Data Lakes com Hadoop e Spark: Agile Analytics na prática

DATA LAKES COM HADOOP E SPARK

AGILE ANALYTICS NA PRÁTICA

Ricardo Wendell rwendell@thoughtworks.com

João Paulo jsilva@thoughtworks.com

AGENDA

Introdução

Data Warehousing e projetos tradicionais

Arquiteturas de Data Lake

Hadoop e Spark

Tópicos relacionados

Conclusão2

INTRODUÇÃO

3

4Fonte: http://socialtimes.com/one-minute-internet-infographic_b147855

5

BIG DATA

6

BIG DATAV V V V

7

VOLUME

“DADOS EM REPOUSO”

8

VOLUME2.5 QUINTILHÕES DE BYTES GERADOS POR DIA!

9

VELOCIDADE

“DADOS EM MOVIMENTO”

10

VARIEDADE

“DADOS EM MUITOS FORMATOS”

11

VERACIDADE

“DADOS EM DÚVIDA”

12

DATA SCIENCE

13

14Fonte: http://www.shoesofprey.com/blog/pic/ahFzfnNob2Vzb2ZwcmV5LWhyZHIWCxINQmxvZ0ltYWdlRGF0YRiWxuoJDA.jpg

15Fonte: http://ecx.images-amazon.com/images/I/81D5CBkXL6L._SL1500_.jpg

16Fonte: http://www.portalgildabonfim.com.br/site/wp-content/uploads/2014/02/beneficios-da-castanha-do-para-na-barra-de-cereal.png

17

OPORTUNIDADES

18

VAREJO FINANÇAS SAÚDE MOBILE ONGS FÁBRICAS

OPORTUNIDADES

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VAREJO FINANÇAS SAÚDE MOBILE ONGS FÁBRICAS

Security/Fraud Analytics

Audio/Image/Video Analytics

Text Analytics

Sensor Data Analytics (IoT)

Marketing Analytics

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DATA SCIENTIST

DATA ENGINEER

21Fonte: https://www.flickr.com/photos/marsdd/2986989396

22Fonte: http://www.forbes.com/sites/danwoods/2014/08/28/why-you-should-hire-a-robot-to-write-for-you/

23

O S E M N

24

O S E M N

ABORDAGENS TRADICIONAIS

25

DATAWAREHOUSE MULTI-CAMADAS GENÉRICO

26

ANALYTICS TRADICIONAL

27

DATA WAREHOUSING E BI

28

ABORDAGENS TRADICIONAIS

29

ABORDAGENS TRADICIONAIS

30

Grande foco em TI!

“Data warehousing e BI são os maiores gastos no orçamento de CIOs, e têm tido

limitado valor para os negócios.”

— Jeff Smith, CIO da IBM

31

Difere

nciação

O que aconteceu?

DescritivoPor que aconteceu?

Diagnóstico

O que irá acontecer?

Preditivo Como podemos fazer acontecer?

PrescritivoVa

lor

Complexidade

Valo

r

Complexidade

Difere

nciação

O que aconteceu?

DescritivoPor que aconteceu?

Diagnóstico

O que irá acontecer?

Preditivo Como podemos fazer acontecer?

Prescritivo

DATA SCIENCE

BI TRADICIONAL

34

2012

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HOJE

DATA LAKES E AGILE ANALYTICS

36

37

Fonte: http://martin.kleppmann.com/2015/05/27/logs-for-data-infrastructure.html

38

Fonte: http://martin.kleppmann.com/2015/05/27/logs-for-data-infrastructure.html

39

Fonte: http://martin.kleppmann.com/2015/05/27/logs-for-data-infrastructure.html

40

Fonte: http://martin.kleppmann.com/2015/05/27/logs-for-data-infrastructure.html

ARQUITETURA LAMBDA

41

42

ARQUITETURA LAMBDA

43

ARQUITETURA LAMBDA

44

ARQUITETURA LAMBDA

45

PIPELINE DE DADOS ADAPTATIVO

QUAL O NOSSO DESAFIO?

