Κλιμακώσιμοι και βασισμένοι στο φόρτο εργασίας αλγόριθμοι διαχείρισης μη δομημένων δεδομένων
Authors: Παπαηλίου Νικόλαος 
Published: September 2021

Ο ρυθμός με τον οποίο τα δεδομένα περιγράφονται, ερωτώνται και ανταλλάσσονται χρησιμοποιώντας μη δομημένες αναπαραστάσεις δεδομένων συνεχώς αυξάνεται. Μια από τις κυριότερες πηγές τέτοιων δεδομένων είναι οι τεχνολογίες Σημασιολογικού Ιστού, οι οποίες χρησιμοποιούν το RDF μοντέλο για την αναπαράσταση των δεδομένων του παγκόσμιου ιστού. Η μεγάλη αύξηση των διαθέσιμων RDF δεδομένων επιβάλει την εύρεση αποδοτικών και κλιμακώσιμων λύσεων για την διαχείρισή τους. Σε αυτή την διατριβή χρησιμοποιούμε κατανεμημένες μεθόδους διαχείρισης των RDF δεδομένων, οι οποίες μπορούν να κλιμακώσουν σε απεριόριστα μεγάλο αριθμό δεδομένων. Παρουσιάζουμε το H2RDF+, μια πλήρως κατανεμημένη βάση αποθήκευσης RDF δεδομένων, η οποία συνδυάζει το πλαίσιο επεξεργασίας του MapReduce με μια κατανεμημένη NoSQL βάση. Δημιουργώντας 6 διαφορετικά ευρετήρια δεδομένων με HBASE πίνακες, το H2RDF μπορεί να επεξεργαστεί σύνθετα ερωτήματα με κλιμακώσιμο τρόπο κάνοντας προσαρμοστικές αποφάσεις για την σειρά και τον τρόπο εκτέλεσης των συνενώσεων. Οι συνενώσεις εκτελούνται κατανεμημένα ή κεντρικά, σε έναν υπολογιστή, ανάλογα με το κόστος τους. Επιπλέον, παρουσιάζουμε ένα καινοτόμο σύστημα που στοχεύει στην προσαρμοστική και βασισμένη στα ερωτήματα που εκτελούνται, δεικτοδότηση RDF γράφων με τη χρήση μιας κρυφής μνήμης για αποτελέσματα SPARQL ερωτημάτων. Στην καρδιά του συστήματος βρίσκεται ένας αλγόριθμος που παράγει κανονικοποιημένες ετικέτες για SPARQL ερωτήματα και χρησιμοποιείται για την μονοσήμαντη δεικτοδότηση και αναφορά σε SPARQL υπογράφους, αντιμετωπίζοντας το πρόβλημα των ισομορφικών γράφων. Ένας αλγόριθμος δυναμικού προγραμματισμού χρησιμοποιείται για την εύρεση του βέλτιστου πλάνου εκτέλεσης των ερωτημάτων, εξετάζοντας την αξιοποίηση τόσο των βασικών RDF ευρετηρίων καθώς και των προσωρινά αποθηκευμένων αποτελεσμάτων SPARQL ερωτημάτων. Με την παρακολούθηση των αιτημάτων στην κρυφή μνήμη, το σύστημά μας είναι σε θέση να προσδιορίσει και να τοποθετήσει στην κρυφή μνήμη ερωτήματα που, αν και δεν έχουν ζητηθεί, μπορούν να μειώσουν τους χρόνους εκτέλεσης των ερωτημάτων των χρηστών. Η προτεινόμενη κρυφή μνήμη είναι επεκτάσιμη, επιτρέποντας την ενσωμάτωσή της σε πολλαπλές RDF βάσεις δεδομένων.Μια ακόμα πηγή συνεχώς αυξανόμενης ποσότητας δεδομένων είναι και η κίνηση δεδομένων στο Internet. Αυτό γίνεται περισσότερο εμφανές σε κόμβους ουδέτερης διασύνδεσης (IXPs) από τους οποίους πλέον διέρχονται έως και Terabytes δεδομένων ανά ώρα. Για την αποδοτική διαχείριση και επεξεργασία τέτοιων δεδομένων παρουσιάζουμε το Datix, ένα πλήρως κατανεμημένο, ανοιχτού κώδικα σύστημα ανάλυσης δεδομένων κίνησης δικτύων. Το Datix βασίζεται σε τεχνικές έξυπνης κατανομής των δεδομένων, οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την υποστήριξη γρήγορων συνενώσεων και αποδοτικών λειτουργιών επιλογής δεδομένων. Σαν αποτέλεσμα, το Datix πετυχαίνει να εκτελεί σε λίγα λεπτά ερωτήματα που απαιτούσαν έως και μέρες χρησιμοποιώντας τις υπάρχουσες τεχνολογίες κεντρικής επεξεργασίας. Επίσης παρουσιάζει έως και 70% μείωση χρόνου εκτέλεσης σε σχέση με αντίστοιχες δημοφιλείς πλατφόρμες κατανεμημένης επεξεργασίας, όπως το Hive και το Shark.