Hadoop简介和体系架构

2．1 Hadoop简介

自从大数据的概念被提出后，出现了很多相关技术，其中对大数据发展最有影响力的就是开源分布式计算平台Hadoop，它就像软件发展史上的Window、Linux、Java一样，它的出现给接下来的大数据技术发展带来了巨大的影响。很多知名公司都加入Hadoop相关项目的开发中，如Facebook、Yahoo等，围绕大数据Hadoop技术产生了一系列大数据的相关技术

如 Spark、Hive、HCatalog、HBase、Zookeeper、Oozie、Pig和Sqoop等，这些项目组成 了大数据技术的开源生态圈，开源的Hadoop项目极大的促进了大数据技术在很多行业的应用发展

本章将详细介绍hadoop的由来和相关项目，最新的hadoop2.0的体系架构，以及在学习hadoop前，必须掌握的技术基础（Java语言和编程、关系型数据库、Linux操作系统等）

2．1．1 Hadoop由来

Hadoop起源于Google的三大论文：

GFS：Google的分布式文件系统Google File System

MapReduce：Google的MapReduce开源分布式并行计算框架

BigTable：一个大型的分布式数据库

演变关系

GFS—->HDFS

Google MapReduce—->Hadoop MapReduce

BigTable—->HBase

2．1．2 Hadoop发展历程

2．1．3 Hadoop生态系统

图中涉及的技术名词解释如下：

1、Sqoop：Sqoop是一款开源的工具，主要用于在Hadoop、Hive与传统的数据库(MySql)间进行数据的传递，可以将一个关系型数据库（例如 ：MySQL，Oracle 等）中的数据导进到Hadoop的HDFS中，也可以将HDFS的数据导进到关系型数据库中。

2、Flume：Flume是Cloudera提供的一个高可用的，高可靠的，分布式的海量日志采集、聚合和传输的系统，Flume支持在日志系统中定制各类数据发送方，用于收集数据；同时，Flume提供对数据进行简单处理，并写到各种数据接受方（可定制）的能力。

3、Kafka：Kafka是一种高吞吐量的分布式发布订阅消息系统，有如下特性：

    （1）通过O(1)的磁盘数据结构提供消息的持久化，这种结构对于即使数以TB的消息存储也能够保持长时间的稳定性能。

    （2）高吞吐量：即使是非常普通的硬件Kafka也可以支持每秒数百万的消息。

    （3）支持通过Kafka服务器和消费机集群来分区消息。

    （4）支持Hadoop并行数据加载。

4、Storm：Storm用于“连续计算”，对数据流做连续查询，在计算时就将结果以流的形式输出给用户。

5、Spark：Spark是当前最流行的开源大数据内存计算框架。可以基于Hadoop上存储的大数据进行计算。

6、Oozie：Oozie是一个管理Hadoop作业（job）的工作流程调度管理系统。

7、Hbase：HBase是一个分布式的、面向列的开源数据库。HBase不同于一般的关系数据库，它是一个适合于非结构化数据存储的数据库。

8、Hive：Hive是基于Hadoop的一个数据仓库工具，可以将结构化的数据文件映射为一张数据库表，并提供简单的SQL查询功能，可以将SQL语句转换为MapReduce任务进行运行。 其优点是学习成本低，可以通过类SQL语句快速实现简单的MapReduce统计，不必开发专门的MapReduce应用，十分适合数据仓库的统计分析。

10、R语言：R是用于统计分析、绘图的语言和操作环境。R是属于GNU系统的一个自由、免费、源代码开放的软件，它是一个用于统计计算和统计制图的优秀工具。

11、Mahout：Apache Mahout是个可扩展的机器学习和数据挖掘库。

12、ZooKeeper：Zookeeper是Google的Chubby一个开源的实现。它是一个针对大型分布式系统的可靠协调系统，提供的功能包括：配置维护、名字服务、 分布式同步、组服务等。

ZooKeeper的目标就是封装好复杂易出错的关键服务，将简单易用的接口和性能高效、功能稳定的系统提供给用户。

2．2 Hadoop的体系架构

2．2．1 分布式文件系统HDFS

HDFS 是一种分布式文件系统，为在商用硬件上运行而设计。HDFS具有高度容错能力，旨在部署在低成本的硬件上。HDFS提供对应用程序数据的高吞吐量访问，适用于具有大型数据集的应用程序

HDFS采用 Master/Slave 的架构来存储数据，该架构主要由4个部分组成

1. Client：切片，用来与NameNode交互
2. NameNOde节点
3. DataNode节点
4. SecondaryNameNode节点

2．2．2 分布式计算框架MapReduce

Hadoop MapReduce是一个软件框架，用于轻松编写应用程序，以可靠容错的方式在大型集群的商用硬件上并行处理大量数据。

MapReduce作业通常将输入数据集拆分为独立的块，这些块由Map任务以完全并行的方式处理。框架对地图的输出进行排序然后输入到Reduce任务中。

MapReduce将计算过程分为两个阶段：Map和Reduce

1. Map阶段并行处理输入数据
2. Reduce阶段对Map结果进行汇总

2．2．3 分布式资源调度系统YARN

从YARN的架构图来看，它主要由ResourceManager和ApplicationMaster、NodeManager、 ApplicationMaster和Container等组件组成

