【pySpark教程】Big Data, Hardware trends, and Spark（二）

Big Data, Hardware trends, and Spark

本博客是【pySpark教程】系列的文章。

是 Berkeley 的 Python Spark公开课的学习笔记(see 原课程)。

由于个人能力有限，不免有些错误，还望各位批评指正。

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在本系列课程中，我们会学习如下内容：

1. Apache Spark 介绍
   
   • Big Data, Hardware trends, and Spark
   • Spark 要点
   • 实验一：Spark 基础学习
2. Data Management
   
   • Semi-Structed Data
   • Structured Data
   • 实验二：使用 Spark 分析网络服务器日志
3. 数据分析与机器学习
   
   • 数据处理
   • 数据分析
   • 机器学习
   • 实验三：文本分析与实体解析
   • 实验四：Spark 机器学习介绍

The Big Data Problem

传统的数据分析的工具有下面这些，包括：Unix shell命令，Pandas 和 R 语言等等。这些工具都是运行到单个机器上的，遇到Big Data Problem 的时候就不太能work了。

那么 Big Data Problem 是啥呢？

• 数据增加速度大于计算性能
• 数据源越来越丰富
  >> Web, mobile, scientific,…
• 存储变得越来越便宜
  >> 基本上每18个月便宜一半
• 但是CPU性能的增长速度却达不到这样的水平

举一些 Big Data Examples

可以看到，从disk中读取 1TB 数据需要3个小时，而且单个机器已经很难处理这样规模的数据了，一个解决方法就是把数据分布到大型集群中去。

Hardware for Big Data

如果集群使用的是廉价的机器，那么很容易发生一些问题：

• Failures （Google的数据）
  1~5% 硬盘会损坏/年
  0.2% 内存条损坏/年
• Network 速度 VS 共享内存
  从网络中读取的速度远远小于从硬盘或者内存中读取的速度
• Uneven performance
  机器的性能不均，有些机器很快，有些则计算的很慢

Distributing Work

集群的计算有没有困难的地方？

第一个challenge就是，如何将任务分配到不同的机器中？

来看一个例子（统计词频）：

1. 文件不是很大的情况下：
很简单，使用一个hash 表就能解决问题了。

2. 文件很大的情况下：
这种情况下，其实也很简单，就是使用MapReduce 的思想，把数据map之后处理，然后再reduce结果。

上图貌似可以解决问题了，但是，当数据特别大的时候，machine 5 的压力特别大，因为它要保存所有的结果（可能会存不下）。

这种情况下，可以采用下面这种分而治之的思想，把结果也分布到不同的机器上：

这就是 Google 在04年提出的 Map Reduce：

有便捷，肯定也会有缺陷，使用这种分而治之思想，会带来哪些问题呢？

• 数据的传输非常耗时
• 处理更多的机器意味着你需要解决更多的机器故障带来的问题
  Solution：当一台机器故障的时候，你可以将这个未完成的任务分配给其他机器，或者等到这台机器恢复的时候再重新分配给它；
• 机器多了，性能差距也会变大，所以，你还需解决性能不均带来的问题
  Solution：如果有一台机器非常慢，一直无法完成任务，那么你可以杀掉这个任务，并将它分配给其他机器；

所以，没有什么万能方法，你想要达到一些便利，就需要面对由此而来的困扰。

Map Reduce

Map Reduce 在每一次任务完成之后，都要把结果写入硬盘，并在下一次任务开始再读进来。

如果我们的job是迭代式的（比如，机器学习中的迭代优化），那么计算性能就会非常慢。因为，每一次的迭代，你都需要重新读写。我们都知道，读写硬盘是一件非常非常耗时的事情。

Apache Spark

随着内存价格越来越低，我们可以更多的利用内存来进行计算。Spark 正是利用了内存速率高的特点，大大改进了Map Reduce的性能。

下图是 MapReduce 的过程：

下图是 Spark 的过程：

避免频繁的网络、硬盘读取，使得Spark速度大大提升。

Spark 发展到现在已经非常成熟，它提供了很多的数据分析工具，如下图：

Spark 与 Hadoop 的不同之处：

这些不同之处，带来了一些性能上的提升如下：

Spark，拥有Hadoop MapReduce所具有的优点；
但不同于MapReduce的是Job中间输出结果可以保存在内存中，从而不再需要读写HDFS。

Spark 能更好地适用于数据挖掘、机器学习等需要迭代优化的 MapReduce 的算法。