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1.初识Hadoop
大数据时代已经到来，越来越多的行业面临着大量数据需要存储以及分析的挑战。Hadoop，作为一个开源的分布式并行处理平台，以其高扩展、高效率、高可靠等优点，得到越来越广泛的应用。本课旨在培养学员理解Hadoop的架构设计以及掌握Hadoop的运用能力。
1.1前言
1.1.1课程名称
Hadoop大数据平台架构与实践
1.1.2主要内容
- 1.大数据的相关概念
- 2.Hadoop的架构和运行机制
- 3.实战：Hadoop的安装和配置
- 4.实战：Hadoop开发
1.1.3学习目标
- 掌握大数据存储与处理技术的原理（理论知识）
- 掌握Hadoop的使用和开发能力（实践能力）
1.1.4 课程学习建议
- 1.结合书本，知识点更加系统全面
对应的书本：hadoop技术详解、hadoop权威指南 - 2.实践经验很重要，边听课边实践。
1.1.5课程预备知识：
- linux常用命令
- java编程基础
1.2Hadoop的前世今生
1.2.1Hadoop基本概念
Hadoop是解决大数据的分布式集成架构。
当数据达到一定规模时，单机的存储和分析就变得非常困难，存储量和效率都无法达到用户的需求。
所以，为了解决大数据的存储和处理，Google提出了三大技术:
-
MapReduce
- 概念:"Map（映射）"和"Reduce（归约）"，它们的主要思想，都是从函数式编程语言里借来的，还有从矢量编程语言里借来的特性。它极大地方便了编程人员在不会分布式并行编程的情况下，将自己的程序运行在分布式系统上。 当前的软件实现是指定一个Map（映射）函数，用来把一组键值对映射成一组新的键值对，指定并发的Reduce（归约）函数，用来保证所有映射的键值对中的每一个共享相同的键组。
-
BigTable
- 是Google设计的分布式数据存储系统，用来处理海量的数据的一种非关系型的数据库
-
GFS
- 是一个可扩展的分布式文件系统，用于大型的、分布式的、对大量数据进行访问的应用。它运行于廉价的普通硬件上，并提供容错功能。它可以给大量的用户提供总体性能较高的服务。
Hadoop是模仿Google三大技术的开源实现。相比于Google之前的解决方案，它有如下优势:
- （1）降低成本，能用PC机就不用大型机和高端存储;
- （2）因为用的是PC机，所以经常发生硬件错误，所以通过软件来保证高可靠性；
- （3）简化了并行分布式计算。
1.2.2为什么取名Hadoop
创作者以他儿子一个黄色的玩具小象命名
Hadoop
1.3Hadoop的功能与优势
1.3.1 Hadoop是什么
是一个开源的、分布式存储和分布式计算平台
1.3.2Hadoop的两个核心组件
- 1.HDFS，分布式文件系统，存储海量数据。
- 2.MapReduce，并行处理框架，实现任务分解和调度。
1.3.3Hadoopk可以做什么
搭建大型数据仓库，PB级数据的存储、处理、分析、统计等业务。
在这里插入图片描述
1.3.3Hadoopk的优势
- 1.高扩展，理论上无限扩展
- 2.低成本
-
3.成熟的生态圈
Hadop生态圈
1.3.4Hadoopk的应用
1.4Hadoop的生态系统与版本
应用在这里插入图片描述
1.4.1hadoop生态系统
- 1.hdfs分布式存储系统
- 2.mapreduce 大数据编程模型
- 3.相关开源工具：
- （1）hive：将sql语句转化为hadoop任务，降低使用hadoop的门槛
- （2）HBASE：存储结构化数据的分布式数据库，放弃事务特性，追求更高的扩展，它提供数据的随机读写和实时访问，实现对表数据的读写功能
注：和传统的关系型数据库的区别是放弃事务特性，追求更高的扩展、和HDFS的区别就是habse提供数据的随机读写和实时访问，实现对表数据的读写功能- （3）zookeeper:监控Hadoop集群里的每个节点的状态，管理整个集群的配置，维护数据节点之间的一致性
1.4.2hadoop版本
- 1.x：稳定
- 2.x：不稳定
2.Hadoop的安装
- Step1:准备liunx环境；
- Step1:安装JDK；
- Step1:配置hadoop；
2.1准备liunx环境
两种方式：
- 1.本机先安装虚拟机，再安装linux
- 2.租用云主机，申请公网IP
2.2安装JDK
Linux 下下载安装JDK （centos）
//1、下载 ：
yum install java-1.7.0-openjdk
//查看可升级下载的软件包
yum search java|grep jdk
//2、配置环境变量：
