SQL Server 使いのための Azure Synapse Analytics - Spark 入門
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Japan SQL Server Users Group - 第35回 SQL Server 2019勉強会 - Azure Synapese Analytics - SQL Pool 入門 のセッション資料です。 Spark の位置づけ。Synapse の中での入門編の使い方。そして、Synapse ならではの価値について触れてます。
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- 1. 畠山 大有 | Daiyu Hatakeyama | @dahatake Architect && Software Engineer && Applied Data Scientist Microsoft Japan SQL Server 使いのための Azure Synapse Analytics Spark 入門
- 3. HDFS 分散ファイルシステム“HDFS” (Hadoop Distributed File System) 複数のコンピューターを束ねて、 一つの仮想的なファイルシステムを提供 Hadoop クラスタに属する全ての ノードが同じ名前空間を共有 各ファイルは 64 MB ~ 256 MB 程度の ブロックに分割されて、複数ノードに分散 ブロックサイズが大きいのは、 シーケンシャルアクセスに特化している ため 各断片は最低 3 ノードに複製され、 ノード障害への耐性を持つ 一つのファイルの複数の部分を、複数の コンピューターで同時に処理することで、 処理を高速化することができる 断片 1 断片 2 断片 3 断片 4 断片 1 断片 2 断片 3 断片 4 ファイル 1 断片 1 断片 2 断片 3 断片 4 ファイル 4 断片 1 断片 2 断片 3 断片 4
- 4. 分散プログラミングモデル “MapReduce” 2013-08-26 23:59:03 W3SVC1 192.168.0.1 GET /… 2013-08-26 23:59:05 W3SVC1 192.168.0.1 GET /… 2013-08-26 23:59:25 W3SVC1 192.168.0.1 GET /… 2013-08-27 00:01:02 W3SVC1 192.168.0.1 GET /… 2013-08-27 00:02:04 W3SVC1 192.168.0.1 GET /… 名前は一見難しげですが、実際には単純です （だからこそスケーラビリティがあります） 例えば右のような Web のアクセスログがあるとして、 伝統的なテキスト処理ツールによる集計はこのようなものですが、 $ grep /Login.aspx access_log | sort | uniq –c > output.txt 対象ファイルの全行を頭から舐めて 何らかの処理をする（この場合は検索） 中間結果を集計の ためにソートする ソートされたデータを 数え上げて結果を得る MapReduce はこういった処理をクラスター上で並列分散実行する仕組みです Map Reduce
- 5. SQL Query Data Frame Unresolved Logical Plan Logical Plan Optimized Logical Plan Selected Physical Plan RDDsPhysical Plans CostModel Catalog Analysis Logical Optimization Physical Planning Code Generation Catalyst 分散処理 オプティマイザー インメモリ
- 7. 項目 2013 年の記録 Hadoop Spark 100 TB (2014年) Spark 1 PB (2014年) データ サイズ 102.5TB 100 TB 1 PB (≒1000 TB) 処理時間 72 分 23 分 234 分 ノード数 2100 206 190 コア数 50,400 6,592 6,080
- 9. 9 Standalone Scheduler YARN Mesos Spark SQL Spark Streaming MLlib GraphX PythonSQLR Scala Java
- 10. • 外部のデータベース、構造化ファイル、 Hive テーブル等、様々なデータソースにク エリを実行することができる • SQL と HiveQL の両方が使える • Python, Scala and Java からも実行できる • Spark structured streaming もサポート を オプティマイザとして採用
- 11. Spark での ETL Query の例 Read Table 1 Read Table 2 Join Filter Write
- 12. • カラムストア 圧縮 スキーマ Col. A Col. B a1 ... ak ak+1 ... an b1 ... bk bk+1 ... bn a1 ... ak b1 ... bk ak+1 ... an bk+1 ... bn Row group 1 Row group 2 Column chunk A1 Column chunk B1 Column chunk A2 Column chunk B2 Col. chunk A1 Col. chunk B1 Col. chunk A2 Col. chunk B2 Footer Header Data Header Data Page ... Row group 1 Col. chunk A1: 0, 1000 Col. chunk B1: 1000, 500 Row group 2 Col. chunk A2: 1500, 2000 Col. chunk B2: 3500, 500 ... 論理構造 物理構造
- 14. Metric Result Comment Serialized size Parquet is 20-40% smaller than Bond Columnar format -> better compression Serialization throughput Parquet is 3-6x faster than Bond Cheaper compression codec Deserialization throughput Parquet is 1.5-3x faster than Bond Cheaper string encoding (UTF-8 vs UTF-16) Query throughput: point lookup Parquet is 4x faster than Bond Most columns are not deserialized Query throughput: Scrubbing Parquet is 4x faster than Bond Most columns are not deserialized Query throughput: LogsToMetrics Parquet is 1.5x faster than Bond Better deserialization throughput Query throughput: SecurityWorkflow Parquet is as fast as Bond Data format is not a bottleneck
