許多企業(yè)正在迅速采用Apache Hadoop和MapReduce，作為自己主要的數(shù)據(jù)分析工具。盡管嚴(yán)重缺少擁有建立Hadoop分布式文件系統(tǒng)集群(HDFS)或者為MapReduce任務(wù)編寫Java代碼所需開發(fā)運(yùn)營(DevOps)技能的數(shù)據(jù)分析師，但這些企業(yè)還是在采用Apache Hadoop和MapReduce分析大數(shù)據(jù)。

亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)公司(AWS)確實(shí)提供托管版的彈性MapReduce(EMR)，微軟則推廣在Windows Azure基于云實(shí)施的MapReduce、Hive、Pig和Mahout上的Apache Hadoop。盡管這些產(chǎn)品消除了內(nèi)部部署型HDFS存儲區(qū)域網(wǎng)(SAN)的資本和管理成本，但是把Hadoop集群轉(zhuǎn)移到云端并不減少對一大批MapReduce工具的需要。

分析師們可以利用SQL的Apache HiveQL語言，把使用count()、sum()、avg()和stddev_pop()等內(nèi)置函數(shù)的聚集查詢轉(zhuǎn)換成MapReduce任務(wù)。Apache Pig子項(xiàng)目的說明文檔聲稱，當(dāng)你使用Pig Latin語言時(shí)：

很容易對簡單的、“易并行”的數(shù)據(jù)分析任務(wù)實(shí)現(xiàn)并行執(zhí)行。由多個(gè)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換組成的復(fù)雜任務(wù)被顯式編碼成數(shù)據(jù)流序列，因而使得它們易于編寫、理解和維護(hù)。

圖1：使用微軟Cloud Numerics Application C#模板，建立一個(gè)新的Visual Studio Cloud Numerics部署方案。

但是Pig Latin是個(gè)v0.9.2版本，這方面的專家語法學(xué)家甚至比MapReduce方面的還要少。所以，缺少開發(fā)運(yùn)營技能的企業(yè)IT部門試圖分析云端的“大數(shù)據(jù)”時(shí)，該如何是好?微軟代號為“Cloud Numerics”的解決方案是個(gè)切實(shí)可行的辦法。

面向C#編程人員的微軟Cloud Numerics

微軟在2012年1月發(fā)布了代號為“Cloud Numerics”Lab的解決方案，它提供了除Hadoop、HDFS、MapReduce、HiveQL或Pig Latin之外的一種選擇，可用于分析大數(shù)據(jù)。Cloud Numerics為精通C#、習(xí)慣使用Visual Studio的企業(yè)級.NET編程人員提供了下列特性：

•把開發(fā)分布式算法的復(fù)雜性隱藏起來的一種編程模型

•可訪問由數(shù)值算法組成的.NET庫，這些數(shù)值算法涵蓋基本算術(shù)、高級統(tǒng)計(jì)和線性代數(shù)等。

•把應(yīng)用程序部署到Windows Azure，并使用云環(huán)境計(jì)算能力的功能。

利用Cloud Numerics高性能計(jì)算(HPC)集群進(jìn)行并行處理需要分析師輸入數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)具體表現(xiàn)為分布式密集數(shù)組(主要是數(shù)值數(shù)據(jù))或矩陣。密集數(shù)組對應(yīng)于所有列中都是非零值的表，而不是像稀疏數(shù)據(jù)那樣列填充在一小部分的行中。

僅限受邀用戶的Cloud Numerics Lab交付工件包括面向Visual Studio 2010及更高版本的一個(gè)微軟Cloud Numerics Application模板(圖1)，它包含幾個(gè)預(yù)制的C#項(xiàng)目，如表格1所示。

