MPP架构和分布式架构的区别

前言：对大数据的数据处理需求，当前技术方向上存在两个不同的发展路线，MPP和分布式处理。两者数据处理的基本思路都是一样的，分布式并行处理再合并结果；但由于二者在处理架构上的差异，最终产品在应用需求性能侧重也有所不同。

一、分布式架构和MPP架构分析

两种技术都是通过对大量普通机器的的一同使用，而达到了大数据处理的需求；只是二者在管理任务执行时，对磁盘、内存和CPU的使用方式不同，而造成了最终在应用上的特性差异。

1.1分布式架构分析

从分布式架构路线发展的技术有：Hadoop、Hive、Tez、Spark、Flink等；核心思想基本都是从HDFS+Yarn+MapReduce这套数据处理方案中延展出来的；

分布式处理在技术架构上有什么特点呢？

以MapReduce的技术架构为例，如何使用多台机器节点，做分布式数据处理：

首先是数据存储方面，每个机器都有自己的磁盘，数据可以存储到每个节点的磁盘上，但是对数据和磁盘存在的关系映射缺少管理；传统单机使用Raid(磁盘矩阵)将多块磁盘合成一块，HDFS的设计思想扩展到集群节点的所有磁盘，将所有节点的所有磁盘做了一个类似的大Raid,将所有的存储资源整合到一起管理，数据存储到HDFS时，会使用所有的磁盘资源保障存储数据的安全、稳定和容错；

然后是运行资源这块，yarn使用NodeManger将每个节点运行时资源管理起来，使用ResourceManager统筹所有计算资源，当任务运行时，将内存和CPU资源自定义分配给运行任务；

最后是数据处理任务，MapReduce调用yarn分配的资源，将数据从HDFS上按分片（split）读到内存，按照分配的内存和CPU数量，按照MapReduce的任务分成多个小任务，将Map阶段多个计算任务处理落盘，Reduce再读盘将结果合并，输出分布式计算的最终结果。

MapReduce的数据处理的分布式架构如下：

后续按照分布式数据处理路线发展的技术，就是按照内存磁盘的使用效率、计算逻辑的处理性能以及使用简便性上做的优化，存储上从存储格式、压缩效率上优化；计算上优化内存磁盘的交互，与shuffle的管理；CPU上使用单机线程的计算方式，没有太大区别。

1.2 MPP架构分析

1.2.1 MPP介绍

MPP (Massively Parallel Processing)，意思是大规模并行处理。

这个架构有几个基本特性：

支持数据处理并行执行；
资源私有，每个节点都有独立的磁盘和内存资源；
分布式计算，在私有内存中计算完后，直接写入私有的物理磁盘；
Shared Nothing，每个节点资源都是独立的，不存在分布式架构统筹资源的概念；

MPP的数据处理的架构如下：

总结下来就是，MPP + Shared Nothing的分布式架构；

单节点将磁盘和内存分为多个私有部分，集群将每个节点的内存和磁盘当作私有资源，将CPU资源公用，然后靠CPU并行处理和私有资源处理，加快数据处理速率。

1.2.2 MPP架构发展历史

MPP路线的发展路线：从单机MPP到大数据领域的MPP应用；

单机MPP中间件：最开始PostgreSQL、Teradata部署在单机节点上；将磁盘上的数据集和内存分成多个私有资源，然后通过多CPU核并行计算的方式，加快一个数据集数据的计算速率，最后由控制线程汇聚结果；

集群MPP：后来大数据领域引入了MPP技术思想，并做了架构上的调整，将单机上划分小的数据集和内存，扩大到私有节点独自的磁盘和内存资源；

其中的先驱就是Greenplum，基于PostgreSQL研发了集群版本的MPP；在应用过程中依然有不如意的部分，后续又有多个技术团队，分别基于不同应用需求，研发了如impala、TITB、ClickHouse、Doris、StarRocks等大数据场景的MPP数据库。

二、分布式架构和MPP架构的应用

2.1 数据处理场景有哪些应用需求

大数据全生命周期包括，数据集成，数据处理，数据存储，数据分析，数据展示；对于分布式和MPP，相似的应用需求在数据处理和数据分析；

分布式处理需要经历读数据，处理数据，shuffle落盘，读数据处理，合并前阶段计算，结果数据落盘这五个阶段，大量的落盘读内存和shuffle操作，导致分布式处理的操作在秒级别；

MPP处理，只需要在每个节点将数据读到内存，在内存并行计算后，将计算结果汇总到管理节点，将结果计算汇总输出就行，整个过程从读到处理展示结果可以到亚秒级；

2.2 应用场景分析

从一个任务周期的视角去看，MPP仿佛优于分布式架构的性能；但是从一个任务的生命周期跳出来从架构的视角去看。

分布式每次计算需要大量准备，但是它把资源，磁盘和计算逻辑都单独解耦出来，对于灵活性和可移植性上有天然的优势，可以在分布式架构中做各种MPP架构无法处理自定义存写算的操作。

MPP架构将功能包装到管理进程，能提供什么功能，只有先开发包装再使用；好在是大数据的应用需求场景基本是固定的，所以这种可能，有技术团队可以把90%的功能都集成到MPP数据库管理功能中；解决自定义包装的问题和扩展节点、磁盘存储等突破磁盘存储限制，但是MPP架构在数据处理的时候，本身对CPU和内存的使用方案，导致难以做到分布式弹性的资源隔离，多个并发任务读写操作的时候，同样的节点，分布式处理的稳定性和并行任务处理数优于MPP架构技术产品。