8大分布式计算框架详解(图文全面总结)

来源:mikechen的互联网架构


分布式计算是未来的技术发展重点,所以掌握好分布式计算就很重要了,下面我就全面来详解分布式计算

分布式计算

分布式计算是一种计算模型,它利用多台计算机(节点),协同工作来完成一个计算任务。

分布式计算,有以下4大特点:

  1. 并行处理:分布式计算,利用多台计算机并行处理任务,加快了任务的完成速度。

  2. 资源共享:不同计算节点之间可以共享资源,包括:计算资源、存储资源、和网络资源等。

  3. 分布式存储:数据通常存储在多个计算节点上,以提高数据的可靠性、和可用性。

  4. 扩展性:分布式计算系统可以根据需要动态地增加、或减少计算节点,以适应不同规模的计算任务。


分布式计算框架

分布式计算框架,是用于构建分布式计算系统的软件框架,帮助开发者实现分布式计算任务的并行处理、资源管理、数据存储等功能。

1.Apache Hadoop

Hadoop是最早的开源分布式计算框架之一,主要用于大规模数据处理和分析。

Hadoop提供了两个核心组件:Hadoop分布式文件系统(HDFS)、和MapReduce计算框架,可以在大量的廉价服务器上并行处理数据。

HDFS作为Apache Hadoop生态系统的一个关键组件,在大数据领域得到了广泛的应用。

如下图所示:

  1. NameNode:NameNode是HDFS的主节点,负责管理文件系统的命名空间和元数据信息。

  2. DataNode:DataNode是HDFS的数据节点,负责存储实际的数据块,每个数据节点都会定期向NameNode报告自己所存储的数据块信息。

  3. 客户端:客户端是HDFS的用户,通过HDFS客户端API与HDFS进行交互,包括:文件的读写、删除、复制等操作。

MapReduce模型最早由Google提出,后来被Apache Hadoop采纳并实现。

它将数据处理任务划分为两个阶段:Map阶段和Reduce阶段,通过多台计算节点的协作完成数据处理任务。

  • 在Map阶段,每个Map任务会读取输入数据的一部分,并将其转换为一系列键值对(key-value pairs)。

  • 在Reduce阶段,每个Reduce任务会处理一组分组后的中间键值对,将它们合并成最终的输出结果。


2.Apache Spark

Apache Spark是一个快速、通用的分布式计算系统,专为大规模数据处理而设计。

Spark的设计目标是提供比Hadoop MapReduce更快、更简单的数据处理能力,支持更广泛的应用场景。

例如:迭代式算法、交互式查询、流式处理和机器学习等。

Hadoop MapReduce使用磁盘存储和批处理模式,速度相对较慢。

由于Spark可以将数据加载到内存中进行迭代计算,实现了比Hadoop MapReduce更快的数据处理速度。

因此适用于需要频繁重复读取和计算的场景,例如:机器学习算法、图计算和实时流处理等。

3.TensorFlow

TensorFlow是一个开源的机器学习框架,支持分布式计算、和大规模机器学习任务。

TensorFlow支持分布式计算,可以在多个计算节点上并行训练和推断模型,从而实现高效的大规模机器学习任务。

4.Apache Flink

Apache Flink是一个开源的流式处理框架,用于实时流处理和批处理任务。

Flink可以用于实时数据流分析和实时指标计算,如用户行为分析、实时报警和实时监控等。

Flink也可以用于数据清洗、数据转换和数据合并等批处理任务,如:ETL(Extract-Transform-Load)和数据仓库构建等。

5.Apache Storm

Apache Storm是一个开源的实时流处理系统,最初由Twitter开发并开源,后来成为Apache顶级项目。

Storm提供了一个分布式、可扩展和容错的平台,用于处理大规模的实时数据流,并支持高吞吐量和低延迟的数据处理。

6.Apache Beam

Beam是一个统一的分布式计算编程模型,可以在多个分布式计算引擎上运行,包括:Apache Spark、Apache Flink等。

Beam提供了一套高级API,用于编写批处理和流处理任务,以及支持复杂的数据流处理操作。

7.Dask

Dask是一个开源的并行计算库,用于处理大规模数据集。

它提供了类似于Pandas和NumPy的API,可以在单机或分布式集群上运行,并支持流式数据处理和并行计算任务。

8.Kubernetes

Kubernetes是一个开源的容器编排引擎,用于管理容器化应用程序的部署、扩展和管理。

它可以用作分布式计算框架的底层基础设施,支持容器化应用程序的部署和运行。


分布式计算应用

1、大数据处理

分布式计算在大数据处理领域具有重要应用,通过将数据分割成多个小块并在多个计算节点上并行处理。

2、实时流处理

实时流处理是分布式计算的另一个重要应用场景,通过在数据流上实时处理和分析数据,可以及时发现数据的变化、和趋势。

3、机器学习

通过在多个计算节点上并行训练和推断模型,可以加速机器学习算法的运行速度,并处理大规模的数据。

4、人工智能

人工智能算法通常需要大量的数据来训练、和调优模型,而这些数据往往是庞大且分散存储的。

而且,深度学习算法通常需要大量的计算资源、和存储资源来训练深度神经网络模型,而这些资源往往是分布式存储和计算的。

以上

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