Dados contidos em múltiplos sistemas

Que são frequentemente armazenados em diferentes formatos

E idealmente ter uma fonte da verdade, de onde derivar os dados

46

Pense em um datamart como uma loja de garrafas

de água: limpa, embalada e organizada para fácil

consumo; o lago de dados é um grande corpo de

água em um estado mais natural.

O conteúdo do lago de dados flui de uma fonte para preencher o lago, e vários usuários podem

vir examinar, mergulhar ou pegar amostras.

James Dixon, CTO of Pentaho

47

An Enterprise Data Lake is an immutable data store of largely un-processed “raw” data, acting as a source for other

processing streams but also made directly available to a

significant number of internal, technical consumers using some

efficient processing engine. Examples include HDFS or HBase within a Hadoop, Spark or Storm processing framework. We

can contrast this with a typical system that collects raw data

into some highly restricted space that is only made available to

these consumers as the end result of a highly controlled ETL

process.

ThoughtWorks Tech Radar

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PROPRIEDADES DE DATA LAKES

A ingestão dos dados deve ser "push based", ou seja, os dados devem ser "empurrados" para o sistema ao invés de serem ingeridos periodicamente através de processamentos em lote

Os dados ingeridos devem ser armazenados na sua forma mais pura

A solução deve ser escalável horizontalmente, em termos de capacidade de armazenamento e processamento

Não serve ao usuário final, mas sim a usuários técnicos49

OBJETIVOS DO DATA LAKE

Reduzir o custo da ingestão de novos tipos de dados

Diminuir o tempo que leva para que atualizações nos sistemas operacionais cheguem até os sistemas analíticos

Permitir o processamento de volumes de dados bem maiores que os sistemas de DW tradicionais

50

OBJETIVOS DO DATA LAKE

Eliminar gargalos devido à falta de desenvolvedores especializados em ETL ou à excessivo up front design do modelo de dados

Empoderar desenvolvedores a criarem seus próprios pipelines de processamento de dados de uma maneira ágil — quando for preciso e da forma que for preciso — dentro de limites razoáveis

51

52Fonte: http://martinfowler.com/bliki/DataLake.html

53

54

AGILE ANALYTICS

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O S E M N

Data Scientist Data Engineer Delivery Team

DESCOBRIR ENTREGAREXPERIMENTAR

HIPÓTESE

PROTÓTIPO

PESQUISA

Ideias

Coletar feedack

CONSUMERS

AGILE ANALYTICS

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57

Conhecimento acionável

Data Science

Data Engineering

Entrega Contínua

Aprendizado Lean

Insights acionáveis=

MÉTODOS TRADICIONAIS E AGILE ANALYTICS

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PARALELISMO

59

PARALELISMO: DUAS ABORDAGENS

Task Parallel programming

Data parallel programming

60

||-ISMO DE DADOS

Foco em distribuir os dados através de diferentes nós de computação paralela

Cada processador executa a mesma tarefa em diferentes fatias de dados distribuídos

Enfatiza a natureza distribuída dos dados, em oposição ao processamento

61

EXEMPLO

define foo(array d)

if CPU = "a"

lower_limit := 1

upper_limit := round(d.length/2)

else if CPU = "b"

lower_limit := round(d.length/2) + 1

upper_limit := d.length

for i from lower_limit to upper_limit by 1

do_something_with(d[i])

end

62

EXEMPLO

define foo(array d)

if CPU = "a"

lower_limit := 1

upper_limit := round(d.length/2)

else if CPU = "b"

lower_limit := round(d.length/2) + 1

upper_limit := d.length

for i from lower_limit to upper_limit by 1

do_something_with(d[i])

end

63

Acoplamento do código ao número de CPUs da máquina

Você precisa se preocupar em como dividir os dados através dos diferentes nós de computação

