Big Data Management Thema 14: Cassandra
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- Ida Jaeger
- vor 8 Jahren
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1 Thema 14: Cassandra Jan Kristof Nidzwetzki
2 Thema 14: Cassandra 1 / 25 Übersicht 1 Grundlagen Überblick Geschichte Datenmodel 2 Architektur Der logische Ring Persistenz der Daten Tunable Consistency Read Repair 3 Cassandra im Einsatz CQL Cassandra Query Language Performancevergleich 4 Zusammenfassung
3 Thema 14: Cassandra 2 / 25 Grundlagen Überblick Was ist Cassandra? Cassandra in 50 Worten Apache Cassandra is an open source, distributed, decentralized, elastically scalable, highly available, fault tolerant, tuneably consistent, column-oriented database that bases its distribution design on Amazon s Dynamo and its data model on Google s Bigtable. Created at Facebook, it is now used at some of the most popular sites on the Web. 1 1 Quelle: Eben Hewitt, Cassandra: The Definitive Guide, O Reilly Media, 2010, S. 14
4 Thema 14: Cassandra 3 / 25 Grundlagen Geschichte Geschichte von Cassandra Cassandra wurde 2008 von entwickelt... ist in Java geschrieben... wird von der Apache Software Foundation betreut... steht unter der Apache License 2.0
5 Thema 14: Cassandra 4 / 25 Grundlagen Geschichte Wer setzt Cassandra ein? Wo kommt Cassandra zum Einsatz? 2 CERN: Legt Messdaten in Cassandra ab ebay: Betreibt einen hochverfügbaren Cassandra Cluster verteilt über mehrere Rechenzentren HP: Speichert Metadaten für einen Musik Streaming Dienst in Cassandra IBM: Nutzt Cassandra als Backend in einem Webmail-Client Twitter: Verwendet Cassandra zum speichern von Analysen 2 Quelle:
6 Thema 14: Cassandra 5 / 25 Grundlagen Geschichte Familie Architektur Datenmodel
7 Thema 14: Cassandra 6 / 25 Grundlagen Datenmodel Datenmodel Spaltenfamilie 1 Spalte 1 Spalte 2 Spalte 3 Zeilenschlüssel 2 Wert 1 Wert 2 Wert 3 Spaltenfamilie 1 Spalte 1 Spalte 4 Zeilenschlüssel 1 Wert 1 Wert 4 Schlüsselraum 1
8 Thema 14: Cassandra 7 / 25 Grundlagen Datenmodel Datenmodel - Beispiel Person Vorname Nachname Alter user4711 Jörg Zeitstempel: 3 Hansen Zeitstempel: 3 27 Zeitstempel: 3 Person Vorname user0815 Otto Zeitstempel: 56 @domain Zeitstempel: 45 Schlüsselraum 1
9 Thema 14: Cassandra 7 / 25 Grundlagen Datenmodel Datenmodel - Beispiel Person Vorname Nachname Alter user4711 Jörg Zeitstempel: 3 Hansen Zeitstempel: 3 27 Zeitstempel: 3 Person Vorname user0815 Otto Zeitstempel: 56 @domain Zeitstempel: 45 Schlüsselraum 1
10 Thema 14: Cassandra 7 / 25 Grundlagen Datenmodel Datenmodel - Beispiel Person Vorname Nachname Alter user4711 Jörg Zeitstempel: 3 Hansen Zeitstempel: 3 28 Zeitstempel: 65 Person Vorname user0815 Otto Zeitstempel: 56 @domain Zeitstempel: 45 Schlüsselraum 1
11 Thema 14: Cassandra 8 / 25 Architektur Der logische Ring Begriffe Knoten: Ein Server auf dem Cassandra installiert ist Replikationsfaktor: Anzahl der Replikate einer Zeile Partitionierer: Berechnet den Ablageort einer Zeile Platzierungsstategie für Replikate: Bestimmt auf welchen Knoten Replikate abgelegt werden
12 Thema 14: Cassandra 9 / 25 Architektur Der logische Ring Der logische Ring Replikationsfaktor: N = 3 G 1 0 A F E B D C
13 Thema 14: Cassandra 9 / 25 Architektur Der logische Ring Der logische Ring Replikationsfaktor: N = 3 G 1 0 A F E B h(zeilenschlüssel1) D C
14 Thema 14: Cassandra 9 / 25 Architektur Der logische Ring Der logische Ring Replikationsfaktor: N = 3 G 1 0 A F E B h(zeilenschlüssel1) D C
15 Thema 14: Cassandra 9 / 25 Architektur Der logische Ring Der logische Ring Replikationsfaktor: N = 3 G 1 0 A F E B h(zeilenschlüssel1) D C