表格1：組成一個(gè)微軟Cloud Numerics應(yīng)用程序的六個(gè)預(yù)制項(xiàng)目。

默認(rèn)的MSCloudNumericsApp項(xiàng)目隨帶一個(gè)基本的Main()函數(shù)，以便控制臺應(yīng)用程序使用一個(gè)簡單的進(jìn)程，在本地開發(fā)環(huán)境中測試運(yùn)行。該函數(shù)對微軟Numerics運(yùn)行時(shí)環(huán)境初始化，創(chuàng)建元素?cái)?shù)組并填入隨機(jī)數(shù)，執(zhí)行矩陣相乘，然后運(yùn)用喬里斯基分解方法來求解線性方程，關(guān)閉微軟Numerics運(yùn)行時(shí)環(huán)境，返回表示完成的消息。

圖2：Cloud Numerics運(yùn)行時(shí)環(huán)境、庫和Windows Azure部署工具之間的關(guān)系。

在大多數(shù)情況下，開發(fā)人員只需要把Main()函數(shù)中的幾行默認(rèn)代碼換成自己的過程就行。圖2表明了各Cloud Numerics組件之間的關(guān)系。

最初的Cloud Numerics Lab版本提供了下列端到端的示例應(yīng)用程序(http://connect.microsoft.com/site1267/Downloads/DownloadDetails.aspx?DownloadID=40598)，可從微軟Microsoft Connect下載：

1. 使用潛在語義索引(Latent Sematic Indexing)的文檔分類實(shí)例(LSICloudApplication)。

2. 深入視察一些統(tǒng)計(jì)功能(StatisticsCloudApplication)。

3. 對串行產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間序列分析(TimeSeriesApplication)。

我之前發(fā)表了一篇配有插圖的逐步教程，介紹在本地開發(fā)環(huán)境中安裝和運(yùn)行LSICloudApplication(http://oakleafblog.blogspot.com/2012/01/introducing-microsoft-codename-cloud.html)，并將它部署到Windows Azure帳戶(http://oakleafblog.blogspot.com/2012/01/deploying-cloud-numerics-sample.html)。#p#

使用Cloud Numerics分析航空公司起飛延誤

航班準(zhǔn)點(diǎn)率是許多消費(fèi)者選擇航班時(shí)參考的一個(gè)重要方面。美國聯(lián)邦航空管理局(FAA)保存著自1987年以來每一家美國注冊航空公司的所有航班抵達(dá)和起飛延誤數(shù)據(jù)的完整記錄。FAA通過研究和創(chuàng)新技術(shù)管理局(RITA)下設(shè)運(yùn)輸統(tǒng)計(jì)局(BTS)的網(wǎng)站(http://www.transtats.bts.gov/DL_SelectFields.asp?Table_ID=236&DB_Short_Name=On-Time)，通過含有每個(gè)月的*.csv文件的*.zip壓縮文檔這一形式，向公眾公布這些數(shù)據(jù)。每個(gè)*.csv文件含有大約500000行數(shù)據(jù)，它們的大小平均大約是225 MB。因此，截至2012年2月的共302個(gè)月的數(shù)據(jù)總量約為1.5億行和68 GB。

圖3：該直方圖顯示了2012年1月美國注冊航空公司從0到5小時(shí)的航班延誤。

Cloud Numerics團(tuán)隊(duì)宣布了一款新的示例程序，可以歸納32個(gè)月來FAA航班數(shù)據(jù)的平均延誤和延誤數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。圖3所示的Excel直方圖顯示了2012年1月從0到5小時(shí)的航班抵達(dá)延誤。

為了讓開發(fā)人員輕松地使用該示例程序，Cloud Numerics團(tuán)隊(duì)把直到2012年1月的32個(gè)*.csv文件拷貝到了公眾可以訪問的Windows Azure二進(jìn)制大對象容器(blob container)，該容器位于微軟建在美國中北部的一個(gè)數(shù)據(jù)中心。32個(gè)文件可不算少，因?yàn)槊恳粋€(gè)超大計(jì)算節(jié)點(diǎn)(ExtraLarge ComputeNode)實(shí)例都有8個(gè)處理器核心;而AppConfigure項(xiàng)目部署了4個(gè)這樣的實(shí)例。