vim /etc/profile
export JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-7-openjdk-amd64
export JRE_HOME=$JAVA_HOME/jre
export CLASSPATH=.:$JAVA_HOME/lib:$JRE_HOME/lib:$CLASSPATH
export PATH=$JAVA_HOME/bin:$JRE_HOME/bin:$PATH
//3、让配置生效
source /etc/profile
//4、测试
java -version
注解：
1.Linux下用冒号 : 分割路径
2.$PATH / $JAVA_HOME / $JRE_HOME 是用来引用原来环境变量的值，在设置环境变量时不能把原来的值给覆盖掉
3.$CLASSPATH 中 当前目录 “.”不能丢
4.export 是把这4个变量导出为全局变量
2.3配置Hadoop
2.3.1安装总结
- 1.下载hdoop按照包并进行解压
- 2.配置hdoop-env.sh文件，目的是配置jdk，并在profile配置haddoop的安装位置
- 3.配置core-site.xml文件：hdoop的核心文件，里面有关于hdoop的节点端口与主机端口
- 4.配置hdfs-site.xml文件：hdoop的文件存储的基本信息与目录
- 5.配置mapred-site.xml文件：hadoop的计算节点的端口号
- 6.启动hadoop：start-all.sh
- 7.查看端口：jps,可以看到五大守护进程说明正确
- 8.停止hdoop：stop-all.sh
2.3.2安装细节
- 1、下载Hadoop安装包 ，两种方式
- 方式一：官网下载好后，通过Xftp上传到Linux上，下载地址http://mirror.bit.edu.cn/apache/hadoop/common/hadoop-1.2.1/hadoop-1.2.1.tar.gz
- 方式一：通过 wget命令直接下载到Linux服务器上
$ wget http://mirror.bit.edu.cn/apache/hadoop/common/hadoop-1.2.1/hadoop-1.2.1.tar.gz
- 2、解压到指定目录下；
- 移动文件：
$ mv 文件 /opt - 解压：
$ tar -zxvf hadoop-1.2.1.tar.gz
- 移动文件：
- 3、配置hadoop-env.sh、core-site.xml、hdfs-site.xml、mapred-site.xml四个文件
//1、hadoop-env.sh
配置java 环境变量的地址
export JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-7-openjdk-amd64
//2、 core-site.xml
<configuration>
<property>
<name>hadoop.tmp.dir</name>
<value>/hadoop</value>
</property>
</configuration>
<property>
<name>dfs.name.dir</name>
<value>/hadoop/name</value>
</property>
<property>
<name>fs.default.name</name>
<value>hdfs://imooc:9000</value>
</property>
//3、hdfs-site.xml配置
<property>
<name>dfs.data.dir</name>
<value>/hadoop/data</value>
</property>
//4、mapred-site.xml配置
<property>
<name>mapred.job.tracker</name>
<value>imooc:9001</value>
</property>
- 4、编辑/etc/profile文件，配置hadoop相关的环境变量
vim /etc/profile
添加hadoop的HADOOP_PATH
export HADOOP_PATH="安装目录"
PATH里面添加$HADOOP_HOME/bin:$PATH
//让配置生效
source /etc/profile
//测试是否安装成功
hadoop
- 5、第一次使用hadoop先进行格式化
//对namenode 进行格式化
$ hadoop namenode -format；
- 6、启动hadoop
start-all.sh -
7、检查进程：jpsjps