16 Thema 14: Cassandra 10 / 25 Architektur Der logische Ring Der logische Ring Logischer Ring mit einer Node root@node1:~# /root/cassandra/bin/nodetool ring Datacenter: datacenter1 ========== Address Rack Status State Load Owns Token node1 rack1 Up Normal KB %
17 Thema 14: Cassandra 11 / 25 Architektur Der logische Ring Der logische Ring Logischer Ring mit zwei Nodes root@node1:~# /root/cassandra/bin/nodetool ring Datacenter: datacenter1 ========== Address Rack Status State Load Owns Token node1 rack1 Up Normal KB 30.07% node2 rack1 Up Normal 1.55 MB 69.93%
18 Thema 14: Cassandra 12 / 25 Architektur Der logische Ring Der logische Ring Logischer Ring mit drei Nodes root@node1:~# /root/cassandra/bin/nodetool ring Datacenter: datacenter1 ========== Address Rack Status State Load Owns Token node1 rack1 Up Normal KB 30.07% node3 rack1 Up Normal KB 44.34% node2 rack1 Up Normal 1.51 MB 25.59%
19 Thema 14: Cassandra 13 / 25 Architektur Persistenz der Daten Persistenz der Daten Schreibzugriff Memory Disk
20 Thema 14: Cassandra 13 / 25 Architektur Persistenz der Daten Persistenz der Daten Schreibzugriff 1. Vermerken des Schreibzugriffs im Commit-Log Memory Disk Commit-Log
21 Thema 14: Cassandra 13 / 25 Architektur Persistenz der Daten Persistenz der Daten Schreibzugriff 2. Vermerken des Schreibzugriffs in der Memtable 1. Vermerken des Schreibzugriffs im Commit-Log Memory Disk Memtable Commit-Log
22 Thema 14: Cassandra 13 / 25 Architektur Persistenz der Daten Persistenz der Daten Schreibzugriff 2. Vermerken des Schreibzugriffs in der Memtable 1. Vermerken des Schreibzugriffs im Commit-Log Memory Memtable Disk SSTables Commit-Log Flush
23 Thema 14: Cassandra 13 / 25 Architektur Persistenz der Daten Persistenz der Daten Schreibzugriff 2. Vermerken des Schreibzugriffs in der Memtable 1. Vermerken des Schreibzugriffs im Commit-Log Memory Disk Memtable SSTables SSTable Commit-Log Flush Compact
24 Thema 14: Cassandra 14 / 25 Architektur Tunable Consistency Lesen Tunable Consistency Konsistenz-Level ONE QUORUM ALL Bedeutung Es werden die Zeilen von dem Knoten zurückgeliefert, welcher als erstes antwortet. Haben ( Replikationsfaktor + 1) Knoten geantwortet, werden die Zeilen mit dem neuesten Zeitstempel an den 2 Client ausgeliefert. Verhält sich wie QUORUM, jedoch wird mit dem Ausliefern der Zeilen gewartet, bis die Zeilen von allen Knoten vorliegen.
25 Thema 14: Cassandra 15 / 25 Architektur Tunable Consistency Tunable Consistency Lesen F 1 0 A Client E B Replikationsfaktor: N = 3 D C
26 Thema 14: Cassandra 15 / 25 Architektur Tunable Consistency Tunable Consistency Lesen F 1 0 A Client E B Replikationsfaktor: N = 3 D C
27 Thema 14: Cassandra 15 / 25 Architektur Tunable Consistency Tunable Consistency Lesen F 1 0 A Konsistenz: ONE Client E B Replikationsfaktor: N = 3 D C
28 Thema 14: Cassandra 15 / 25 Architektur Tunable Consistency Tunable Consistency Lesen F 1 0 A Konsistenz: QUORUM Client E B Replikationsfaktor: N = 3 D C
29 Thema 14: Cassandra 15 / 25 Architektur Tunable Consistency Tunable Consistency Lesen F 1 0 A Konsistenz: ALL Client E B Replikationsfaktor: N = 3 D C
30 Thema 14: Cassandra 16 / 25 Architektur Tunable Consistency Tunable Consistency Schreiben Konsistenz-Level ZERO ANY ONE QUORUM ALL Bedeutung Die Schreiboperation wird asynchron bearbeitet. Auftretende Fehler werden ignoriert. Die Schreiboperation muss auf mindestens einem Knoten durchgeführt worden sein. Hinted Handoffs sind erlaubt. Die Schreiboperation muss auf mindestens einem Knoten durchgeführt worden sein. Es müssen mindestens ( Replikationsfaktor +1) Knoten die 2 Schreiboperation bestätigen. Die Schreiboperation muss von allen Knoten bestätigt worden sein, welche für die Daten zuständig sind.