Você precisa se preocupar explicitamente em como acumular e consolidar a saída final a partir das

computações em paralelo

COMO UM DESENVOLVEDOR…

Eu quero escrever meu código de tal maneira que ele possa ser executado em paralelo

Eu não quero escrever código baseado em quantas CPUs/máquinas tenho disponíveis no data center

Eu não quero me preocupar em como os dados de entrada devem ser divididos para a execução em paralelo

Eu não quero me preocupar em como a saída final deve ser acumulada e consolidada a partir das unidades rodando em paralelo

64

65

Objetivo Tornar disponível online seu arquivo de 11 milhões de artigos, desde 1851

Tarefa Converter 4TB de imagens TIFF para PDFs

66

Solução Amazon Elastic Compute Cloud (EC2) e Simple Storage System (S3)

Tempo ? Custo ?

67

Solução Amazon Elastic Compute Cloud (EC2) e Simple Storage System (S3)

Em menos de 24h por cerca de $240

HADOOP

68

HADOOP

Framework para armazenamento e computação distribuída para processamento de dados em larga escala

Não impõe restrição aos formatos dos dados sendo processados

Projeto da Apache Software Foundation

Implementado em Java, suportado em todas as plataformas *nix, Windows

Objetivo: computação/armazenamento linearmente escalável usando hardware comum

69

HADOOP

70Fonte: http://hortonworks.com/blog/apache-hadoop-2-is-ga/

HDFS

Sistema de arquivos distribuído Cada arquivo pode estar espalhado por múltiplos nós Clientes podem acessar arquivos de qualquer nó, como se fosse local

Tolerância a falhas e alta disponibilidade

APIs Java/Scala Shell HDFS suporta vários comandos Interface web para navegar pelo sistema de arquivos

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HDFS: PRINCIPAIS CONCEITOS

Sistema de arquivos hierárquico - similar a Unix/Linux

Metadados de arquivos e diretórios

nome, owner, group owner, permissões, status

Arquivos divididos em blocos, que são distribuídos

72

REPLICAÇÃO DE BLOCOS

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name:/users/wendell/arquivo.data, copies:2, blocks:{1,3} name:/users/jpaulo/dados.gzip, copies:3, blocks:{2,4,5}

NAMENODE (MASTER)

DATANODES (SLAVES)

1 12

2 24 5

33 4 4

55

PARA QUE CENÁRIOS HDFS NÃO É TÃO BOM ASSIM?

Aplicações de baixa latência

Muitos arquivos pequenos

Acesso aleatório

Updates de dados

Algoritmos iterativos

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MAP REDUCE

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MAP SORT / SHUFFLE REDUCE

Fonte: https://mm-tom.s3.amazonaws.com/blog/MapReduce.png

MAP REDUCE: EXEMPLO

76Fonte: https://www.ibm.com/developerworks/community/blogs/bigdata-br/entry/infosphere_biginsights_notas_sobre_hadoop_mapreduce?lang=en

HANDS ON

77

https://goo.gl/quFE6K

78

79

SPARK

PONTOS DE DOR COM MAPREDUCE

Latência

Limitado a fases de Map e Reduce

Não é trivial testar…

Pode resultar em fluxos complexos

Reuso de dados requer escrita no HDFS

80

O QUE É APACHE SPARK?

Cluster Computing Engine

Abstrai o armazenamento e gerenciamento do cluster

Interface de dados unificada

Modelo de programação fácil

API em Scala, Python, Java, R

81

82

ONDE SPARK SE ENCAIXA NO ECOSSISTEMA HADOOP?

