① 大數據下的地質資料信息存儲架構設計
頡貴琴 胡曉琴
(甘肅省國土資源信息中心)
摘要 為推進我國地質資料信息服務集群化產業化工作，更大更好地發揮地質資料信息的價值，本文針對我國現有的地質資料信息集群化共享服務平台存在的缺陷和問題，基於現有系統的存儲架構，設計了一種大數據下的地質資料信息存儲架構，以便於我國地質資料信息服務集群化產業化工作能夠適應大數據時代的數據存儲。
0 引言
新中國成立60多年來，我國形成了海量的地質資料信息，為國民經濟和社會發展提供了重要支撐。但在地質資料管理方面長期存在資料信息分散、綜合研究不夠、數字化信息化程度不高、服務渠道不暢、服務能力不強等問題，使地質資料信息的巨大潛在價值未能得到充分發揮。為進一步提高地質工作服務國民經濟和社會發展的能力，充分發揮地質資料信息的服務功能，擴大服務領域，國土資源部根據國內外地質工作的先進經驗，做出了全面推進地質資料信息服務集群化產業化工作的部署。
目前，全國各省地質資料館都在有條不紊地對本省成果、原始和實物地質資料進行清理，並對其中重要地質資料進行數字化和存儲工作。然而，由於我國地質資源豐富，經過幾十年的積累，已經形成了海量的地質資料，數據量早已經超過了幾百太位元組(TB)。在進行地質資料信息服務集群化工作中，隨著共享數據量的不斷增大，傳統的數據存儲方式和管理系統必然會展現出存儲和檢索方面的不足以及系統管理方面的缺陷。為了解決該問題，需要設計更加先進的數據存儲架構來實現海量地質資料的存儲。
而大數據(Big Data)作為近年來在雲計算領域中出現的一種新型數據，科技工作者在不斷的研究中，設計了適合大數據存儲管理的非關系型資料庫NoSQL進行大數據的存儲和管理。本文將針對我國現有的地質資料信息集群化共享服務平台存在的缺陷和問題，利用大數據存儲管理模式的思想，提出一種海量地質資料存儲架構，改進現有系統存儲架構，以便於我國全面推進地質資料信息服務集群化產業化工作。
1 工作現狀
1.1 國內外地質資料信息的存儲現狀
在美國，主要有兩大地質資料公共服務平台，分別是地球科學信息中心(ESIC)、地球資源觀測和科學中心(EROS)，其目的是通過為社會和政府提供更加便利、快速的地質信息服務。20世紀90年代初，澳大利亞出台了國家地球科學填圖協議，採用先進的科學方法和技術進行數據存儲，從而形成了第二代澳大利亞陸地地質圖。
目前，我國地質資料信息服務集群化產業化工作剛剛起步，雖然國土資源部信息中心已經開發了地質資料信息集群化共享服務平台，並倡導各地方用戶使用該系統。但由於各個地方早期的工作背景不一致，因此各地方所使用的存儲系統也不盡相同，主要有Access、SQL Server、Oracle、MySQL等系統。本文以國土資源部信息中心開發的地質資料信息集群化共享服務平台的存儲系統MySQL為例說明。該系統是基於關系資料庫管理系統MySQL的一套分布式存儲檢索系統。該系統的部署使得我國地質資料信息服務集群化產業化工作取得了重大進展，同時也為我國建立標准統一的地質資料信息共享服務平台和互聯互通的網路服務體系奠定了堅實的基礎。然而，該系統的研發並沒有考慮到地質資料信息進一步集群化以及在未來地質資料信息進入大數據時代的信息共享和存儲管理問題，也沒有給出明確的解決方案。
1.2 大數據的存儲架構介紹
