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常用网站建设技术有哪些,重庆网站优化指导,老山做网站的公司,wordpress 做app分销在科技创新深度融入国家战略需求、关键核心技术亟待突破的时代浪潮中#xff0c;第十九届 “挑战杯” 全国大学生课外学术科技作品竞赛 “揭榜挂帅” 擂台赛#xff0c;正成为汇聚高校科研力量、直击行业痛点、催生创新成果的核心平台。作为国内大学生科创领域的顶级赛事第十九届 “挑战杯” 全国大学生课外学术科技作品竞赛 “揭榜挂帅” 擂台赛正成为汇聚高校科研力量、直击行业痛点、催生创新成果的核心平台。作为国内大学生科创领域的顶级赛事本届 “挑战杯” 规模再创新高吸引了全国 2700 余所高校的 300 余万名青年学子踊跃参与赛事覆盖之广、参与热情之高彰显了当代大学生投身科研、服务国家的青春担当。清华大学共选送6个主体赛项目和53个“揭榜挂帅”专项赛项目参加本届“挑战杯”竞赛终审决赛。其中清华大学软件学院王建民老师的学生团队获得“揭榜挂帅”专项赛“新一代信息技术领域“《面向地球系统科学的海量网格类数据的分布式文件系统设计》榜题擂台赛擂主奖全国第一名。王建民老师团队长期深耕时序数据管理领域主导研发国产化时序数据库 IoTDB积累了扎实的技术储备。此次他们精准对接地球系统科学研究中的实际痛点创新性地将数据库技术与分布式文件系统相结合打造出 IoTDB-FS 系统为海量网格类数据存储与高效访问提供了全新解决方案。带着对青年一代如何扎根实际需求、攻克技术难关、践行科研使命的深层好奇清华大学软件学院老师徐昊走进学院实验室与本次 “揭榜挂帅” 擂台赛擂主团队核心成员 —— 在读博士生张洪胤、在读硕士生林欣涛展开深度对话一同探寻他们从瞄准行业痛点到登顶全国赛事的科创之路解锁青年科研者 “用积累破难题、用创新赴使命” 的成长密码。一、团队故事与项目缘起徐昊本届 “挑战杯”“揭榜挂帅” 擂台赛汇集了多个行业的技术难题咱们团队为何选中气象领域提出的 “海量网格类数据分布式文件系统设计” 这一课题张洪胤选择这个赛题主要有两方面的考虑其一是团队长期以来在相关领域有一定技术储备。无论是时序数据的管理与存储还是气象数据应用场景团队都有一定的认知基础。其二是团队也在探索运用数据库技术实现分布式文件系统希望针对一个真实问题进行尝试进一步拓展数据库技术的应用场景。徐昊能否为我们详细解读一下这个赛题的核心诉求和行业背景张洪胤该赛题希望解决地球系统科学领域的海量网格类数据的管理难题。在地球系统科学领域随着地面、雷达、卫星等观测技术快速发展高性能计算能力持续增强全球大气、海洋、陆地、冰冻、生物等多圈层的监测和预报的分辨率不断提升网格类数据的空间分辨率达到公里级时间分辨率达到小时级单个文件达到10GB单数据中心在线存储量已超100PB且持续不断增长。而对于网格类数据在数据存储上其一般采用分布式文件系统基于文件系统内的元数据定位到文件物理位置。数据格式上一般采用国际通用的 GRIB 等自描述格式将多要素、多层次的数十个到上百个网格场压缩到一个文件中。在数据访问上用户一次只使用部分场或是一个场的部分。此类数据格式配套提供相应的数据处理开发包基于自描述信息提供对局部数据块的网格场抽取、空间裁剪等方法支持用户访问、解析和使用数据。随着文件数量以及单个文件体量的快速增长对地球系统科学领域网格类数据的使用效率也逐步下降这已成为地球系统科学研究和应用领域卡脖子的瓶颈问题为此就有必要去设计并实现一套面向地球系统科学领域的海量网格类数据的分布式文件系统。