El documento detalla un taller sobre NoSQL y Cassandra, cubriendo conceptos fundamentales, arquitectura, modelado de datos y administración. Se exploran las ventajas de NoSQL sobre RDBMS, la estructura de datos, y técnicas de consulta usando CQL. Se incluyen prácticas para la instalación y manipulación de nodos, así como herramientas para monitoreo y rendimiento de Cassandra.

1. Octubre 2014

2. José Alvarez Muguerza
Big Data Architect
jose.muguerza@globant.com
@jamuguerza josealvarezmuguerza josealvarezmuguerza

3. Modalidad
Workshop (Teórico / Práctico)
Google
Q&A
muchos Bookmarks !!
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irc

4. NoSql

5. Agenda
➢ NoSql
- Conceptos
- Alternativas
➢ Cassandra
- Historia
- Arquitectura
- Escritura / Lectura
- Conceptos
- Herramientas
- CQL
- Modelado de Datos
- Administración y Rendimiento
- Drivers
- Buenas Prácticas
Objetivo???

6. NoSQL: qué es?
Database
No Relacional
Distribuída
Open Source
Escala horizontalmente

7. NoSQL: Escalando en RDBMS
decremento de
performance
al escalar
consistencia y performance deseada
Database Query
Performance
Escalabilidad
Mayor
atención en
Sharding,
Cache,
SPoF….

8. NoSQL: Data Model en RDBMS
Modelo de Datos
<k, V>

9. NoSQL: Modelo Agregado en RDBMS
Modelo Agregado
< i,< <ki,Vi>,<ki,Vi>,<ki,Vi> >>

10. NoSQL: ACID en RDBMS
Atomicity
Consistency
Isolation
Durability
Basic Availability
Soft-state
Eventual consistency

11. NoSql: CAP Theorem
R+W>N.
R+W=N+1

12. NoSql: CAP Theorem

13. NoSql: Ventajas sobre RDMS
Polyglot Persistence
➢ Esquema dinámico
➢ Diseñados para escalar (linear)
➢ Performance escalable
➢ Simplicidad de uso
Impedance Mismatch

14. NoSql: Database landscape

15. NoSql: Tipos - Clave valor
Riak
Redis
MemcachedDB
Amz DynamoDB
Voldemort
Berkeley
RDBMS K,V
Ej: RIAK
DB Instance Riak Cluster
table bucket
row key,value
row id key
DynamoDB open source

16. NoSql: Tipos - Documentos
MongoDB
CouchDB
Terrastore
RavenDB
RDBMS Documentos
Ej: Mongo
DB Instance Mongo Instance
Schema Database
Table Collection
Row Document
Row id _id

17. NoSql: Tipos - Columnar
Cassandra
HBase
Hypertable
Amz SimpleDB
RDBMS Columnar
Ej: Cassandra
DB Instance Ring / Cluster
Database Keyspace
Table Column Family
Row Row
Column (# fijo) Column (# variable)

18. NoSql: Tipos - Grafos
Neo4j
Infinite Graph
OrientDB
“A Graph —records data in→ Nodes —which have→ Properties”
fmi: http://en.wikipedia.org/wiki/Graph_database

19. Apache
Cassandra

20. C*: Origen

21. C*: Proyecto Cassandra
Escalabilidad
Performance
Disponibilidad
Simplicidad

22. Cassandra: Arquitectura - Ring
A
B
C
D
E
F
G
Cassandra
ring

23. Cassandra: Arquitectura - Ring MultiDatacenter

24. Cassandra: Arquitectura - Schema

25. C*: Escritura

26. C*: Compaction
➢ Fusiona varias SSTables en 1
➢ Elimina los “descartados”
➢ Optimiza disco
➢ Proceso pesado
➢ automático o manual
nodetool compact

27. C*: Lectura

28. C*: Lectura - cache

29. C*: repair
➢ Repara discrepancias
➢ CL QUORUM & ALL
➢ DELETES, nulls y restaurado de nodos
➢ Proceso pesado
➢ automático o manual
nodetool repair

30. C*: R/W en cluster
CONSISTENCY LEVEL
ALL= ACK de todos los nodos
QUORUM = > 51% de los nodos
LOCAL_QUORUM = > 51% en mi DC
ONE = ACK de 1 nodo
Eventual / Strong consistency for dummies: Aquí!!!

