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Hadoop是一个能够对大量数据进行分布式处理的软件框架

2014-04-09 / 8356次点击 开发参考
Hadoop是一个能够对大量数据进行分布式处理的软件框架。但是 Hadoop 是以一种可靠、高效、可伸缩的方式进行处理的。
Hadoop 是可靠的,因为它假设计算元素和存储会失败,因此它维护多个工作数据副本,确保能够针对失败的节点重新分布处理。
Hadoop 是高效的,因为它以并行的方式工作,通过并行处理加快处理速度。
Hadoop 还是可伸缩的,能够处理 PB 级数据。
此外,Hadoop 依赖于社区服务,因此它的成本比较低,任何人都可以使用。
Hadoop是一个能够让用户轻松架构和使用的分布式计算平台。用户可以轻松地在Hadoop上开发和运行处理海量数据的应用程序。它主要有以下几个优点:
⒈高可靠性。Hadoop按位存储和处理数据的能力值得人们信赖。
⒉高扩展性。Hadoop是在可用的计算机集簇间分配数据并完成计算任务的,这些集簇可以方便地扩展到数以千计的节点中。
⒊高效性。Hadoop能够在节点之间动态地移动数据,并保证各个节点的动态平衡,因此处理速度非常快。
⒋高容错性。Hadoop能够自动保存数据的多个副本,并且能够自动将失败的任务重新分配。
5.低成本。与一体机、商用数据仓库以及QlikView、Yonghong Z-Suite等数据集市相比,hadoop是开源的,项目的软件成本因此会大大降低。
Hadoop带有用Java语言编写的框架,因此运行在 Linux 生产平台上是非常理想的。Hadoop 上的应用程序也可以使用其他语言编写,比如 C++。
hadoop大数据处理的意义
Hadoop得以在大数据处理应用中广泛应用得益于其自身在数据提取、变形和加载(ETL)方面上的天然优势。Hadoop的分布式架构,将大数据处理引擎尽可能的靠近存储,对例如像ETL这样的批处理操作相对合适,因为类似这样操作的批处理结果可以直接走向存储。Hadoop的MapReduce功能实现了将单个任务打碎,并将碎片任务发送(Map)到多个节点上,之后再以单个数据集的形式加载(Reduce)到数据仓库里。[1]
3架构编辑
Hadoop 集群的简化视图

Hadoop 集群的简化视图
Hadoop 由许多元素构成。其最底部是 Hadoop Distributed File System[3](HDFS),它存储 Hadoop 集群中所有存储节点上的文件。HDFS(对于本文)的上一层是MapReduce 引擎,该引擎由 JobTrackers 和 TaskTrackers 组成。
HDFS
对外部客户机而言,HDFS就像一个传统的分级文件系统。可以创建、删除、移动或重命名文件,等等。但是 HDFS 的架构是基于一组特定的节点构建的(参见图 1),这是由它自身的特点决定的。这些节点包括 NameNode(仅一个),它在 HDFS 内部提供元数据服务;DataNode,它为 HDFS 提供存储块。由于仅存在一个 NameNode,因此这是 HDFS 的一个缺点(单点失败)。
存储在 HDFS 中的文件被分成块,然后将这些块复制到多个计算机中(DataNode)。这与传统的 RAID 架构大不相同。块的大小(通常为 64MB)和复制的块数量在创建文件时由客户机决定。NameNode 可以控制所有文件操作。HDFS 内部的所有通信都基于标准的 TCP/IP 协议。
NameNode
NameNode 是一个通常在 HDFS 实例中的单独机器上运行的软件。它负责管理文件系统名称空间和控制外部客户机的访问。NameNode 决定是否将文件映射到 DataNode 上的复制块上。对于最常见的 3 个复制块,第一个复制块存储在同一机架的不同节点上,最后一个复制块存储在不同机架的某个节点上。注意,这里需要您了解集群架构。
实际的 I/O事务并没有经过 NameNode,只有表示 DataNode 和块的文件映射的元数据经过 NameNode。当外部客户机发送请求要求创建文件时,NameNode 会以块标识和该块的第一个副本的 DataNode IP 地址作为响应。这个 NameNode 还会通知其他将要接收该块的副本的 DataNode。
NameNode 在一个称为 FsImage 的文件中存储所有关于文件系统名称空间的信息。这个文件和一个包含所有事务的记录文件(这里是 EditLog)将存储在 NameNode 的本地文件系统上。FsImage 和 EditLog 文件也需要复制副本,以防文件损坏或 NameNode 系统丢失。
NameNode本身不可避免地具有SPOF(Single Point Of Failure)单点失效的风险,主备模式并不能解决这个问题,通过Hadoop Non-stop namenode才能实现100% uptime可用时间。[4]
DataNode
DataNode 也是一个通常在 HDFS实例中的单独机器上运行的软件。Hadoop 集群包含一个 NameNode 和大量 DataNode。DataNode 通常以机架的形式组织,机架通过一个交换机将所有系统连接起来。Hadoop 的一个假设是:机架内部节点之间的传输速度快于机架间节点的传输速度。
DataNode 响应来自 HDFS 客户机的读写请求。它们还响应来自 NameNode 的创建、删除和复制块的命令。NameNode 依赖来自每个 DataNode 的定期心跳(heartbeat)消息。每条消息都包含一个块报告,NameNode 可以根据这个报告验证块映射和其他文件系统元数据。如果 DataNode 不能发送心跳消息,NameNode 将采取修复措施,重新复制在该节点上丢失的块。
文件操作
可见,HDFS 并不是一个万能的文件系统。它的主要目的是支持以流的形式访问写入的大型文件。
如果客户机想将文件写到 HDFS 上,首先需要将该文件缓存到本地的临时存储。如果缓存的数据大于所需的 HDFS 块大小,创建文件的请求将发送给 NameNode。NameNode 将以 DataNode 标识和目标块响应客户机。
同时也通知将要保存文件块副本的 DataNode。当客户机开始将临时文件发送给第一个 DataNode 时,将立即通过管道方式将块内容转发给副本 DataNode。客户机也负责创建保存在相同 HDFS名称空间中的校验和(checksum)文件。
在最后的文件块发送之后,NameNode 将文件创建提交到它的持久化元数据存储(在 EditLog 和 FsImage 文件)。
Linux 集群
Hadoop 框架可在单一的 Linux 平台上使用(开发和调试时),但是使用存放在机架上的商业服务器才能发挥它的力量。这些机架组成一个 Hadoop 集群。它通过集群拓扑知识决定如何在整个集群中分配作业和文件。Hadoop 假定节点可能失败,因此采用本机方法处理单个计算机甚至所有机架的失败。