// 查看hadoop文件系统下下有哪些文件
hadoop fs -ls
3.Hadoop的核心-HDFS简介
3.1HDFS基本概念
- HDFS设计架构：
- 块:文件以“块”进行存储，HDFS默认块大小为64M
- namenode：是管理节点，存放文件元数据，包括文件与数据块的映射表、数据块与数据节点的映射表
- datenode：工作节点，真正存储数据块
最终体系结构：由block、namenode、datanode、secondarynamenode、client组成
HDFS的文件被分成块进行存储，HDFS块默认大小是64MB，块是整个文件存储处理的逻辑单元。
HDFS最终体系结构：由block、namenode、datanode、secondarynamenode、client组成。
HDFS架构图
3.2HDFS数据管理与容错
为保证硬件上的容错，数据块有多份冗余。
- 数据块副本：每个数据块3个副本，分布在2机架3节点上（容错性）
- 心跳检测：DataNode定期向NameNode发心跳消息。
- 二级NameNode：NameNdoe定期同步元数据映像文件到二级NameNode（secondryNameNode）,一旦故障，备胎转正。
3.2HDFS读写文件的流程
- HDFS读取文件的流程：
- （1）客户端向namenode发起独立请求，把文件名，路径告诉namenode；
- （2）namenode查询元数据，并把数据库返回客户端；
-
（3）此时客户端就明白文件包含哪些块，这些块在哪些datanode中可以找到；
HDFS读取文件的流程
- HDFS写文件流程：
- （1）客户端把文件拆分成固定大小64M的块，并通知namenode；
- （2）namenode找到可用的datanode返回给客户端；
- （3）客户端根据返回的datanode，对块进行写入；
- （4）通过流水线管道流水线复制；
-
（5）更新元数据。告诉namenode已经完成了创建心的数据块，保证了namenode中的元数据都是最新的状态。
HDFS写文件流程
3.2HDFS的特点
- HDFS特点：
- 1、数据冗余，硬件容错（一式三份来保证）。
- 2、流式数据访问：写一次，读多次，一旦写入无法修改，只能通过写入到新的块删除旧文件。
- 3、存储大文件（特适合，因为小文件多，势必加重NameNode的负担）。
- HDFS适用性及局限性：
- 1、适合数据批量读写，吞吐量高；
- 2、不适合交互式应用、低延迟很难满足；
- 3、适合一次写入多次读取、顺序读写；
- 4、不支持多用户并发写相同文件。
- HDFS优缺点：
- 优点：存储块大，吞吐量高，为存储大文件设计；
- 缺点：延迟高，不适合交互式访问，不支持多用户同时操作一个块。
3.3HDFS的使用
- 提供了 shell 接口，可以进行命令行操作
hadoop namenode -format #格式化namenode
hadoop fs -ls / #打印 / 目录文件列表
hadoop fs -mkdir input #创建目录 input
hadoop fs -put hadoop-env.sh input/ #上传文件 hadoop-env.sh 到 input 目录下
hadoop fs -get input/abc.sh hadoop-envcomp.sh #从 input 目录中下载文件
hadoop fs -cat input/hadoop-env.sh #查看文件 input/hadoop-env.sh
hadoop dfsadmin -report #dfs报告
4.Hadoop的核心-MapReduce原理与实现
4.1MapReduce的原理
- MapReduce原理：分而治之，一个大任务分成多个子任务（map），并行执行之后，合并结果（reduce）。
eg：做统计的时候，把统计的文件拆分，然后分别统计每一个数据出现的次数，然后合并拆分项，就可以统计每一个数据出现的总次数。
MapReduce处理数据过程主要分成2个阶段：Map阶段和Reduce阶段。首先执行Map阶段，再执行Reduce阶段。Map和Reduce的处理逻辑由用户自定义实现，但要符合MapReduce框架的约定。
正式执行Map前，需要将输入数据进行”分片”。所谓分片，就是将输入数据切分为大小相等的数据块，每一块作为单个Map Worker的输入被处理，以便于多个Map Worker同时工作。分片完毕后，多个Map Worker就可以同时工作了。每个Map Worker在读入各自的数据后，进行计算处理，最终输出给Reduce。Map Worker在输出数据时，需要为每一条输出数据指定一个Key。这个Key值决定了这条数据将会被发送给哪一个Reduce Worker。Key值和Reduce Worker是多对一的关系，具有相同Key的数据会被发送给同一个Reduce Worker，单个Reduce Worker有可能会接收到多个Key值的数据。