徐昊听起来这个赛题的难度不小其中有哪些难啃的 “硬骨头”张洪胤有三个难点。第一个难点在于我本身是软件工程专业出身需要先补上一整块“跨学科的功课”一方面要系统学习并理解地球系统科学领域是如何使用网格类数据的另一方面也要弄清楚这类数据本身有哪些特征和规律。只有在真正吃透数据的结构和特点之后我们才能谈得上把这种数据格式“存好”“管好”。第二个难点在于我们在设计并实现一套定制化的分布式文件系统时并不希望它“造出来就没人用”——如果和现有生态不兼容、使用门槛太高大家上手就会很困难。所以我们面临的核心问题就是一方面要尽可能兼容主流文件系统的使用方式和操作习惯让用户几乎“不用改用法”就能迁移另一方面还要在此基础上为用户提供更高效的数据访问能力。第三个难点在于保障系统的性能和可靠性。我们需要让这套定制化的文件系统在高并发场景下仍然能够稳定、高效地响应用户对网格类数据的存储和查询需求同时还要具备较好的高可用性真正做到数据不丢失、不损坏。徐昊从项目启动到最终夺冠整个过程经历了哪些关键阶段有没有让两位印象深刻的 “攻坚时刻”林欣涛整个项目历程大致可以划分为五个阶段赛题理解、技术选型、原型攻关、工程化打磨以及答辩冲刺。6 月份在王建民老师、黄向东老师、龙明盛老师的带领下我们系统梳理并深入理解了气象业务场景基于对业务需求的全面把握初步锁定了以国产化时序数据库 IoTDB 为技术底座、叠加定制化分布式文件系统的总体技术路线。7 月初我们围绕 GRIB 文件格式、FUSE 等文件系统相关技术开展了较为深入的调研和比选最终确定采用与 IoTDB 深度融合的“基于数据库技术实现文件系统”方案。7 月底至 8 月中旬代码开发进入高强度迭代阶段我们先后完成了首版 GRIB 文件的读写能力和 FUSE 挂载功能并在此基础上逐步打通了从 GRIB 写入、索引构建到网格数据读取的全链路流程使系统整体技术路径逐渐成形。初赛前夕我们完成了在国产麒麟操作系统环境下的系统部署与性能测试验证了在国产软硬件平台上的可用性与稳定性。进入 10 月我们重点扩展了在 macOS 平台上的展示方案补充完成了与 FTP、MySQL 等系统的对比实验并于 10 月 27 日顺利完成终审答辩最终成功夺得擂主实现了从方案构想到系统落地再到赛场验证的完整闭环。张洪胤最难忘的一次攻坚是在适配国产软硬件平台的时候。我们希望文件系统能稳定运行在国产操作系统上但在麒麟环境下各类驱动和内核版本的适配问题接连出现。那段时间我们一边查资料、一边向老师和社区请教反复调试最终在初赛前完成了麒麟系统上的稳定编译和运行让这套分布式文件系统真正跑在了国产操作系统平台上。二、技术创新破解行业痛点的核心密码徐昊这个项目的技术专业性很强对于没有相关背景的人来说可能难以理解。能否用通俗的语言解释一下 “基于数据库技术实现分布式文件系统” 的核心原理张洪胤如果说传统文件系统是“存文件的仓库”数据库比较像是“存结构化数据信息的档案室”那么我们的 IoTDB-FS 就像是把仓库和档案室打通让系统既能理解文件的组织结构同时也能理解文件内的每一个网格场。我们把网格数据与其本身内部结构的索引存入数据库通过多级索引实现按需访问。用户想取部分数据时不再需要读取整个数据块而是可以根据我们构建的索引去直接定义到文件内的某一个网格场数据从而返回精准的切片。