大數據是近年在雲計算領域中出現的一種新型數據，具有數據量大、數據結構不固定、類型多樣、查詢分析復雜等特點。傳統關系型資料庫管理系統在數據存儲規模、檢索效率等方面已不再適合大數據存儲。NoSQL(Not Only SQL)是與關系資料庫相對的一類資料庫的總稱。這些資料庫放棄了對關系資料庫的支持，轉而採用靈活的、分布式的數據存儲方式管理數據，從而可以滿足大數據存儲和處理的需求。NoSQL基於非關系型數據存儲的設計理念，以鍵值對進行存儲，採用的數據字的結構不固定，每一個元組可以有不一樣的欄位，且每個元組可以根據自己的需要增加一些自己的鍵值對，可以減少一些檢索時間和存儲空間。目前，應用廣泛的 NoSQL 資料庫有 Google BigTable、HBase、MongoDB、Neo4 j、Infinite Graph等。
2 大數據下的地質資料信息存儲架構設計
根據國土資源部做出的全面推進地質資料信息服務集群化產業化工作的部署，國土資源部倡導全國地質資料館使用國土資源部信息中心開發的地質資料信息集群化共享服務平台，實現地質資料信息的存儲和共享。該系統採用了資料庫管理系統MySQL作為數據存儲系統。
為了與現有系統和現有的工作進行對接，並為將來地質資料進入大數據時代後的存儲工作做准備，本文設計了一種能用於海量地質資料信息存儲並且兼容MySQL的分布式的數據存儲架構(圖1)。
整個系統可以根據不同的用戶等級分為不同的用戶管理層，由於圖幅限制，在圖1 中僅僅展示了3級：國家級管理層(即共享服務平台用戶層)、省級管理層以及市級管理層(可根據實際需要延伸至縣級)。
每級管理層的每個用戶可以單獨管理一個伺服器。如國土資源部信息中心可以單獨管理一個伺服器；甘肅省國土資源信息中心可以單獨管理一個伺服器，陝西省國土資源信息中心可以單獨管理一個伺服器；甘肅的若干個市級國土資源局可以根據需要分別管理各自的伺服器。
在伺服器上分別安裝兩套資料庫管理系統，一套是原有的MySQL資料庫管理系統，另一套是為大數據存儲而配備的NoSQL型資料庫管理系統。在伺服器上還專門開發一個資料庫管理器中間件，用於進行用戶層和資料庫的通信以及兩套資料庫之間的通信。
由於各個管理層都各自維護自己的資料庫和數據。當用戶需要進行數據存儲時，他所影響的資料庫僅僅是本地資料庫，存儲效率較高；當用戶需要從多個資料庫讀取數據時，頂層的共享服務平台會根據用戶需求進行任務分解，將任務分發給下層的管理層進行資料庫讀取，由於各個資料庫並行讀取，從而提高了資料庫讀取效率。
圖1 大數據下的地質資料信息存儲架構框圖
2.1 用戶管理層
用戶管理層根據許可權范圍，分為多層(本文以3層為例)。
位於頂層的國家級管理層(共享服務平台用戶層)負責用戶訪問許可權的分配、與其直接關聯的資料庫的訪問、下級管理層任務的分配等工作。
用戶訪問許可權的分配是指為訪問本共享服務平台的個人用戶和單位用戶分配數據的使用許可權、安全性的設計等。
與其直接關聯的資料庫訪問是指直接存儲在其本地資料庫上的數據的訪問。在該資料庫中不僅要存儲所需要的地質資料，還要存儲注冊用戶信息等數據。
下級管理層任務分配是指如果用戶需要訪問多個下層資料庫，用戶只需要輸入查詢這幾個下層資料庫的命令，而如何查找下層資料庫則由該功能來完成。例如某用戶要查找甘肅、陝西、上海、北京的鐵礦分布圖，則用戶只需要輸入這幾個地方及鐵礦等查詢條件，系統將自動把各個省的資料庫查詢任務分派到下級管理層。
同理，位於下層的省級管理層和市級管理層除了沒有用戶訪問許可權功能外，其餘功能與國家級管理層是相同的。各層之間的資料庫通過互聯網相互連接成分布式的資料庫系統。
2.2 MySQL和NoSQL的融合
