第十三章 大数据Hadoop原理应用

13.1 HDFS原理及应用 13.2 MapReduce与Yarn原理及应用

13.1 HDFS原理及应用

分而治之简单介绍

Hadoop(5.x版本比较好)。批转流计算(批量积攒一段时间数据，然后流式处理)

内存寻址(纳秒级)比IO寻址(磁盘毫秒级)快10万倍，差6个0
固态硬盘IO一般 500mb/s, 机械硬盘 几百mb/s. IO是瓶颈

问题：1T文件如何在内存50mb的单机上排序存储文件？

1 Hash Mod三列到200个小文件中(每个文件50mb)。然后每个小文件放到内存排序
2 每个文件之间内部有序，外部无序。每个文件设置一个变量，200个变量中依次取数比较放入新文件(归并排序思想)

HDFS

用来分治的分布式文件系统。
更好的支持分布式计算，目录树结构

HDFS整体介绍，我的笔记都来源于此：储存模型，架构设计，持久化，读写流程等很全面

应用

1 基础设施
安装hadoop，java jdk
下载ssh(可远程登录管理)
	可在A服务器下输入B服务器账号密码，然后在A服务器下操作B服务器
ssh设免秘钥
设host IP地址映射，关闭防火墙，不同系统之间时间同步
设置主机名称 HOSTNAME=node1
设置IP

2 部署配置
	1 hadoop配置，创建文件夹并解压
	2 vi/etc/profile配置环境变量
		export JAVA_HOME=...
		export HADOOP_HOME=...
		export PATH=$PATH:$JAVA_HOME/bin:$HADOOP_HOME/bin:$HADOOP_HOME/sbin(hadoop有两个bin)
	3 source/etc/profile(加载配置文件)
	4 配置hadoop角色
		a cd $HADOOP_HOME/etc/hadoop
		b vi hadoop_env.sh -> export JAVA_HOME=/user/java/default
		(跨系统取不到对方JAVA_HOME,也就无法运行代码，直接再这里本地暴露自己JAVA_HOME)
		c vi core-site.xml 定义NameNode在哪里 如hdfs:node1:9000 (ip:port)
		d vi halfs-site.xml 配置副本数量，NameNode数据和DataNode数据放哪个目录。HA模式下，配置JournalNode。非HA模式下，配置SSN在这里
		e vi slaves 配置DataNode在哪里启动
	5 初始化启动
		格式化数据，基本仅一次。
		-start-dfs.sh 读取我们配置文件并启动

HA模式

高可用，多个NameNode，主备切换

多个NN如何数据同步？-- 哎又是Zookeeper啊
	1 树节点强锁(临时节点)
	2 事件机制-> watch监控 callback回调
	3 临时节点
多台NN分Active状态和StandBy状态。Active对外服务。增加JournalNode角色(大于3台)负责同步NN editlog(最终一致)。增加Zookeeper(与NN同台)负责NN主从选举和切换，DN同时向NN们回报block清单。
HA中无SNN角色(一段时间)，由StandBy代替(实时的)

集群
	应用搭建：HA依赖ZK，搭建ZK集群。修改hadoop配置文件并集群同步

	初始化启动
		1 启动JournalNode
		2 选一个NN格式化，仅一次
		3 启动这个NN以备另一台同步
		4 另一台机器中:hdfs namenode_bootstrapStandby 同步
		5 格式化ZK，仅一次
		6 start_dfs.sh启动
	
	使用

权限

hdfs是一个文件系统，类似unix，linux
有用户权限概念，有超级用户概念
权限hdfs来自namenode自己控制
默认hdfs依赖操作系统上用户和组

HDFS API

windows下
	环境变量配置HADOOP_USER_NAME
	maven加入依赖

	eclipse下
		配置类Resource下有core-site.xml/hdfs-site.xml

		public Configuartion conf = new Configuration(true)//调用配置类信息
		public FileSystem fs = FileSystem.get(conf);
		Path dir = new Path("xxx");
		if(fs.exists(dir)){
			fs.delete(dir,true);
		}
		fk.mkdirs(dir);
		fs = FileSystem.get(URL.create("xxx"),conf,"user") // 拿文件，user为用户

	上传文件
		BufferInputStream input = new ~(xxx.txt);
		Path outfile = new Path(xxx);
		FSDataOutputStream output = fc.create(outfile);
		IOUtils.copyBytes(input,output,conf,true);

	下载文件
		Path file = new ~;
		FileStatus fss = fs.getFileStatus(file);
		BlockLocation [] blks = fc.getFileBlockLocations(fss,0,fss.getLen()); //0偏移量，fss.getLen()返回fss所有block数据
		for(BlockLocation b:bks){
			System.out.println(b);
		}

	  	FSDataInputStream in = fs.open(file);
	  	in.seek(123456);//根据偏移量只读自己需要的数据，同时数据从距离近的DataNode上读