83

SPARK E MODOS DE GERENCIAMENTO DO CLUSTER

Standalone

Apache Mesos

Hadoop YARN

84

SPARK E ARMAZENAMENTO

HDFS

HBase

Cassandra

JDBC data sources

* Qualquer fonte de dados que ofereça um InputFormat Hadoop…

85

EXEMPLO DE CONTADOR DE PALAVRAS

val file = sparkContext.textFile("input path")

val counts = file.flatMap(line => line.split(" "))

.map(word => (word, 1))

.reduceByKey((a, b) => a + b)

counts.saveAsTextFile("destination path")

86

COMPARANDO COM MAPREDUCE…

87

RDD: RESILIENT DISTRIBUTED DATASET

Coleção de objetos somente leitura

Particionados através de um conjunto de máquinas

Podem ser reconstruídos caso uma das partições seja perdida

Pode ser reutilizado

Pode ser cacheado em memória

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RDD: RESILIENT DISTRIBUTED DATASET

Lazily evaluated

Proporciona um reuso de dados eficiente

Várias operações para processamento de dados

89

Conjunto de partições (“splits”) +

Lista de dependências de outros RDDs +

Função para computar uma partição, dadas suas dependências

90

INTERFACE DOS RDDS

Transformações

Retorna um novo RDD com a transformação aplicada

Lazy

Podem ser encadeadas

Ações

Executam o DAG de transformações

91

OPERAÇÕES COM RDDS

RDD: EXEMPLOS DE TRANSFORMAÇÕES

map(f : T ⇒ U) : RDD[T] ⇒ RDD[U]

filter(f : T ⇒ Bool) : RDD[T] ⇒ RDD[T]

flatMap(f : T ⇒ Seq[U]) : RDD[T] ⇒ RDD[U]

union() : (RDD[T],RDD[T]) ⇒ RDD[T]

join() : (RDD[(K, V)],RDD[(K, W)]) ⇒ RDD[(K, (V, W))]

groupByKey() : RDD[(K, V)] ⇒ RDD[(K, Seq[V])]

reduceByKey(f : (V,V) ⇒ V) : RDD[(K, V)] ⇒ RDD[(K, V)]

92

count() : RDD[T] ⇒ Long

collect() : RDD[T] ⇒ Seq[T]

reduce(f : (T,T) ⇒ T) : RDD[T] ⇒ T

lookup(k : K) : RDD[(K, V)] ⇒ Seq[V]

93

RDD: EXEMPLOS DE AÇÕES

TESTANDO…

94

BENCHMARK DE ORDENAÇÃO DE PETABYTES

95

SHUFFLE NÃO É OBRIGATÓRIO

Programas não ficam limitados a fases de map e reduce

Shuffle e sort não são mais obrigatórios entre fases

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IO REDUZIDO

Não é necessário IO de disco entre fases, devido ao pipeline de operações

Não há IO de rede a não ser que um shuffle seja necessário

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CACHEAMENTO DE DADOS EM MEMÓRIA

Cache opcional em memória

Engine do DAG pode aplicar otimizações, já que quando uma ação é chamada ele sabe todas as transformações a aplicar

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HANDS ON

99

IMPALA

100

CLOUDERA IMPALA

101

HANDS ON

102

AVANÇANDO…

103

Zoo keeper

YARN / Mesos

Sqoop

Map Reduce Hive Impala

Hue

Cloudera

TABELA PERIÓDICA DO HADOOP

HDFS

Spark

Zoo keeper

YARN / Mesos

Drill Spark SQL Tez

Oozie SqoopMahout Oryx

Map Reduce Hive Impala

H2O Lens Kylin

File Formats Avro,

Parquet, ORC

HBase

PIG

Cloudera Manager Hue Ambari

Cloudera Hortonworks MapR

TABELA PERIÓDICA DO HADOOP

HDFS

Presto

Falcon GiraphSinga Flume Storm Spark Streaming Samza Kafka Hama

Pivotal

Spark

REEF SamoaData Fu Crunch Book keeper Sentry Aurora Myriad Cascading

Phoenix

NETFLIX ANALYTICS PIPELINE

106

NETFLIX VISION

107

LINKEDIN

108

E MAIS UM EXEMPLO…

109

CONCLUSÃO

110

111

PENSE GRANDECOMECE PEQUENO

OBRIGADO!João Paulo

<jsilva@thoughtworks.com>

Ricardo Wendell <rwendell@thoughtworks.com>