MySQL是關系型資料庫，它支持SQL查詢語言，而NoSQL是非關系型資料庫，它不支持SQL查詢語言。用戶要想透明地訪問這兩套資料庫，必須要設計資料庫管理器中間件，作為用戶訪問資料庫的統一入口和兩套資料庫管理系統的通信平台。本文所設計的資料庫管理器簡單模型如圖2所示。
圖2 資料庫管理器模型
伺服器管理器通過用戶程序介面與應用程序進行通訊，通過MySQL資料庫介面與MySQL伺服器通訊，通過NoSQL資料庫介面與NoSQL資料庫介面通訊。當應用程序介面接收到一條資料庫訪問命令之後，交由資料庫訪問命令解析器進行命令解析，從而形成MySQL訪問命令或者NoSQL訪問命令，通過相應的資料庫介面訪問資料庫；資料庫返回訪問結果後經過匯總，由應用程序介面返回給應用程序。
兩套資料庫可以通過雙資料庫通信協議進行相互的通信和互訪。此通信協議的建立便於地質工作人員將已經存入MySQL資料庫的不適合結構化存儲的數據轉存到NoSQL資料庫中，從而便於系統的升級和優化。
2.3 系統的存儲和檢索模式
在本存儲框架設計中，系統採用分布式網路存儲模式，即採用可擴展的存儲結構，利用分散在全國各地的多台獨立的伺服器進行數據存儲。這種方式不僅分擔了伺服器的存儲壓力，提高了系統的可靠性和可用性，還易於進行系統擴展。另外，由於地質資料信息存儲的特殊性，各地方用戶的數據存儲工作基本都是在本地伺服器進行，很少通過網路進行遠程存儲，所以數據存儲效率較高。
在一台資料庫伺服器上安裝有MySQL和NoSQL型兩套資料庫管理系統，分別用於存儲地質資料信息中的結構化數據和非結構化數據。其中，NoSQL型資料庫作為主資料庫，用於存儲一部分結構化數據和全部的非結構化數據；而MySQL資料庫作為輔助資料庫，用於存儲一部分結構化的數據，以及舊系統中已經存儲的數據。使用兩套資料庫不僅可以存儲結構化數據而且還可以適用於大數據時代地質資料信息的存儲，因此系統具有很好的適應性和靈活性。
2.4 安全性設計
地質資料信息是國家的機密，地質工作人員必須要保證它的安全。地質資料信息進入數字化時代之後，地質資料常常在計算機以及網路上進行傳輸，地質資料信息的安全傳輸和保存更是地質工作人員必須關注和解決的問題。在本存儲架構的設計中設計的安全問題主要有資料庫存儲安全、數據傳輸安全、數據訪問安全等問題。
資料庫設計時採用多邊安全模型和多級安全模型阻止資料庫中信息和數據的泄露來提高資料庫的安全性能，以保障地質信息在資料庫中的存儲安全；當用戶登錄系統訪問資料庫時，必須進行用戶甄別和實名認證，這主要是對用戶的身份進行有效的識別，防止非法用戶訪問資料庫；在對地質資料進行網路傳輸時，應該首先將數據進行加密，然後再進行網路傳輸，以防止地質信息在傳輸過程中被竊取。
3 結語
提高地質資料數字化信息化水平，是國外地質工作強國的普遍做法。為推進我國地質資料信息服務集群化產業化工作，本文針對我國現有的地質資料信息集群化共享服務平台存在的缺陷和問題，利用大數據存儲管理模式的思想，基於現有系統的存儲架構，設計了一種大數據下的地質資料信息存儲架構，以便於我國地質資料信息服務集群化產業化工作能夠適應大數據時代的數據存儲。該存儲架構的設計只涉及了簡單模型的構建，具體詳細復雜的功能設計和軟體實現還需要在進一步的研究工作中完成。
參考文獻
[1]吳金朋.一種大數據存儲模型的研究與應用[D].北京：北京郵電大學計算機學院，2012.
[2]吳廣君，王樹鵬，陳明，等.海量結構化數據存儲檢索系統[J].計算機研究與發展，2012，49(Suppl)：1～5.
