基于Hadoop的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理在石油行業(yè)中的研究與實(shí)現(xiàn)

張學(xué)偉

摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，新數(shù)據(jù)的產(chǎn)生以指數(shù)級(jí)的速度增長(zhǎng)，而這大量的數(shù)據(jù)中，又以格式不確定的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)為主。主流的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)很難駕馭非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，本文提出基于Hadoop分布式框架的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理體系。采用HBase數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)處理多格式的大量小文件，利用Lucene檢索引擎設(shè)計(jì)全文檢索策略，并在此基礎(chǔ)上搭建分層體系架構(gòu)。

關(guān)鍵詞：Hadoop；非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；Lucene

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）05-0054-01

1 引言

在油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，積累了大量的信息數(shù)據(jù)，包括辦公文檔、地震數(shù)據(jù)、方案文檔及各種圖件等非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行妥善的存儲(chǔ)和管理，進(jìn)一步挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值對(duì)油田的可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。

2 Hadoop環(huán)境下的文檔存儲(chǔ)技術(shù)

2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)對(duì)比分析

以O(shè)racle為代表的傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)能夠?qū)Y(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行很好的管理，也可以通過(guò)二進(jìn)制大對(duì)象（BLOB）作為容器來(lái)存儲(chǔ)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。Oracle在管理與檢索非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)時(shí)，需要額外的處理能力和內(nèi)存才能獲得與文件系統(tǒng)存儲(chǔ)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)同樣的性能。

由于對(duì)硬件性能的高要求，就使得許多針對(duì)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方案誕生，其中以開(kāi)源的Hadoop分布式計(jì)算框架為代表。

Hadoop采用流式數(shù)據(jù)訪問(wèn)模式，并使用主/從架構(gòu)模式，通過(guò)多數(shù)據(jù)副本保存和分布式處理，保證了Hadoop能夠以可靠、高效、可伸縮的方式存儲(chǔ)處理數(shù)據(jù)。

Hadoop是為存儲(chǔ)大文件設(shè)計(jì)的，在處理大量小文件時(shí)，每個(gè)小文件都以對(duì)象的形式存儲(chǔ)在元數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)內(nèi)存中，大量小文件會(huì)占用大量?jī)?nèi)存，這樣元數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存容量會(huì)嚴(yán)重制約集群的擴(kuò)展；Hadoop以流式訪問(wèn)大量小文件時(shí)，需要頻繁請(qǐng)求數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)以獲取文件，嚴(yán)重影響元數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的IO性能。

HBase是Hadoop中帶有的分布式的、面向列的開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)。使用HBase存儲(chǔ)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，具有系統(tǒng)層小文件打包、全局命名空間等多種優(yōu)勢(shì)。

2.2 Oracle和HBase效率比較

仿照Oracle文檔存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)HBase表行鍵結(jié)構(gòu)，其中以文檔代碼為行鍵，錄入時(shí)間為時(shí)間戳，列簇包括項(xiàng)目名稱(chēng)、文檔名稱(chēng)、最后更改時(shí)間、文檔內(nèi)容、用戶名稱(chēng)等，列簇字段可后期根據(jù)需要添加，保證了表格的擴(kuò)展性。

使用Java語(yǔ)言接口分別連接Hbase數(shù)據(jù)庫(kù)及Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，在相同實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，對(duì)文檔上傳下載效率進(jìn)行測(cè)試。上傳20個(gè)共130M的文檔文件， Oracle耗時(shí)330秒，HBase耗時(shí)19秒；下載同樣大小文檔，Oracle耗時(shí)42秒，HBase耗時(shí)14秒。通過(guò)對(duì)比得知，使用HBase存儲(chǔ)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，文件吞吐效率明顯高于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。

3 全文檢索引擎Lucene

Lucene是一套開(kāi)源的全文搜索框架。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)入庫(kù)前需要先對(duì)文檔進(jìn)行分詞處理，之后Lucene通過(guò)全文掃描，將解析出來(lái)的信息寫(xiě)入索引庫(kù)，主要包括：文件名稱(chēng)、全文本內(nèi)容、文檔時(shí)間、文檔大小、文檔頁(yè)數(shù)等。當(dāng)用戶查詢時(shí)，Lucene根據(jù)建立的索引內(nèi)容進(jìn)行查找，并將索引庫(kù)的匹配內(nèi)容返回，類(lèi)似于字典查字的使用過(guò)程。

4 體系架構(gòu)搭建

以HBase存儲(chǔ)為基礎(chǔ)，結(jié)合Lucene全文檢索引擎設(shè)計(jì)基于Hadoop的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。同時(shí)為保證與企業(yè)現(xiàn)有的管理系統(tǒng)集成，采用三層架構(gòu)，通過(guò)訪問(wèn)接口和功能模塊均能訪問(wèn)底層數(shù)據(jù)。架構(gòu)圖如下圖1所示。

存儲(chǔ)層使用Oracle存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，Hbase存儲(chǔ)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，Lucene存儲(chǔ)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)索引。HBase的行操作遵從事務(wù)處理模式，確保庫(kù)中數(shù)據(jù)的完整性。同時(shí)提供雙機(jī)熱備解決方案，當(dāng)服務(wù)器宕機(jī)時(shí)，其服務(wù)和數(shù)據(jù)可以迅速、完整、無(wú)縫的使用備份服務(wù)器運(yùn)行。

接口層定義了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理接口，方便各模塊調(diào)用，并能為不同系統(tǒng)提供文件數(shù)據(jù)處理、目錄管理、組合查詢、訪問(wèn)控制、站內(nèi)消息等可復(fù)用功能。

按照統(tǒng)一開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)可擴(kuò)展、可復(fù)用的模塊資源中心，提供包括文件上傳、下載、預(yù)覽、刪除等14個(gè)功能模塊，并且各模塊間松耦合，方便不用系統(tǒng)服務(wù)間調(diào)用。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著油田信息化工作的不斷深入，企業(yè)對(duì)不同專(zhuān)業(yè)的綜合應(yīng)用要求也在不斷提高。本文在對(duì)比分析傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)與Hadoop分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)的優(yōu)劣后，提出基于HBase和Lucene的完整數(shù)據(jù)管理體系，實(shí)現(xiàn)文件儲(chǔ)存管理、全庫(kù)智能檢索等核心功能。endprint