细数Google核心数据库技术

细数Google核心数据库技术

2010-08-13 09:58 榆钱沽酒博客园我要评论(0)

∙摘要：在这里我们将细数Google的核心数据库技术，包括大规模数据处理，分布式数据库技术和数据中心方案等等。

∙标签：Gooele

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分布式大规模数据处理

MapReduce

首先，在Google数据中心会有大规模数据需要处理，比如被网络爬虫（Web Crawler）抓取的大量网页等。由于这些数据很多都是PB级别，导致处理工作不得不尽可能的并行化，而Google为了解决这个问题，引入了MapReduce这个编程模型，MapReduce是源自函数式语言，主要通过"Map（映射）"和"Reduce（化简）"这两个步骤来并行处理大规模的数据集。Map会先对由很多独立元素组成的逻辑列表中的每一个元素进行指定的操作，且原始列表不会被更改，会创建多个新的列表来保存Map的处理结果。也就意味着，Map操作是高度并行的。当Map工作完成之后，系统会先对新生成的多个列表进行清理（Shuffle）和排序，之后会这些新创建的列表进行Reduce操作，也就是对一个列表中的元素根据Key值进行适当的合并。

下图为MapReduce的运行机制：

图2. MapReduce的运行机制（参[19]）点击查看大图接下来，将根据上图来举一个MapReduce的例子：比如，通过搜索Spider将海量的Web页面抓取到本地的GFS 集群中，然后Index系统将会对这个GFS集群中多个数据Chunk 进行平行的Map处理，生成多个Key为URL，value为html页面的键值对（Key-Value Map），接着系统会对这些刚生成的键值对进行Shuffle（清理），之后系统会通过Reduce操作来根据相同的key值（也就是URL）合并这些键值对。

最后，通过MapReduce这么简单的编程模型，不仅能用于处理大规模数据，而且能将很多繁琐的细节隐藏起来，比如自动并行化，负载均衡和机器宕机处理等，这样将极大地简化程序员的开发工作。MapReduce可用于包括“分布grep，分布排序，web访问日志分析，反向索引构建，文档聚类，机器学习，基于统计的机器翻译，生成Google的整个搜索的索引“等大规模数据处理工作。Yahoo也推出MapReduce的开源版本Hadoop，而且Hadoop在业界也已经被大规模使用。

Sawzall

Sawzall可以被认为是构建在MapReduce之上的采用类似Java语法的DSL

（Domain-Specific Language），也可以认为它是分布式的AWK。它主要用于对大规模分布

式数据进行筛选和聚合等高级数据处理操作，在实现方面，是通过解释器将其转化为相对应

的MapReduce任务。除了Google的Sawzall之外，yahoo推出了相似的Pig语言，但其语法类似于SQL。

分布式数据库技术

BigTable

由于在Google的数据中心存储PB级以上的非关系型数据时候，比如网页和地理数据等，为了更好地存储和利用这些数据，Google开发了一套数据库系统，名为“BigTable”。BigTable不是一个关系型的数据库，它也不支持关联（join）等高级SQL操作，取而代之的是多级映射的数据结构，并是一种面向大规模处理、容错性强的自我管理系统，拥有TB级的内存和PB级的存储能力，使用结构化的文件来存储数据，并每秒可以处理数百万的读写操作。

什么是多级映射的数据结构呢？就是一个稀疏的，多维的，排序的Map，每个Cell由行关键字，列关键字和时间戳三维定位．Cell的内容是一个不解释的字符串，比如下表存储每个网站的内容与被其他网站的反向连接的文本。反向的URL n.www是这行的关键字；contents列存储网页内容，每个内容有一个时间戳，因为有两个反向连接，所以archor 的Column Family有两列：anchor: 和anchhor:my.look.ca。Column Family这个概念，使得表可以轻松地横向扩展。下面是它具体的数据模型图：

图3. BigTable数据模型图（参[4]）

在结构上，首先，BigTable基于GFS分布式文件系统和Chubby分布式锁服务。其次BigTable也分为两部分：其一是Master节点，用来处理元数据相关的操作并支持负载均衡。其二是tablet节点，主要用于存储数据库的分片tablet，并提供相应的数据访问，同时tablet

是基于名为SSTable的格式，对压缩有很好的支持。

图4. BigTable架构图（参[15]）

BigTable正在为Google六十多种产品和项目提供存储和获取结构化数据的支撑平台，其中包括有Google Print，Orkut，Google Maps，Google Earth和Blogger等，而且Google 至少运行着500个BigTable集群。

随着Google内部服务对需求的不断提高和技术的不断地发展，导致原先的BigTable已经无法满足用户的需求，而Google也正在开发下一代BigTable，名为“Spanner（扳手）”，它主要有下面这些BigTable所无法支持的特性：

1.支持多种数据结构，比如table，familie，group和coprocessor

2.基于分层目录和行的细粒度的复制和权限管理。

3.支持跨数据中心的强一致性和弱一致性控

4.基于Paxos算法的强一致性副本同步，并支持分布式事

5.提供许多自动化操作。

6.强大的扩展能力，能支持百万台服务器级别的集群。

7.用户可以自定义诸如延迟和复制次数等重要参数以适应不同的需求。

数据库Sharding

Sharding就是分片的意思，虽然非关系型数据库比如BigTable在Google的世界中占有非常重要的地位，但是面对传统OLTP应用，比如广告系统，Google还是采用传统的关系