13.2 MapReduce与Yarn原理及应用

Map：映射 ，变换，过滤。 1进n出
Reduce：分解，缩小，归纳
key value：key划分数据分组(group),group不可拆分

data经过map到中间数据集，经过reduce最终result集

简单流程图

一个切片约为一个block块。block为物理切分，split切片为逻辑切分。加入逻辑切分用来解耦
map并行数量由切片决定，只有map部分1对1，一个切片对应一个map。
reduce并行度由人决定

详细流程图

	序号1 切片会格式化出记录，以记录为单位调用map方法
	序号2 map输出kv映射(kv参与分区计算，拿k计算出 kvp (partition分区号))放入内存中
		  map任务输出是一个文件，保存在本地系统中
	序号3 在内存中分区有序的排序，减少后面排序压力。
	序号4 当内存写满则批量数据写入磁盘，并进行二次排序，分区内有序。批量是为了减少操作系统上下文开销
	序号5 reduce归并排序和reduce方法计算同时发生，尽量减少IO开销
		  有批量计算中非常好的迭代器模式支持

具体Map_Reduce例子

总结

HDFS
	储存模型：切块；散列->分治 
	目的：分布式计算
	实现：角色NN,DN
	重点：读写流程

MapReduce
	计算模型(批量计算)
		2阶段
			map：单条记录加工处理
			reduce：多条记录加工处理
		实现
			JobTracker (做决策) 
			TaskTracker
			Client

角色实现具体流程

Client：会根据每次计算数据查询NameNode元数据block计算出切片，做出规划得到切片清单。最后真正数据放哪还是JobTracker决策
JobTracker: 
	1 启动后从HDFS中读取split切片清单
	2 根据自己收到的TaskTracker(有心跳)回报资源，最终确定每一个切片对应的map去哪个节点(确定最终清单)
	3 TaskTracker心跳时取回分配给自己任务信心执行
TaskTracker (在DataNode下)
	1 心跳取到任务
	2 从HDFS下载jar.xml等到本机
	3 最终启动任务描述中的map和reduce任务

代码从某一个节点启动，通过客户端上传初步决策，JobTracker最终决策，TaskTracker下载执行计算

问题

JobTracker
	1 单点故障
	2 压力过大
	3 集成资源管理任务调度，未来新计算框架不能复用资源管理(互相不能感知，资源争抢，如2个隔离JobTracker就无法调度)

Yarn诞生了，解决了所有这些问题

Yarn

跳过一大段复杂具体细节，直接简单总结

	每个节点都有一个Application Master(有资源调度能力，但是没有资源管理能力)。
	Resource Manager选出一个Application Master帮他分析用哪个container执行
	然后RM来具体要求container从HDFS下载jar.xml并启动map reduce任务

Resource Manager是主节点，NodeManager从节点，NodeManager包含Container和Application master
TaskTracker类似container，JobTracker类似Application master，然后Resource Manager统顾所有

Resource Manager主从则需要用Zookeeper。Yarn会RM进程中加入HA，Zookeeper自动连接不用再配置

Yarn和HDFS互相独立不冲突。

Yarn搭建

mapred-site.xml配置yarn，表示要用yarn而不是单机
yarn-site.xml配置
	nodemanager
	mapreduce_shuffle
	配置ResourceManager设成true，Zookeeper，集群id和集群物理映射
start-yarn.sh启动yarn

测试wordcount(cd到mapreduce目录下)
	jar hadoop xx.jar wordcount 输入path 输出path

Eclipse下

写代码表面类似单机运行，底层分布式运行
resource下配置mapred-site.xml/yarn-site.xml

~WordCount~{
	Configuration conf = new Configuration(true);
	Job job = Job.getInstance(conf);
	job.setJarByClass(WordCount.class);
	
	//输入文件路径 job.setInputPath();
	//输出文件路径 job.setOutputPath();
	Path infile = new Path(~由参数动态写入) //现在使用方法
	TestInputFormat.addInputPath(job.infile);
	Path outfile = new Path(~由参数动态写入) 
	TestInputFormat.addOutputPath(job.outfile);

	job.setMapperClass(mapper.class);//map逻辑
	job.setMapOutputKeyClass(Text.class); //告诉map key是什么类型
	job.setReduceClass(reduce.class);//reduce逻辑

	job.waitForCompletion(true);
}

实现map.class和reduce.class逻辑
public class mapper extends Mapper<Object,Text,Text,IntWritable>{
	//hadoop有一套自己的序列化，反序列化
	//也可以自己开发序列化，反序列化
	private Text word = new Text();
	public void map(Object key, Text value,Context context){
		//Object key每一行字符串第一个字节面向源文件的偏移量
		//Text value真正字符串
		//写入map业务逻辑，通过前面具体Map_Reduce例子笔记图
	}
}

public class reduce extends Reducer~{
	~
	~reduce~{
		//写入reduce业务逻辑，通过前面具体Map_Reduce例子笔记图
	}
}