Partitionnement dans les systèmes de gestion de données parallèles

Abstract

During the last years, the volume of data that is captured and generated has exploded. Advances in computer technologies, which provide cheap storage and increased computing capabilities, have allowed organizations to perform complex analysis on this data and to extract valuable knowledge from it. This trend has been very important not only for industry, but has also had a significant impact on science, where enhanced instruments and more complex simulations call for an efficient management of huge quantities of data.Parallel computing is a fundamental technique in the management of large quantities of data as it leverages on the concurrent utilization of multiple computing resources. To take advantage of parallel computing, we need efficient data partitioning techniques which are in charge of dividing the whole data and assigning the partitions to the processing nodes. Data partitioning is a complex problem, as it has to consider different and often contradicting issues, such as data locality, load balancing and maximizing parallelism.In this thesis, we study the problem of data partitioning, particularly in scientific parallel databases that are continuously growing and in the MapReduce framework.In the case of scientific databases, we consider data partitioning in very large databases in which new data is appended continuously to the database, e.g. astronomical applications. Existing approaches are limited since the complexity of the workload and continuous appends restrict the applicability of traditional approaches. We propose two partitioning algorithms that dynamically partition new data elements by a technique based on data affinity. Our algorithms enable us to obtain very good data partitions in a low execution time compared to traditional approaches.We also study how to improve the performance of MapReduce framework using data partitioning techniques. In particular, we are interested in efficient data partitioning of the input datasets to reduce the amount of data that has to be transferred in the shuffle phase. We design and implement a strategy which, by capturing the relationships between input tuples and intermediate keys, obtains an efficient partitioning that can be used to reduce significantly the MapReduce's communication overhead.Au cours des dernières années, le volume des données qui sont capturées et générées a explosé. Les progrès des technologies informatiques, qui fournissent du stockage à bas prix et une très forte puissance de calcul, ont permis aux organisations d'exécuter des analyses complexes de leurs données et d'en extraire des connaissances précieuses. Cette tendance a été très importante non seulement pour l'industrie, mais a également pour la science, où les meilleures instruments et les simulations les plus complexes ont besoin d'une gestion efficace des quantités énormes de données.Le parallélisme est une technique fondamentale dans la gestion de données extrêmement volumineuses car il tire parti de l'utilisation simultanée de plusieurs ressources informatiques. Pour profiter du calcul parallèle, nous avons besoin de techniques de partitionnement de données efficaces, qui sont en charge de la division de l'ensemble des données en plusieurs partitions et leur attribution aux nœuds de calculs. Le partitionnement de données est un problème complexe, car il doit prendre en compte des questions différentes et souvent contradictoires telles que la localité des données, la répartition de charge et la maximisation du parallélisme.Dans cette thèse, nous étudions le problème de partitionnement de données, en particulier dans les bases de données parallèles scientifiques qui sont continuellement en croissance. Nous étudions également ces partitionnements dans le cadre MapReduce.Dans le premier cas, nous considérons le partitionnement de très grandes bases de données dans lesquelles des nouveaux éléments sont ajoutés en permanence, avec pour exemple une application aux données astronomiques. Les approches existantes sont limitées à cause de la complexité de la charge de travail et l'ajout en continu de nouvelles données limitent l'utilisation d'approches traditionnelles. Nous proposons deux algorithmes de partitionnement dynamique qui attribuent les nouvelles données aux partitions en utilisant une technique basée sur l'affinité. Nos algorithmes permettent d'obtenir de très bons partitionnements des données en un temps d'exécution réduit comparé aux approches traditionnelles.Nous étudions également comment améliorer la performance du framework MapReduce en utilisant des techniques de partitionnement de données. En particulier, nous sommes intéressés par le partitionnement efficient de données d'entré