hadoop 2.x简单介绍

hadoop

Hadoop是什么?Hadoop是一个开发和运行处理大规模数据的软件平台,是Appach的一个用java语言实现开源软件框架,实现在大量计算机组成的集群中对海量数据进行分布式计算.

大数据的四个特征:

海量的数据规模,多样的数据类型,快速的数据流转,数据价值的体现。

hadoop2x的核心模块

Hadoop Comon:

为其他Hadoop模块提供基础设施

Hadoop HDFS

一个高可靠,高吞吐量的分布式文件系统

Hadoop MapReduce:

一个分布式的离线并行计算框架

Hadoop YARN:

一个新的MapReduce框架,任务调度与资源管理

HDFS

Hadoop的设计思想受到Google公司的GFS设计思想的启示,基于一种开源的理念实现的分布式分布式文件系统。HDFS的设计基础与目标如下。

1)硬件错误(Hardware Failure)是常态,因而需要数据冗余技术。

2)流失数据访问(Streaming Data Access),即数据批量读取而非随机读写,Hadoop擅长做数据分析而不是事务处理。

3)大规模数据集(Large Data Sets)

4)简单一致性模型(Simple Coherency Model),即为了降低系统复杂度,对文件采用一次性写多次读的逻辑设计,也就是文件一经写入,关闭,就再不要修改。

5)“Moving Computation is Cheaper than Moving Data”,通俗理解,程序采用“数据就近”原则分配节点执行。

6)Portability Across Heterogeneous Hardware and Software Platforms,即有着很强的可扩展性。

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HDFS体系结构

HDFS体系结构如图1所示,它采用主从结构,Namenode属于主段,Datanode属于从端。

Namenode

1)管理文件系统的命名空间。

2)记录 每个文件数据快在各个Datanode上的位置和副本信息。

3)协调客户端对文件的访问。

4)记录命名空间内的改动或者空间本省属性的改动。

5)Namenode 使用事务日志记录HDFS元数据的变化。使用映像文件存储文件系统的命名空间,包括文件映射,文件属性等。

从社会学来看,Namenode是HDFS里面的管理者,发挥者管理、协调、操控的作用。

Datanode

1)负责所在物理节点的存储管理。

2)一次写入,多次读取(不修改)。

3)文件由数据库组成,一般情况下,数据块的大小为64MB。

4)数据尽量散步到各个节点。

从社会学的角度来看,Datanode是HDFS的工作者,发挥按着Namenode的命令干活,并且把干活的进展和问题反馈到Namenode的作用。

客户端如何访问HDFS中一个文件呢?具体流程如下。

1)首先从Namenode获得组成这个文件的数据块位置列表。

2)接下来根据位置列表知道存储数据块的Datanode。

3)最后访问Datanode获取数据。

注意:Namenode并不参与数据实际传输。

数据存储系统,数据存储的可靠性至关重要。HDFS是如何保证其可靠性呢?它主要采用如下机理。

1)冗余副本策略,即所有数据都有副本,副本的数目可以在hdfs-site.xml中设置相应的复制因子。

2)机架策略,即HDFS的“机架感知”,一般在本机架存放一个副本,在其它机架再存放别的副本,这样可以防止机架失效时丢失数据,也可以提供带宽利用率。

3)心跳机制,即Namenode周期性从Datanode接受心跳信号和快报告,没有按时发送心跳的Datanode会被标记为宕机,不会再给任何I/O请求,若是Datanode失效造成副本数量下降,并且低于预先设置的阈值,Namenode会检测出这些数据块,并在合适的时机进行重新复制。

4)安全模式,Namenode启动时会先经过一个“安全模式”阶段。

5)校验和,客户端获取数据通过检查校验和,发现数据块是否损坏,从而确定是否要读取副本。

6)回收站,删除文件,会先到回收站/trash,其里面文件可以快速回复。

7)元数据保护,映像文件和事务日志是Namenode的核心数据,可以配置为拥有多个副本。

8)快照,支持存储某个时间点的映像,需要时可以使数据重返这个时间点的状态。

Mapreduce

是一个计算框架,既然是做计算的框架,那么表现形式就是有个输入(input),mapreduce操作这个输入(input),通过本身定义好的计算模型,得到一个输出(output),这个输出就是我们所需要的结果。