徐昊本次能够拿下擂主项目的核心技术突破点有哪些张洪胤主要有三方面其一是设计并实现树表双模型的元数据让一个数据项能够同时具备文件语义和数据库语义其二是为时序数据库IoTDB增加 Object 数据类型实现大文件的快速高可用存储其三是设计并实现两级索引结构实现文件快速定位文件内高效寻址。徐昊我看我们这一次的获奖方案名叫 “IoTDB-FS”IoTDB 是前缀是不是说明方案是在 IoTDB 基础上扩展的为什么选择 IoTDB 而不是其他数据库作为技术底座张洪胤IoTDB 是我们认为非常符合该应用场景的数据库。作为一个开源、高性能的时序数据库管理系统它专门面向物联网、大数据等场景设计支持海量时序数据的高效写入、存储和查询。Apache IoTDB 采用Apache 2.0 许可证开源拥有活跃的开源社区和不断发展的生态体系。Apache IoTDB 在架构设计上支持分布式部署通过多节点协同工作实现数据的横向扩展和高可用设计支持多种共识协议确保多副本环境下的数据的一致性和可靠性。更重要的是我们熟悉 IoTDB 的底层机制能够在其生态上实现高度工程化、可落地的创新。徐昊对比传统分布式文件系统、通用数据库这些同类技术IoTDB-FS 的核心竞争力体现在哪里有没有具体测试数据支撑张洪胤其一IoTDB-FS 不仅仅提供文件系统的访问方式还支持地球系统科学领域常见的时空穿透查询用户可以通过API访问的方式跨文件提取目标数据。其二IoTDB-FS具有非常好的可扩展性得益于核心组件 FUSE 以及 IoTDB 的生态其可以与其他大数据生态软件高效适配。其三IoTDB-FS 相较于 FTP 方式以及其他基于关系型数据库的实现方式具有数量级级别的性能提升。徐昊如果面对更大规模的网格数据目前的技术架构能支撑吗需要做哪些调整张洪胤主要是需要扩展底层的 IoTDB 集群的节点数量以及实际使用的机器数量。由于 IoTDB 支持原生分布式因此当前技术架构具有较好的可扩展性。三、科创感悟从 “揭榜” 到 “夺冠” 的成长与沉淀徐昊回顾整个项目历程有哪些成功经验和避坑教训想分享林欣涛我认为本次项目的成功经验主要体现在两个方面。第一我们始终从真实的产业问题出发开展实践。团队紧紧围绕海量 GRIB 文件管理过程中的核心痛点例如局部访问速度较慢、元数据不可见等问题反向推导技术路线和系统架构设计。从数据的组织方式、索引机制设计到底层存储布局优化各个环节都围绕“提升用户使用体验、支撑大规模业务应用”这一目标进行取舍与权衡确保系统从一开始就面向真实生产场景具备较强的工程可落地性并能够在实际业务环境中经受住检验。第二我们选择在成熟基础之上做创新站在“巨人的肩膀上”向前走。我们选用了已经经过十余年打磨并在空、天、地、海等多个领域获得广泛应用的时序数据库 IoTDB 作为技术基座在继承其高可用、高吞吐写入、高压缩存储以及复杂查询优化等成熟能力的基础上结合气象网格数据的特性进行了有针对性的二次结构设计和功能创新使 IoTDB 从一款通用时序数据库自然演进为能够支撑网格类数据高效存储管理与访问的专业数据文件系统技术底座。至于教训我觉得我们在前期确实低估了系统工程实现的复杂度。项目初期团队几乎将主要精力全部投入到核心功能代码的实现上留给不同环境下的适配、系统性能调优以及文档撰写的时间相对不足导致中后期在面对多平台支持和材料准备时节奏偏紧。这也提醒我们在后续类似项目中需要更加前置地规划工程实现、环境适配和文档工作的时间分配把整个系统工程作为一个整体去统筹安排。张洪胤我补充一点教训。