[3]黃
② IT培訓分享Hadoop環境中管理大數據8大存儲技巧
在現如今，隨著IT互聯網信息技術的飛速發展和進步。目前大數據行業也越來越火爆，從而導致國內大數據人才也極度缺乏，下面IT培訓http://www.kmbdqn.com/介紹一下關於Hadoop環境中管理大數據存儲技巧。
1、分布式存儲
傳統化集中式存儲存在已有一段時間。但大數據並非真的適合集中式存儲架構。Hadoop設計用於將計算更接近數據節點，同時採用了HDFS文件系統的大規模橫向擴展功能。
雖然，通常解決Hadoop管理自身數據低效性的方案是將Hadoop數據存儲在SAN上。但這也造成了它自身性能與規模的瓶頸。現在，如果你把所有的數據都通過集中式SAN處理器進行處理，與Hadoop的分布式和並行化特性相悖。你要麼針對不同的數據節點管理多個SAN，要麼將所有的數據節點都集中到一個SAN。
但Hadoop是一個分布式應用，就應該運行在分布式存儲上，這樣存儲就保留了與Hadoop本身同樣的靈活性，不過它也要求擁抱一個軟體定義存儲方案，並在商用伺服器上運行，這相比瓶頸化的Hadoop自然更為高效。
2、超融合VS分布式
注意，不要混淆超融合與分布式。某些超融合方案是分布式存儲，但通常這個術語意味著你的應用和存儲都保存在同一計算節點上。這是在試圖解決數據本地化的問題，但它會造成太多資源爭用。這個Hadoop應用和存儲平台會爭用相同的內存和CPU。Hadoop運行在專有應用層，分布式存儲運行在專有存儲層這樣會更好。之後，利用緩存和分層來解決數據本地化並補償網路性能損失。
3、避免控制器瓶頸(ControllerChokePoint)
實現目標的一個重要方面就是——避免通過單個點例如一個傳統控制器來處理數據。反之，要確保存儲平台並行化，性能可以得到顯著提升。
此外，這個方案提供了增量擴展性。為數據湖添加功能跟往裡面扔x86伺服器一樣簡單。一個分布式存儲平台如有需要將自動添加功能並重新調整數據。
4、刪重和壓縮
掌握大數據的關鍵是刪重和壓縮技術。通常大數據集內會有70%到90%的數據簡化。以PB容量計，能節約數萬美元的磁碟成本。現代平台提供內聯(對比後期處理)刪重和壓縮，大大降低了存儲數據所需能力。
5、合並Hadoop發行版
很多大型企業擁有多個Hadoop發行版本。可能是開發者需要或是企業部門已經適應了不同版本。無論如何最終往往要對這些集群的維護與運營。一旦海量數據真正開始影響一家企業時，多個Hadoop發行版存儲就會導致低效性。我們可以通過創建一個單一，可刪重和壓縮的數據湖獲取數據效率
6、虛擬化Hadoop
虛擬化已經席捲企業級市場。很多地區超過80%的物理伺服器現在是虛擬化的。但也仍有很多企業因為性能和數據本地化問題對虛擬化Hadoop避而不談。
7、創建彈性數據湖
創建數據湖並不容易，但大數據存儲可能會有需求。我們有很多種方法來做這件事，但哪一種是正確的?這個正確的架構應該是一個動態，彈性的數據湖，可以以多種格式(架構化，非結構化，半結構化)存儲所有資源的數據。更重要的是，它必須支持應用不在遠程資源上而是在本地數據資源上執行。
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書名：大規模分布式系統架構與設計實戰（含光碟）
豆瓣評分：4.8
作者:彭淵
出版社:機械工業出版社
出版年:2014-3
頁數:231
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作者簡介
彭淵資深架構師，現任華為企業中間件首席架構師，主要負責中間件和大數據。前淘寶高級專家（花名：千峰），先後在淘寶交易、淘寶中間件、集團核心系統、阿里金融等部門工作。曾任金蝶總體架構部SOA架構師，負責設計ESB。曾艱苦創業，編寫和銷售財務軟體。在Java技術領域從業十多年，撰寫過多款開源軟體，其中，淘寶分布式技術框架Fourinone為其代表作。他擁有軟體著作權的代表作有：BS系列軟體（包括財務進銷存、OA產品、CRM等）、FMS視頻會議、Flash網站生成軟體（華軍可下載），所有軟體作品均貢獻99%代碼。
⑤ 大數據高並發系統架構實戰方案(LVS負載均衡、Nginx、共享存儲、海量數據、隊列緩存)
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本書主要內容