- 15. Group By が Avro より 2.6倍程度 高速 全件スキャンで、Avro より 2倍以上高速 ファイルサイズが Avro より 25% 小さい。圧縮していないCSVより も 82%小さい
- 16. https://delta.io
- 17. delta dataframe.write .format("parquet") .partitionBy(“date") .save("/path/to/parquet") CREATE TABLE events ( date DATE, eventId STRING, eventType STRING) USING parquet OPTIONS (path = ‘/path/to/parquet' ) PARTITIONED BY (date) CREATE TABLE events_delta USING delta LOCATION ‘/path/to/delta' dataframe.write .format(“delta") .partitionBy(“date") .save("/path/to/delta")
- 18. Delta
- 20. • Apache Spark 2.4 • Linux Foundation Delta Lake 0.4 support • .Net Core 3.0 support • Python 3.6 + Anaconda support • 他の Azure Synapse services との連携 • セキュリティとログイン • メタデータ • プロビジョニング • nteract ベースの notebooks • 高速な SQL pools へのデータロード • よくある利用シナリオ • データ準備 / Data Engineering / ETL • Spark ML / Azure ML integration • 効果的なリソースの使用 • 迅速に開始 • オートスケール。最小3 node • 自動一時停止 • 様々なプログラミング言語のサポート • .Net (C#), PySpark, Scala, Spark SQL, Java
- 21. SQL Server Synapse Spark Pool ファイル形式 独自バイナリー : mdf,ndf,ldf Parquet など ファイルの場所 ファイルとして指定 HDFS: 実際には Azure Data Lake Storage Gen 2 スケールアップ コンピューターのスペックアップ コンピューターのスペックアップ スケールアウト (Option) SQL Server Big Data Cluster Apache Hadoop YARN クエリエンジン SQL Engine Spark Engine 実行計画 内部管理: Cost base Optimizer Spark ベース: Spark 実行プラン クエリ実行 SQL Engine 内部処理 Executor による Scala - Java ベースの実行 機械学習 SQL Server Machine Learning service – R / Python SparkML グラフクエリ SQL Graph GraphX 管理ツール SQL Server Management Studio | Azure Data Studio Spark UI 開発言語 ODBC/OLEDB/JDBC など各種ライブラ リーから多くの開発言語に対応 Python / R / Spark SQL / Scala / Java / .NET
- 22. Spark Instance VM – 001 Node Agent Hive Metastore YARN RM - 01 Zookeeper - 01 Livy - 01 VM – 002 Node Agent YARN RM - 02 Zookeeper - 02 VM – 003 Node Agent YARN NM - 03 Zookeeper - 03 VM – 004 Node Agent YARN NM - 04 Subnet VM – 005 Node Agent Synapse Cluster Service (Control Plane) Heartbeat sequence Azure Resource Provider Create VMs with Specialized VHD Provision Resources Heartbeats Create Cluster YARN NM - 02 YARN NM - 01 Spark Executors Spark Executors Spark Executors Spark Executors
- 23. Synapse Service Job Service Frontend Spark API Controller … Gateway Resource Provider DB Synapse Studio AAD Auth Service Instance Creation Service DB Azure Job Service Backend Spark Plugin DB … Spark Instance VM VM VM VM VM VM
- 24. デフォルト設定 必須項目
- 25. component versions, auto-pause PyPi (pip freeze) のファイルフォー マット。 一般的には requirements.txt
- 26. In the Portal Specify the new requirements while creating Spark Pool in Additional Settings blade
- 27. PIP requirements file standard
- 30. Collect Data ファイルの読み取り SQL Databases へのクエ リ Web Services 呼び出し Web Pages のスクレイ プ Prepare Data データの探索 データの妥当性検証 データのクリーンアップ データの特徴理解 Train Model 学習用データセット作成 実験環境 学習の評価 学習状況の可視化 Evaluate Model モデルのテスト モデルの比較 モデルの妥当性検証 評価状況の可視化 Deploy Model モデルのエクスポー ト ジョブの準備 コンテナのデプロイ 再パッケージング Notebook (Synapse Spark) 実行可能なもの: - Python code - R code - SQL queries - Shell commands
- 34. コード か テキスト の追加 コード もしくは テキストの 削除 順番の変更