31. C*: Los Tokens
0
25
75
50
Generador de Tokens
ON-LINE HERE !!!

32. C*: Partitiones
➢ ByteOrderedPartitioner
➢ RandomPartitioner
➢ Murmur3Partitioner

33. C*: Virtual Nodes

34. C*: Snitches DataStax Doco!
SimpleSnitch
DynamicSnitch
PropertyFileSnitch
RackInferingSnitch

35. C*: Snitches para AWS

36. Cassandra: Snitches para AWS

37. C*: Snitches para AWS
EC2Snitch
EC2MultiRegionSnitch

38. C*: Quienes lo usan? casos de Usos

39. Ejercicios
Instalación

40. Ejercicios
Conociendo los Keyspaces

41. C*: Tools - cassadra-cli
//Adding data to the Column families
set Accounts['1234']['balance'] = long(1000);
//Reading the columns
[default@Bank] get Accounts [utf8('1234')];
=> (column=62616c616e6365, value=1000,
timestamp=1389652586026000)
=> (column=6e616d65, value=John,
timestamp=1389652425044000)
Returned 2 results.
//Drop CF
drop column family Accounts;
//connect to a cluster
connect 127.0.0.1/9160;
//Creating the database
create keyspace Bank;
//Using the Database
use Bank;
//Creating a CF
create column family Accounts;
//Making Cassandra aware of the data type
assume Accounts keys as utf8;
//Adding data to the Column families
set Accounts['1234']['name'] = 'Jose';
Deprecado !!!

42. Ejercicios
Múltiples nodos en local

43. C*: Tools - nodetool
[cassandra-home]/bin/nodetool
~/tools/apache-cassandra-2.0.8/tools/bin$ ./nodetool -h 192.168.1.104 status
argumentos CLICK
Datacenter: datacenter1
=======================
Status=Up/Down
|/ State=Normal/Leaving/Joining/Moving
-- Address Load Tokens Owns (effective) Host ID Rack
UJ 192.168.2.104 29.19 KB 256 ? d82a7a31-591f-4ffd-998f-1557b6b95510 rack1
UN 192.168.2.101 84.66 KB 256 70.7% e3677182-3860-49c8-992e-6cc9019eab2f rack1
UN 192.168.2.103 71.46 KB 256 61.2% 82b84eb1-0830-45b5-8968-c1a263c3e66a rack1
UN 192.168.2.102 55.26 KB 256 68.2% 0f9a1f05-085d-4591-9edd-85174aa55458 rack1
HERE !!!

44. ClusterSSH
cssh

45. ClusterSSH
$ vi .csshrc
clusters = node1 node2 node3 node4 ring
node1 = jose@192.168.2.101
node2 = jose@192.168.2.102
node3 = jose@192.168.2.103
node4 = jose@192.168.2.104
ring = node1 node2 node3 node4
$ cssh ring

46. Cassandra:
CQL
CREATE TABLE usuarios (
usuario varchar,
clave varchar,
nombre varchar,
token varchar,
sexo varchar,
nacimiento bigint,
PRIMARY KEY (usuario));

47. C*: CQL
CREATE TABLE eventos (
tipo text,
fecha timestamp,
evento blob,
PRIMARY KEY (tipo, fecha)
)
WITH CLUSTERING ORDER BY (fecha DESC);
partition key
DDL

48. C*: CQL
DML
SELECT * FROM system.schema_keyspaces;

49. Cassandra: CQL
Data Types

50. C*: Colecciones
➢ List
➢ Set
➢ Map
CREATE TABLE colecciones (
id int PRIMARY KEY,
ejemplo_list list<text>,
ejemplo_set set<text>,
ejemplo_map map<int,text>)

51. C*: Colecciones - List
Respeta orden de inserción!!!
ejemplo_list list<text>
Nombre de Colección Tipo de Colección Tipo CQL de los
elementos