即团队对于系统级工程的复杂度以及工作量有所低估前期时间几乎都在核心代码编写上留给环境适配、性能调优以及文档优化的时间偏少。徐昊对于想参加科创竞赛尤其是 “揭榜挂帅” 类赛道的学弟学妹你们有什么具体建议张洪胤第一选问题要选真问题一方面自己要对问题本身有足够的了解另一方面这个问题要具有一定的现实意义第二团队组建要注意互补包括产品设计、技术实现、文档撰写以及PPT制作能够彼此支撑第三要及时和指导老师沟通和交流老师们能够为我们的方案以及实现提供非常专业的指导有助于提升我们的作品第四一定要提前安排好各项工作的时间线避免截止日期临近特别紧张。最后不要怕遇到困难正所谓“宝剑锋自砥砺出梅花香自苦寒来”要敢于直面和解决真问题。徐昊用一个词或一句话形容这次 “挑战杯” 参赛经历会是什么张洪胤“破圈成长”。一方面之前没有想到博士的阶段还会去参加揭榜挂帅这样的工作参与地球系统科学领域相关的软件开发把论文写到祖国大地上另一方面首次尝试运用数据库技术构建分布式文件系统对我而言是一个全新的尝试。林欣涛我认为这次参赛经历是一段真刀真枪去解决真实的产业难题的经历。我们完整走通从问题洞察到方案落地全流程的实践过程让我们切身体会到科研工作的价值就在于直面真问题、解决真问题。我觉得这次经历是非常宝贵的。徐昊从实验室的反复打磨到赛场的脱颖而出IoTDB-FS 不仅破解了真实场景的网格数据存储难题更展现了当代大学生的科研担当与创新精神。感谢张洪胤、林欣涛同学的分享也期待这个项目能在更多行业落地生根创造更大价值赛事背景“挑战杯” 全国大学生课外学术科技作品竞赛创办于 1989 年是由共青团中央、中国科协、教育部、中国社会科学院、全国学联和地方政府共同主办的全国性大学生科技创新赛事被誉为当代大学生科技创新的 “奥林匹克” 盛会也是衡量高校人才培养质量和科技创新实力的重要标志之一。赛事始终以 “崇尚科学、追求真知、勤奋学习、锐意创新、迎接挑战” 为宗旨聚焦国家战略和社会需求为青年学子搭建了展示科创才华、实现成果转化、服务国家发展的重要平台。第十九届 “挑战杯” 全国大学生课外学术科技作品竞赛在竞赛架构上分为主体赛和 “揭榜挂帅” 专项赛两大板块。主体赛涵盖机械与控制、信息技术、数理、生命科学、能源化工、经济、政治、文化、社会、生态文明建设等十个学科门类鼓励学生围绕各领域基础研究和应用研究开展创新实践“揭榜挂帅” 专项赛则创新性地采用 “企业出题、高校揭榜、现场擂台” 的模式聚焦新一代信息技术、高端装备制造、新材料、新能源等关键核心技术领域的实际痛点由行业龙头企业、科研院所等发布真实技术需求高校团队针对性开展攻关旨在打通产学研用协同创新链条推动青年创新成果与产业需求精准对接。本届赛事规模再创新高共有来自全国 2700 多所高校的超过 300 万名大学生报名参赛提交作品数量突破百万件参赛覆盖面和参与热情均创历史纪录。清华大学在本届赛事中表现尤为突出共斩获主体赛特等奖 5 项、一等奖 1 项在 “揭榜挂帅” 专项赛中更是一举拿下擂主全国第一名4 项、特等奖 7 项最终以全国第一的成绩第八次捧起 “挑战杯”继续保持该赛事创办以来夺冠次数最多的纪录彰显了清华在培养拔尖创新人才、服务国家科技创新战略方面的深厚底蕴和卓越实力。关于我们数据派THU作为数据科学类公众号背靠清华大学大数据研究中心分享前沿数据科学与大数据技术创新研究动态、持续传播数据科学知识努力建设数据人才聚集平台、打造中国大数据最强集团军。新浪微博数据派THU微信视频号数据派THU今日头条数据派THU