MapReduce将计算过程分为两个阶段:Map和Reduce Map阶段并行处理输入数据,Reduce阶段对Map结果进行汇总。

Shuffle链接Map和Reduce两个阶段: Map Task将数据写到本地磁盘,Reduce Task从每个Map Task上读取一份数据

仅适合离线批处理:具有良好的容错性和扩展性,适合简单的批处理任务

缺点明显: 启动开销大,过多使用磁盘导致效率低下等

YARN

YARN是资源管理系统,理论上支持多种资源,目前支持CPU和内存两种资源

YARN产生背景
    直接源于MRv1在几个方面的缺陷
            扩展性受限
            单点故障
            难以支持MR之外的计算
    多计算框架各自为战,数据共享困难
            MR:离线计算框架
            Storm:实时计算框架
            Spark:内存计算框架
YARN设计目标
    通用的统一资源管理系统
        同时运行长应用程序和短应用程序
    长应用程序
        通常情况下,永不停止运行的程序
        Service、HTTP Server等
    短应用程序
        短时间(秒级、分钟级、小时级)内会运行结束的程序
        MR job、Spark Job等

YARN基本架构

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ResourceManager
整个集群只有一个,负责集群资源的统一管理和调度
详细功能
        处理客户端请求
        启动/监控ApplicationMaster
        监控NodeManager
        资源分配与调度
NodeManager
整个集群有多个,负责单节点资源管理和使用
详细功能
        单个节点上的资源管理和任务管理
        处理来自ResourceManager的命令
        处理来自ApplicationMaster的命令
ApplicationMaster
每个应用有一个,负责应用程序的管理
详细功能
        数据切分
        为应用程序申请资源,并进一步分配给内部任务
        任务监控与容错
Container
对任务运行环境的抽象
描述一系列信息
        任务运行资源(节点、内存、CPU)
        任务启动命令
        任务运行环境
YARN运行过程
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YARN容错性
ResourceManager
        存在单点故障;
        正在基于 ZooKeeper实现HA。
NodeManager
        失败后,RM将失败任务告诉对应的AM;
        AM决定如何处理失败的任务。
ApplicationMaster
        失败后,由RM负责重启;
        AM需处理内部任务的容错问题;
        RMAppMaster会保存已经运行完成的Task,重启后无需重新运行。
YARN调度框架
    双层调度框架
        RM将资源分配给AM
        AM将资源进一步分配给各个Task
    基于资源预留的调度策略
        资源不够时,会为Task预留,直到资源充足
        与“all or nothing”策略不同(Apache Mesos)
YARN资源调度器
    多类型资源调度
        采用DRF算法(论文:“Dominant Resource Fairness: Fair Allocation of Multiple Resource Types”)
         目前支持CPU和内存两种资源
    提供多种资源调度器
        FIFO
        Fair Scheduler
        Capacity Scheduler
    多租户资源调度器
        支持资源按比例分配
        支持层级队列划分方式
        支持资源抢占

YARN资源隔离方案
    支持内存和CPU两种资源隔离
        内存是一种“决定生死”的资源
        CPU是一种“影响快慢”的资源
    内存隔离
        基于线程监控的方案
        基于Cgroups的方案
    CPU隔离
        默认不对CPU资源进行隔离
        基于Cgroups的方案
YARN支持的调度语义
    支持的语义
        请求某个特定节点/机架上的特定资源量
        将某些节点加入(或移除)黑名单,不再为自己分配这些节点上的资源
        请求归还某些资源
    不支持的语义
        请求任意节点/机架上的特定资源量
        请求一组或几组符合某种特质的资源
        超细粒度资源
        动态调整Container资源

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