31 Thema 14: Cassandra 17 / 25 Architektur Read Repair Read Repair F 1 0 A Konsistenz: ONE Client E B Replikationsfaktor: N = 3 D C
32 Read Repair Thema 14: Cassandra 17 / 25 Architektur Read Repair Konsistenz: ONE F 1 <1,100000> 0 A Client E B Replikationsfaktor: N = 3 <1,100000>: Wert = 1, geschrieben bei Zeitstempel D C
33 Read Repair Thema 14: Cassandra 17 / 25 Architektur Read Repair F 1 <1,100000> 0 A E <3,100020> B <3,100020> Replikationsfaktor: N = 3 <1,100000>: Wert = 1, geschrieben bei Zeitstempel D C
34 Read Repair Thema 14: Cassandra 17 / 25 Architektur Read Repair F 1 <3,100020> 0 A E B Replikationsfaktor: N = 3 <1,100000>: Wert = 1, geschrieben bei Zeitstempel D C
35 Cassandra im Einsatz Thema 14: Cassandra 18 / 25 CQL Cassandra Query Language CQL Cassandra Query Language CQL ist eine Abfragesprache ähnlich SQL
36 Cassandra im Einsatz Thema 14: Cassandra 18 / 25 CQL Cassandra Query Language CQL Cassandra Query Language CQL ist eine Abfragesprache ähnlich SQL... ist an die Syntax von SQL angelehnt
37 Cassandra im Einsatz Thema 14: Cassandra 18 / 25 CQL Cassandra Query Language CQL Cassandra Query Language CQL ist eine Abfragesprache ähnlich SQL... ist an die Syntax von SQL angelehnt... bietet eine stabile Schnittstelle zu Cassandra (JDBC-Treiber verfügbar)
38 Cassandra im Einsatz Thema 14: Cassandra 18 / 25 CQL Cassandra Query Language CQL Cassandra Query Language CQL ist eine Abfragesprache ähnlich SQL... ist an die Syntax von SQL angelehnt... bietet eine stabile Schnittstelle zu Cassandra (JDBC-Treiber verfügbar)... enthält keine Anweisungen für Joins, etc.
39 Cassandra im Einsatz Thema 14: Cassandra 19 / 25 CQL Cassandra Query Language CQL am Beispiel Abfrage einer Zeile Casandra CLI und CQL # CLI get People[ 21 ]; # CQL SELECT * from People WHERE key = 21;
40 Cassandra im Einsatz Thema 14: Cassandra 20 / 25 CQL Cassandra Query Language CQL am Beispiel Anlegen einer Zeile Casandra CLI und CQL # CLI set users[ jsmith ][firstname] = John ; set users[ jsmith ][lastname] = Smith ; set users[ jsmith ][age] = 22 ; # CQL INSERT INTO users (KEY, firstname, lastname, age) VALUES ( jsmith, John, Smith, 22 );
41 Cassandra im Einsatz Thema 14: Cassandra 21 / 25 CQL Cassandra Query Language CQL am Beispiel Anlegen einer Zeile unter Angabe eines Konsistenz-Levels # CLI consistencylevel as QUORUM; set users[ jsmith ][firstname] = John ; set users[ jsmith ][lastname] = Smith ; set users[ jsmith ][age] = 22 ; # CQL INSERT INTO users (KEY, firstname, lastname, age) VALUES ( jsmith, John, Smith, 22 ) USING CONSISTENCY QUORUM;
42 Cassandra im Einsatz Thema 14: Cassandra 22 / 25 Performancevergleich Performance Paper: Solving big data challenges for enterprise application performance management, 2012 Throughput (Operations/sec) Cassandra HBase Number of Nodes Voldemort VoltDB Redis MySQL Abbildung: 5% schreibende Zugriffe, 95% lesende Zugriffe.
43 Cassandra im Einsatz Thema 14: Cassandra 23 / 25 Performancevergleich Performance Paper: Solving big data challenges for enterprise application performance management, Throughput (Ops/sec) Cassandra HBase Number of Nodes Voldemort VoltDB Redis MySQL Abbildung: 50% schreibende Zugriffe, 50% lesende Zugriffe.
44 Thema 14: Cassandra 24 / 25 Zusammenfassung Zusammenfassung Ist ein spaltenorientiertes Datenbankmanagementsystem
45 Thema 14: Cassandra 24 / 25 Zusammenfassung Zusammenfassung Ist ein spaltenorientiertes Datenbankmanagementsystem Datenmodel von Google Bigtale
46 Thema 14: Cassandra 24 / 25 Zusammenfassung Zusammenfassung Ist ein spaltenorientiertes Datenbankmanagementsystem Datenmodel von Google Bigtale Architektur von Amazon Dynamo
47 Thema 14: Cassandra 24 / 25 Zusammenfassung Zusammenfassung Ist ein spaltenorientiertes Datenbankmanagementsystem Datenmodel von Google Bigtale Architektur von Amazon Dynamo Setzt auf Tunable Consistency
48 Thema 14: Cassandra 24 / 25 Zusammenfassung Zusammenfassung Ist ein spaltenorientiertes Datenbankmanagementsystem Datenmodel von Google Bigtale Architektur von Amazon Dynamo Setzt auf Tunable Consistency Inkonsistenzen werden u. A. mittels Read Repair behoben
49 Thema 14: Cassandra 24 / 25 Zusammenfassung Zusammenfassung Ist ein spaltenorientiertes Datenbankmanagementsystem Datenmodel von Google Bigtale Architektur von Amazon Dynamo Setzt auf Tunable Consistency Inkonsistenzen werden u. A. mittels Read Repair behoben Skaliert gut über mehrere Knoten
50 Thema 14: Cassandra 25 / 25 Zusammenfassung Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
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