounts to a total throughput of8.77million triples/sec.for the output and252.000triples/sec.for the input.These results do not include dictionary encoding,which took,as mentioned,one hour for all datasets combined.In-cluding this time,the throughput becomes4.27million triples/sec.and123.000 triples/sec.respectively,which to the best of our knowledge,still outperforms any results reported both in the literature[11]and on the Web6.Besides absolute performance,an important metric in parallel algorithms is how performance scales with additional compute nodes.Table4shows the speedup gained with increasing number of nodes and the resulting efficiency,on the Falcon and DBpedia datasets.Similar results hold for the other datasets. To the best of our knowledge,the only published speedup results for distributed reasoning on a dataset of this size can be found in[14];for both datasets,and all numbers of nodes,our implementation outperforms this approach.The speedup results are also shown in Figure5.They show that our high throughput rates are already obtained when utilising only16compute nodes. We attribute the decreasing efficiency on larger numbers of nodes to thefixed Hadoop overhead for starting jobs on nodes:on64nodes,our computation per node is not big enough to compensate platform overhead.Figure6shows the division of runtime over the computation phase from Figure4,and confirms the widely-held intuition that subclass-reasoning is the most expensive part of RDFS inference on real-world datasets.We have verified the correctness of our implementation on the(small)Word-net dataset.We have not stored the output of our algorithm:30B triples(each of them occupying25bytes using our dictionary encoding)produce750GB of data.Mapping these triples back to the original terms would require approx.500 bytes per triple,amounting to some15TB of disk space.In a distributed setting load balancing is an important issue.The Hadoop framework dynamically schedules tasks to optimize the node workload.Fur-thermore,our algorithms are designed to prevent load balancing problems by intelligently grouping triples(see sections5.1and5.2).During experimentation, we did not encounter any load balancing issues.6.2Results for OWL reasoningWe have also encoded the OWL Horst rules[9]to investigate whether our ap-proach can be extended for efficient OWL reasoning.The OWL Horst rules are more complex than the RDFS rules,and we need to launch more jobs to compute the full closure.Due to space restrictions,we refer to[16],for the algorithms and the implementation.On the LUBM(50)benchmark dataset[5],containing7M triples,we com-pute the OWL Horst closure on32nodes in about3hours,resulting in about 6e.g.at /topic/LargeTripleStores13。