微軟SQL Azure Labs社區(qū)技術(shù)預(yù)覽(CTP)在預(yù)覽期間提供了隨意免費(fèi)所用資源這一便利，但是Cloud Numerics不提供這種便利。運(yùn)行有四個(gè)ComputeNode、一個(gè)HeadNode工作者角色和一個(gè)FrontEnd Web角色的OnTimeStats應(yīng)用程序每小時(shí)要收費(fèi)5.10美元。這樣的成本使得你在不用部署的Cloud Numerics時(shí)就會刪除它們。

圖4：Excel工作表單，平均偏差和標(biāo)準(zhǔn)偏差數(shù)據(jù)來自FlightDataInfo.csv文件。

MSCloudNumericsApp項(xiàng)目的Main()方法含有的添加代碼可計(jì)算平均抵達(dá)延誤時(shí)間、抵達(dá)時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)偏差以及低于及高于1、2、3、4和5標(biāo)準(zhǔn)偏差的時(shí)間以及值，這些代碼添加到存儲在Windows Azure二進(jìn)制大對象容器的FlightDataInfo.csv文件(見圖4)。把近800萬行數(shù)據(jù)讀入到含有抵達(dá)延誤時(shí)間(單位：分鐘)的數(shù)組用時(shí)不到2分鐘。使用兩個(gè)超大計(jì)算實(shí)例(16個(gè)核心)來分析只需要不到2分鐘的時(shí)間。

這個(gè)結(jié)果對乘客來說既是好消息又是壞消息。好消息是，你至多延誤5分鐘抵達(dá)的可能性是70%。不過，按照條件概率，尾部曲線的指數(shù)性質(zhì)意味著如果你已經(jīng)要等35分鐘，那么再等35分鐘的可能性是50%。#p#

比較Cloud Numerics和Windows Azure上的Apache Hive

Windows Azure上的Apache Hadoop預(yù)覽版讓你可以分析存儲在Windows Azure二進(jìn)制大對象容器的文件夾中的數(shù)據(jù)。不過，能夠用專用Azure二進(jìn)制大對象容器取代HDFS數(shù)據(jù)集的功能并不適用于像Cloud Numerics團(tuán)隊(duì)上傳的這些公共二進(jìn)制大對象容器。

圖5：顯示航空公司航班延誤的Excel圖表，來自Hadoop。

我消除了不必要的列，把2011年8月到2012年1月的六個(gè)*.csv文件上傳到美國中北部數(shù)據(jù)中心的二進(jìn)制大對象容器中的一個(gè)文件夾，從而縮減了這些文件的大小。我把這個(gè)二進(jìn)制大對象文件夾指定為Hive數(shù)據(jù)倉庫表格的數(shù)據(jù)源，創(chuàng)建了Hive表格，然后使用Hive開放數(shù)據(jù)庫連接(ODBC)驅(qū)動程序和Excel插件，對它執(zhí)行了簡單的HiveQL聚集查詢(見圖5)。

Hive方法所用的時(shí)間要比Cloud Numerics示例程序所用的時(shí)間短得多，因?yàn)楹笳咄ㄟ^低速的DSL互聯(lián)網(wǎng)連接，把HPC集群上傳到Windows Azure大概需要2個(gè)小時(shí)。不過，Cloud Numerics可以更快地獲取同樣的數(shù)據(jù);我估計(jì)，使用HiveQL查詢來確定這個(gè)結(jié)果至少要花掉我半天的時(shí)間。不然，我需要另外花幾個(gè)小時(shí)來編寫和測試Pig Latin腳本。 要不是互聯(lián)網(wǎng)連接不對稱這種現(xiàn)狀，利用Cloud Numerics獲得數(shù)據(jù)的速度會大大加快。

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