ResourceManager（RM）

YARN分层结构的本质是****ResourceManager。这个实体控制整个集群并管理应用程序向基础计算资源的分配。

ResourceManager 将各个资源部分（计算、内存、带宽等）精心安排给基础NodeManager（YARN 的每节点代理）。ResourceManager还与 ApplicationMaster 一起分配资源，与NodeManager 一起启动和监视它们的基础应用程序。在此上下文中，ApplicationMaster 承担了以前的 TaskTracker 的一些角色，ResourceManager 承担了 JobTracker 的角色。

1. 处理客户端请求；
2. 启动或监控ApplicationMaster；
3. 监控NodeManager；
4. 资源的分配与调度。

NodeManager（NM）

NodeManager管理一个YARN集群中的每个节点。NodeManager提供针对集群中每个节点的服务，从监督对一个容器的终生管理到监视资源和跟踪节点健康。MRv1通过插槽管理Map和Reduce任务的执行，而NodeManager 管理抽象容器，这些容器代表着可供一个特定应用程序使用的针对每个节点的资源。YARN继续使用HDFS层。它的主要 NameNode用于元数据服务，而DataNode用于分散在一个集群中的复制存储服务。

1. 单个节点上的资源管理；
2. 处理来自ResourceManager上的命令；
3. 处理来自ApplicationMaster上的命令。

*ApplicationMaster（***AM） ** ApplicationMaster管理一个在YARN内运行的应用程序的每个实例。ApplicationMaster 负责协调来自 ResourceManager 的资源，并通过 NodeManager 监视容器的执行和资源使用（CPU、内存等的资源 分配）。请注意，尽管目前的资源更加传统（CPU 核心、内存），但未来会带来基于手头任务的新资源 类型（比如图形处理单元或专用处理设备）。从 YARN 角度讲，ApplicationMaster 是用户代码，因此 存在潜在的安全问题。YARN 假设 ApplicationMaster 存在错误或者甚至是恶意的，因此将它们当作无特权的代码对待。

1. 负责数据的切分；
2. 为应用程序申请资源并分配给内部的任务；
3. 任务的监控与容错

Container

对任务运行环境进行抽象，封装CPU、内存等多维度的资源以及环境变量、启动命令等任务运行相关的信息。比如内存、CPU、磁盘、网络等，当AM向RM申请资源时，RM为AM返回的资源便是用Container表示的。YARN会为每个任务分配一个Container，且该任务只能使用该Container中描述的资源。

2. 2. 4 三大发行版本

Hadoop三大发行版本：Apache、Cloudera、Hortonworks。

Apache版本:最原始（最基础）的版本，对于入门学习最好。

Cloudera:在大型互联网企业中用的较多。

Hortonworks:文档较好。

1. Apache Hadoop

官网地址：http://hadoop.apache.org/releases.html

下载地址：https://archive.apache.org/dist/hadoop/common/

1. Cloudera Hadoop

官网地址：https://www.cloudera.com/downloads/cdh/5-10-0.html

下载地址：http://archive-primary.cloudera.com/cdh5/cdh/5/

（1）2008年成立的Cloudera是最早将Hadoop商用的公司，为合作伙伴提供Hadoop的商用解决方案，主要是包括支持、咨询服务、培训。

（2）2009年Hadoop的创始人Doug Cutting也加盟Cloudera公司。Cloudera产品主要为CDH，

Cloudera Manager，Cloudera Support

（3）CDH是Cloudera的Hadoop发行版，完全开源，比Apache Hadoop在兼容性，安全性，稳定性上有所增强。

（4）Cloudera Manager是集群的软件分发及管理监控平台，可以在几个小时内部署好一个Hadoop集群，并对集群的节点及服务进行实时监控。Cloudera Support即是对Hadoop的技术支持。

（5）Cloudera的标价为每年每个节点4000美元。Cloudera开发并贡献了可实时处理大数据的Impala 项目。

1. Hortonworks Hadoop

官网地址：https://hortonworks.com/products/data-center/hdp/

下载地址：Cloudera Enterprise Downloads

（1）2011年成立的Hortonworks是雅虎与硅谷风投公司Benchmark Capital合资组建。

（2）公司成立之初就吸纳了大约25名至30名专门研究Hadoop的雅虎工程师，上述工程师均在2005年开始协助雅虎开发Hadoop，贡献了Hadoop80%的代码。

（3）雅虎工程副总裁、雅虎Hadoop开发团队负责人Eric Baldeschwieler出任Hortonworks的首席执行官。

（4）Hortonworks的主打产品是Hortonworks Data Platform（HDP），也同样是100%开源的产品，HDP除常见的项目外还包括了Ambari，一款开源的安装和管理系统。

（5）HCatalog，一个元数据管理系统，HCatalog现已集成到Facebook开源的Hive中。Hortonworks 的Stinger开创性的极大的优化了Hive项目。Hortonworks为入门提供了一个非常好的，易于使用的沙盒。

（6）Hortonworks开发了很多增强特性并提交至核心主干，这使得Apache Hadoop能够在包括Window Server和Windows Azure在内的Microsoft Windows平台上本地运行。定价以集群为基础，每10个节点每年为12500美元。目前，HDP已被CDH收购。