Big Graph Analytics Platforms（科普文章）

前期知识准备

一、分布式架构

1. 组件：四层。从上到下为：计算层——>Communication layer——>分布式文件存储——>本地磁盘
   A. 计算层： 从存储中加载图数据并执行实际的计算，是和用户交互的一层，这一层其实也就是指程序员编写的程序。
   B. Communication layer：雷同API，向计算层提供简洁的接口
   C. 分布式文件存储：存储着图数据和分析的结果。
2. 图分割：利用顶点ID来划分。可基于id(v)的哈希值、范围，或者子图进行分割。
3. 同步与异步：同步执行具有确定性，易于分析和调试，并且避免了竞争状况以及锁定/解锁成本；异步执行允许那些缓慢收敛（或快速收敛）的顶点运行更多轮次，从而更高效。

Vertex-centric 模型（Pregel-like）

一、 Computation and Programming Model

1. 哈希分配，每个顶点维护其邻接表、顶点值和活动标志。
2. 超级步中，每个顶点只给自己的邻接点发送消息。
   （一个典型的Pregel计算过程如下：读取输入，初始化该图，当图被初始化好后，运行一系列的supersteps，每一次superstep都在全局的角度上独立运行，直到整个计算结束，输出结果。）
3. 基于消息传递（另一种是 共享内存）

二、Optimizations in Communication Mechanism（通信机制的优化）

1. Pregel+： （1） 在高度数顶点的所有邻居工作站中，建立其状态镜像，以减少消息传递；
   　　　　 （2）将每个worker的所有请求合并为一个r请求，而r只响应每个请求的工作者而不是每个请求顶点。
2. GPS
3. MOCgraph：采取message online computing (MOC) 模型，直接接受数据而不经过buffer

三、Load balance（负载均衡）
————超级步中发送消息的顶点叫做工作窗口，又叫wind

1. Vertex migration（顶点迁移）：在计算中把顶点从高工作量的工作站迁往轻量工作站，但难以获取wind，且哈希值难改，工作量大
   　（1）Lookup Table存储Hash map。
   　（2）GPS记录每个顶点的地理位置，但不推荐使用。
2. Dynamic Concurrency Control（动态并发控制）：PAGE系统测量消息产生速度、本地和远程消息各自的处理速度，从而动态地调整处理本地消息和远程消息的线程数。

四、Out-of-core Execution（核外执行）

GraphD：工作站与消息传输并行地存储磁盘驻留数据（例如，边缘和消息），则在网络通信的时间内可同时实现磁盘流传输。

减少内存占用，降低各类成本消耗。 只需要O(|V|)的内存

1. Distributed Semi-Streaming Model（DSS）：每个工作站在主存中只存储其顶点的信息，邻接表存储在本地磁盘文件中，表示为SE（上角标）。在对每个顶点v调用compurt()函数时，需要从SE中读其邻接顶点及其度数。

为了只读活跃顶点的邻接列表，从SE中只发送顶点的存储位置，看其与内存中活跃顶点是否一致，否则就填充新的

2. Message Streams（消息流）：每个工作站Wi都持有|W|条发出的消息流S1~S|w|。若Wi中的顶点欲发消息给Wj中的顶点，则将消息附在Wi的消息流Sj中。
   　为并行执行，Si被分成了多个文件：
   （1）. 若Si写的文件尺寸已达阈值，则新建文件；
   （2）. 发送线程(sending thread持续探索所有消息流，一旦发现有没发送的Si则执行消息融合并发送。
   　GraphD中消息流先存储在本地，再由发送线程加载，因为消息生成速度远快于发送速度。若全存在内存等待发送，可能导致计算死机。
   　！！！外存的join、group by操作是没有必要的。

五、Fault Tolerance（容错机制）

checkpoint：检查点

1. ChandyLamport snapshot：为异步消息传递系统设计的不协调的检查点协议
2. Recovery by Message-Logging：让每个顶点发送消息之前在本地磁盘记录其日志信息。在恢复期间，只需要重传目标为重新分配的顶点的消息。
   （1）. 幸存顶点只向重新分配的顶点发送日志消息；
   （2）. 重新分配的顶点执行自己的计算并记录下所有消息日志，同时只向其他重新分配的顶点发送日志信息。
3. Lightweight Checkpointing：之存储状态，不存储发送消息(out-going message)，在恢复故障时，顶点仅从检查点加载之前的状态，然后从这个状态生成发送消息。