分布式並行計算的基本原理解剖；
分布式協調的實現，包括如何實現公共配置管理，如何實現分布式鎖，如何實現集群管理等；
分布式緩存的實現，包括如何提供完整的分布式緩存來利用多機內存能力；
消息隊列的實現，包括如何實現發送和接收模式；
分布式文件系統的實現，包括如何像操作本地文件一樣操作遠程文件，並利用多機硬碟存儲能力；
分布式作業調度平台的實現，包括資源隔離、資源調度等。
【參考閱讀】
978-7-111-43052-0 大規模分布式存儲系統:原理解析與架構實戰
978-7-111-40392-0 分布式系統：概念與設計（原書第5版）
978-7-111-45244-7 Hadoop應用開發技術詳解
978-7-111-41766-8 Hadoop技術內幕：深入解析Hadoop Common和HDFS架構設計與實現原理
978-7-111-42226-6 Hadoop技術內幕：深入解析MapRece架構設計與實現原理
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978-7-111-43514-3 網站數據分析：數據驅動的網站管理、優化和運營
978-7-111-42591-5 數據挖掘：實用案例分析
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彭淵資深架構師，現任華為企業中間件首席架構師，主要負責中間件和大數據。前淘寶高級專家（花名：千峰），先後在淘寶交易、淘寶中間件、集團核心系統、阿里金融等部門工作。曾任金蝶總體架構部SOA架構師，負責設計ESB。曾艱苦創業，編寫和銷售財務軟體。在Java技術領域從業十多年，撰寫過多款開源軟體，其中，淘寶分布式技術框架Fourinone為其代表作。他擁有軟體著作權的代表作有：BS系列軟體（包括財務進銷存、OA產品、CRM等）、FMS視頻會議、Flash網站生成軟體（華軍可下載），所有軟體作品均貢獻99%代碼。
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書名：大規模分布式存儲系統
作者：楊傳輝
豆瓣評分：7.8
出版社：機械工業出版社
出版年份：2013-9-1
頁數：293
內容簡介：
《大規模分布式存儲系統：原理解析與架構實戰》是分布式系統領域的經典著作，由阿里巴巴高級技術專家「阿里日照」（OceanBase核心開發人員）撰寫，陽振坤、章文嵩、楊衛華、汪源、余鋒（褚霸）、賴春波等來自阿里、新浪、網易和網路的資深技術專家聯袂推薦。理論方面，不僅講解了大規模分布式存儲系統的核心技術和基本原理，而且對谷歌、亞馬遜、微軟和阿里巴巴等國際型大互聯網公司的大規模分布式存儲系統進行了分析；實戰方面，首先通過對阿里巴巴的分布式資料庫OceanBase的實現細節的深入剖析完整地展示了大規模分布式存儲系統的架構與設計過程，然後講解了大規模分布式存儲技術在雲計算和大數據領域的實踐與應用。
《大規模分布式存儲系統：原理解析與架構實戰》內容分為四個部分：基礎篇——分布式存儲系統的基礎知識，包含單機存儲系統的知識，如數據模型、事務與並發控制、故障恢復、存儲引擎、壓縮/解壓縮等；分布式系統的數據分布、復制、一致性、容錯、可擴展性等。范型篇——介紹谷歌、亞馬遜、微軟、阿里巴巴等著名互聯網公司的大規模分布式存儲系統架構，涉及分布式文件系統、分布式鍵值系統、分布式表格系統以及分布式資料庫技術等。實踐篇——以阿里巴巴的分布式資料庫OceanBase為例，詳細介紹分布式資料庫內部實現，以及實踐過程中的經驗。專題篇——介紹分布式系統的主要應用：雲存儲和大數據，這些是近年來的熱門領域，本書介紹了雲存儲平台、技術與安全，以及大數據的概念、流式計算、實時分析等。
作者簡介：
楊傳輝，阿里巴巴高級技術專家，花名日照，OceanBase核心開發人員，對分布式系統的理論和工程實踐有深刻理解。曾在網路作為核心成員參與類MapRece系統、類Bigtable系統和網路分布式消息隊列等底層基礎設施架構工作。熱衷於分布式存儲和計算系統設計，樂於分享，有技術博客NosqlNotes。
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