52. C*: Colecciones - Set
orden en base a Comparator !!
ejemplo_set set<text>
Nombre de Colección Tipo de Colección Tipo CQL de los
elementos

53. C*: Colecciones - Map
orden en base a Comparator !!
ejemplo_map map<int,text>
Nombre de Colección Tipo de Colección Tipo CQL de los
elementos

54. C*: Colecciones - List - Ejemplos
INSERT INTO colecciones (id, ejemplo_list)
VALUES (1, ['juan', 'pedro']);
UPDATE colecciones SET ejemplo_list = ejemplo_list + ['luis']
WHERE id = 1);
UPDATE colecciones SET ejemplo_list = ['mario'] + ejemplo_list
WHERE id = 1);
id ejemplo_list
1 [ 'mario', 'juan', 'pedro', 'luis']
UPDATE colecciones SET ejemplo_list = ejemplo_list - ['pedro']
WHERE id = 1);

55. C*: Colecciones - Set - Ejemplos
INSERT INTO colecciones (id, ejemplo_set)
VALUES (1, {'juan', 'pedro'});
UPDATE colecciones SET ejemplo_set = ejemplo_set + {'luis'}
WHERE id = 1);
UPDATE colecciones SET ejemplo_set = ['mario'] + ejemplo_set
WHERE id = 1);
id ejemplo_map
1 [ 'juan', 'luis', 'mario', 'pedro',]
UPDATE colecciones SET ejemplo_set = ejemplo_set - {'pedro'}
WHERE id = 1);
llaves!!

56. C*: Colecciones - Map - Ejemplos
INSERT INTO colecciones (id, ejemplo_map)
VALUES (1, {1:'juan', 2:'pedro'});
UPDATE colecciones SET ejemplo_map[7] = 'luis'
WHERE id = 1);
id ejemplo_map
1 [ 1 :'juan' , 2 :pedro' , 7 :'luis' ]
DELETE ejemplo_map[7] FROM colecciones WHERE id = 1);

57. C*: TTL
INSERT INTO usuarios (usuario, clave)
segundos!!
VALUES ('juan001', '123abc') USING TTL 86400
1 día 5 días
UPDATE usuarios USING TTL 432000 SET clave = '678xzy'
WHERE usuario = 'juan001';
SELECT clave, TTL(clave) from usuarios WHERE usuario = 'juan001';

58. C*: Counters
CREATE TABLE websites.visitas
(visitas counter,
url varchar,
pagina varchar,
PRIMARY KEY (url, pagina)
);
UPDATE websites.visitas
+1
0
-3
➢ tabla dedicada a contadores
➢ No soporta Index ni delete
➢ Tampoco TTL ni TIMESTAMPS
➢ No puede ser KEY
➢ Sólo por in/de-crementos, no
se puede setear
➢ No reutilizables
SET visitas = visitas + 2
WHERE url='www.planetcassandra.org' AND pagina='home';

59. C*: Timestamps
Cell
NAME
‘Edad'
VALUE
65
TIMESTAMP
1357866010549000
public interface Cell extends
OnDiskAtom {
…
public CellName More name();
public ByteBuffer More value();
public long More timestamp()
…
microsegundos!!! } INSERT INTO usuarios (usuario, clave)
VALUES ('juan001', '123abc') USING TIMESTAMP 1357866010549000

60. Ejercicios
Prácticas CQL

61. C*: Tools - DevCenter
http://www.datastax.com/download#dl-devcenter

62. Data Model

63. C*: Principios en Modelado
➢ Pensar en Entidades y en Consultas
➢ “write many, read one”
➢ Des-normalizar, datos duplicados, JOIN
➢ Wide-rows: múltiples columnas
➢ Timeseries
➢ Iterativo
➢ Partition-keys compuestas

64. Administración
&
Rendimiento

65. C*: Autenticación
cassandra.yaml
authenticator: AllowAllAuthenticator|PasswordAuthenticator
CREATE USER 'jose' WITH PASSWORD '123456' SUPERMANAGER;
ALTER USER 'cassandra' WITH PASSWORD 'nueva_pass';
ó
DROP USER 'cassandra';