Hadoop 的最常见用法之一是 Web 搜索。虽然它不是惟一的软件框架应用程序,但作为一个并行数据处理引擎,它的表现非常突出。Hadoop 最有趣的方面之一是 Map and Reduce 流程,它受到Google开发的启发。这个流程称为创建索引,它将 Web爬行器检索到的文本 Web 页面作为输入,并且将这些页面上的单词的频率报告作为结果。然后可以在整个 Web 搜索过程中使用这个结果从已定义的搜索参数中识别内容。
MapReduce
最简单的 MapReduce应用程序至少包含 3 个部分:一个 Map 函数、一个 Reduce 函数和一个 main 函数。main 函数将作业控制和文件输入/输出结合起来。在这点上,Hadoop 提供了大量的接口和抽象类,从而为 Hadoop应用程序开发人员提供许多工具,可用于调试和性能度量等。
MapReduce 本身就是用于并行处理大数据集的软件框架。MapReduce 的根源是函数性编程中的 map 和 reduce 函数。它由两个可能包含有许多实例(许多 Map 和 Reduce)的操作组成。Map 函数接受一组数据并将其转换为一个键/值对列表,输入域中的每个元素对应一个键/值对。Reduce 函数接受 Map 函数生成的列表,然后根据它们的键(为每个键生成一个键/值对)缩小键/值对列表。
这里提供一个示例,帮助您理解它。假设输入域是 one small step for man,one giant leap for mankind。在这个域上运行 Map 函数将得出以下的键/值对列表:
(one,1) (small,1) (step,1) (for,1) (man,1)
MapReduce 流程的概念流

MapReduce 流程的概念流
(one,1) (giant,1) (leap,1) (for,1) (mankind,1)
如果对这个键/值对列表应用 Reduce 函数,将得到以下一组键/值对:
(one,2) (small,1) (step,1) (for,2) (man,1)(giant,1) (leap,1) (mankind,1)
结果是对输入域中的单词进行计数,这无疑对处理索引十分有用。但是,假
显示处理和存储的物理分布的 Hadoop 集群

显示处理和存储的物理分布的 Hadoop 集群
设有两个输入域,第一个是 one small step for man,第二个是 one giant leap for mankind。您可以在每个域上执行 Map 函数和 Reduce 函数,然后将这两个键/值对列表应用到另一个 Reduce 函数,这时得到与前面一样的结果。换句话说,可以在输入域并行使用相同的操作,得到的结果是一样的,但速度更快。这便是 MapReduce 的威力;它的并行功能可在任意数量的系统上使用。图 2 以区段和迭代的形式演示这种思想。
回到 Hadoop 上,它是如何实现这个功能的?一个代表客户机在单个主系统上启动的 MapReduce应用程序称为 JobTracker。类似于 NameNode,它是 Hadoop 集群中惟一负责控制 MapReduce应用程序的系统。在应用程序提交之后,将提供包含在 HDFS 中的输入和输出目录。JobTracker 使用文件块信息(物理量和位置)确定如何创建其他 TaskTracker 从属任务。MapReduce应用程序被复制到每个出现输入文件块的节点。将为特定节点上的每个文件块创建一个惟一的从属任务。每个 TaskTracker 将状态和完成信息报告给 JobTracker。图 3 显示一个示例集群中的工作分布。
Hadoop 的这个特点非常重要,因为它并没有将存储移动到某个位置以供处理,而是将处理移动到存储。这通过根据集群中的节点数调节处理,因此支持高效的数据处理。
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