- 36. Magic Command 説明 %%pyspark Python %%spark Scala %%sql Spark SQL %%csharp Spark.NET C# %%time セルの実行時間 %%capture stdout, stderror %%writefile セルの内容をファイルに出力 Cell の Magic Command セル単位で実行環境を設定する 最初の行に記載する必要があり いずれも Spark 環境での動作
- 41. 保存 (publishing) 出力 (ダウンロード .ipynb ファイル )
- 43. SQL Pool の table を DataFrame に直接読み込める
- 49. 2 Analytics runtimes SQL Common data estate Shared meta data Unified experience Synapse Studio Store Azure Data Lake Storage Gen2 Power BI Azure Machine Learning クラウド デー タ SaaS データ オンプレミス データ デバイス デー タ
- 51. …これらを試してみる • Spark で事前処理 • 複雑な CSV の読み込みに Polybase ではなく、COPY コマンドを試して みる
- 55. Analytics Runtimes SQL serverless SQL Runtime 共有クラスター 自動スケール 共有ストレージ SQL pool SQL Runtime プロビジョン クラ スター 現在、手動スケールの み 共有 ストレー ジ 専用 ストレージクラスター × N 個を作成可能 クラスター × N 個を作成可能 Spark pool Spark Runtime プロビジョン クラ スター 自動/手動スケール 共有ストレージ データ統合機能 パイプライン/データ フロー Azure Data Lake Storage Gen2 ※現在、Spark pool から SQL Analytics にメタデータ共有可能なのは、Parquet ファイル形式のマネージドテーブル/外部テーブルで、SQL pool への共有は Synapse Studio 開発/監視/管理
- 57. • リソース状況認識型タスクスケジューラーによる 高い同時実行性 • 交換理性:自己チューニング型のワークロード マネジメント：キャパシティ プランニング, アクセス制御, リソース ガバナンス Azure Storage Synapse SQL query service Power BI Azure Data Studio SSMS Read and write data files Sync table definitions Synapse Spark pool
- 58. Spark Table 作成 # ADLS からファイルを読み込む df = spark.read.load('abfss://wwi- 02@asadatalakedahatake.dfs.core.windows.net/sale- small/Year=2019/Quarter=Q1/Month=1/Day=20190101/sale-small-20190101- snappy.parquet', format='parquet') display(df.limit(10)) # Spark Table に保存 df.write.mode("overwrite").saveAsTable("default.salessmall") # クエリ実行 df = spark.sql("SELECT * FROM default.salessmall") df.show(10)
- 59. val jdbcUsername = "<SQL DB ADMIN USER>" val jdbcPwd = "<SQL DB ADMIN PWD>" val jdbcHostname = "servername.database.windows.net” val jdbcPort = 1433 val jdbcDatabase ="<AZURE SQL DB NAME>“ val jdbc_url = s"jdbc:sqlserver://${jdbcHostname}:${jdbcPort};database =${jdbcDatabase};encrypt=true;trustServerCertificate=fa lse;hostNameInCertificate=*.database.windows.net;loginT imeout=60;“ val connectionProperties = new Properties() connectionProperties.put("user", s"${jdbcUsername}") connectionProperties.put("password", s"${jdbcPwd}") val sqlTableDf = spark.read.jdbc(jdbc_url, “dbo.Tbl1", connectionProperties) // Construct a Spark DataFrame from SQL Pool table var df = spark.read.sqlanalytics("sql1.dbo.Tbl1") // Write the Spark DataFrame into SQL Pool table df.write.sqlanalytics(“sql1.dbo.Tbl2”) 従来型 Synapse での Scala %%spark val df = spark.read.sqlanalytics("sql1.dbo.Tbl1") df.createOrReplaceTempView("tbl1") %%pyspark sample = spark.sql("SELECT * FROM tbl1") sample.createOrReplaceTempView("tblnew") %%spark val df = spark.sql("SELECT * FROM tblnew") df.write.sqlanalytics(“sql1.dbo.tbl2", Constants.INTERNAL) Synapse での Python
- 61. 取り込み、加工、可視化の原則は 変わらない Store Transform QueryIngest Azure Data Lake Storage Gen2 SQL Pool SQL serverless クラウド デー タ SaaS データ オンプレミス データ デバイス デー タ Power BI Azure Machine Learning
- 63. だけ 嫌い 結果 視野を 広げて
- 65. Step-by-Step Achievements スムーズな学習環境 無料 日本語対応 ブラウザーのみでOK ハンズオン環境も含めて ダウンロード可能なサンプ ルコード Product/Service, 技術レベル, job role, などに応じたガイダ ンス Video, チュートリアル, ハンズ オン スキルアップを促す ユーザー プロファイ ル毎に カスタマイズ www.microsoft.com/learn