66. C*: Autorización
cassandra.yaml
authority: AllowAllAuthority|CassandraAuthorizer
GRANT select ON tabla1 TO 'jose';
LIST ALL PERMISSIONS ON keyspace1.tabla1 OF 'jose'
GRANT LIST
REVOK
E

67. C*: Tools - JMX
Métricas

68. C*: Tools - JMX
org.apache.cassandra.db:
cache, table metric, commitlog, compaction, cluster info,
org.apache.cassandra.internal:
operaciones internas del server: cache, gossip, flush, hinted off
org.apache.cassandra.metrics
métricas internas de las operaciones arriba mencionadas, latencias
org.apache.cassandra.net
En relación a transmisión de datos en la red, fallas, origen->destino, etc
org.apache.cassandra.request
reads, blocked tasks, pools, etc

69. C*: manipulando nodos
- Retirar un nodo
- Re-insertar un nodo
(seeds)
- Agregar un nuevo nodo
<< auto_bootstrap >>
A
B
C
D
E
F
G
Cassandra
ring
nodetool decommission
nodetool repair

70. C*: Backups
snapshots
nodetool snapshot [snapshotName]
nodetool clearsnapshot [snapshotName]

71. Ejercicios
Rendimiento

72. C*: Tools - tracing en CQL
TRACING ON;
INSERT INTO empleados
(ID, departamento, nombre, apellido)
VALUES (104, 15, 'juan', 'perez');

73. C*: Tools - cassandra-stress
[cassandra-home]/tools/bin/cassandra-stress
~/tools/apache-cassandra-2.0.8/tools/bin$ ./cassandra-stress
Created keyspaces. Sleeping 1s for propagation.
total,interval_op_rate,interval_key_rate,latency,95th,99.9th,elapsed_time
22623,2262,2262,7.4,32.5,793.8,10
87791,6516,6516,2.3,15.8,528.3,20
183523,9573,9573,1.6,11.7,212.0,30
argumentos CLICK
HERE !!!
99% por debajo de esta latencia
95% por debajo de esta latencia
latencia promedio x operación en este intervalo
# de keys manipuladas en este intervalo
# de operaciones en este intervalo (10 seg por defecto)
# de operaciones desde que inició el test
tiempo desde que se inició el test

74. C*: Tools - OpsCenter
http://www.datastax.com/documentation/opscenter/5.0/opsc/about_c.html

75. C*: Tools - cstar_perf
Stress tests en múltiples clusters
Diferentes versiones / branches de C*
Diferentes yaml por cluster
https://github.com/datastax/cstar_perf
http://datastax.github.io/cstar_perf/

76. Drivers

77. C*: Clientes
Java
PHP
Perl
Ruby
C++
Python
CQL
Node.js .Net Clojure
Scala Erlang
https://wiki.apache.org/cassandra/ClientOptions

78. Ejercicios
C* + Java

79. Buenas Prácticas
Hardware
➢ CPU con Múltiples cores
➢ Mínimo 2 HD (SSTables y commitLog separados)
➢ Net: Gossip y Data por dif interfases
Software
➢ Usarlo bajo ‘nix -
➢ Updates no “Leer antes de Escribir” -
➢ Evitar SuperColumns -
➢ usar Murmur3Partitioner -
➢ Oracle JVM (no otra) -
➢ Usar secuencia de baja, no Ctrl+C -
➢ Backups
➢ Monitorear

80. C*: Conceptos
Anillo (Ring o Cluster)
Keyspace
Column Family (Table)
Primary Key
Partition Key
Memtable
SSTable
CommitLog
Counter
TTL
Snappy
ESTRUCTURA

81. C*: Conceptos (cont.)
Compaction
Coordinator
Flushing
Replication Factor
Consistency Level
Quorum
Read Repair
Token
CQL
Seq I/O vs Random I/O
Snitch
Bootstrap
Hinted handoff
Gossip
CAPACIDADES

82. C*: Principales Fuentes de Doc
http://www.datastax.com/documentation/cassandra/2.1/
http://planetcassandra.org/documentation/
Blogs
google