-
在进入Reduce阶段之前，MapReduce框架会对数据按照Key值排序，使得具有相同Key的数据彼此相邻。如果用户指定了”合并操作”(Combiner)，框架会调用Combiner，将具有相同Key的数据进行聚合。Combiner的逻辑可以由用户自定义实现。这部分的处理通常也叫做”洗牌”(Shuffle)。
接下来进入Reduce阶段。相同的Key的数据会到达同一个Reduce Worker。同一个Reduce Worker会接收来自多个Map Worker的数据。每个Reduce Worker会对Key相同的多个数据进行Reduce操作。最后，一个Key的多条数据经过Reduce的作用后，将变成了一个值。
MapReduce原理
4.2MapReduce的运行流程
流程
4.2.1. 原理
- 分而治之 的思想，一个大任务分成多个小任务（map）,并行执行后，合并结果（reduce）.
4.2.2 运行流程
执行过程
- 基本概念：
- Job & Task：
一个 Job（任务、作业） 被切分为多个 Task，Task 又分为 MapTask 和 ReduceTask - JobTracker
作业调度
分配任务、监控任务
监控 TaskTracker 的状态 - TaskTracker
执行任务
向 JobTracker 汇报任务状态
- Job & Task：
4.2.3 容错机制
- 重复执行：
默认重复执行 4 次，若还是失败，则放弃执行 - 推测执行：
可以保证任务不会因为某1-2个机器错误或故障而导致整体效率下降
5.开发Hadoop应用程序
5.1WordCount单词计数（上）
- 计算文件中出现每个单词的频数，输入结果按照字母顺序进行排序。利用mapReduce的思想，来计算输入的单词的个数。
- Map过程：分而治之
-
Reduce过程：合并
Map过程Reduce过程
5.2WordCount单词计数（中）
- 分析源代码
- 代码其实在hadoop的安装目录下有example，一般的目录是/hadoop/src/examples/org/apache/hadoop/examples/WordCount.jar
- 源代码 http://hadoop.apache.org/docs/r1.0.4/cn/mapred_tutorial.html
5.3WordCount单词计数（下）
5.3.1整体流程
- 1.编写WordCount.java,包含Mapper类和Reducec类；
- 2.编译WordCount.java,java -classpath ；
- 3.打包 jar -cvf WordCount.jar classes/*；
- 4.作业提交 hadoop jar WordCount.jar WordCount input output；
- 提交到hadoop中运行，指定输入文件 ，指定输出文件。
5.3.2具体流程
//（1）启动hadoop
start -all.sh
//（2）rz把某某.java类放到根目录下/opt/根目录下边或者根目录下任意文件
cd /mkdir project_hadoop/
rz 类路径添加
//（3）cd 新创建的文件,创建file1和file2
mkdir input
vi file1
vi file2
ls project_hadoop
//（4）创建文件
hadoop fs -mkdir input_wordcount
//（5）创建目录：
hadoop fs -mkdir input
//查看文件：
hadoop fs -ls
hadoop fs -ls input_wordcount
//（6）把file1和file2文件放到input_wordcount
提交输入文件给hadoop
hadoop fs -put 文件路径 提交后的路径
//例：
hadoop fs -put input/input_wordcount/
//（7）查看文件
hadoop fs -ls input_wordcount
fs -cat input_wordcount/file1
fs -cat input_wordcount/file2
//（8）编译java文件
javac -classpath /opt/hadoop-1.2.1/hadoop-core-1.2.1.jar:/opt/hadoop-1.2.1/lib/commons-cli-1.2.jar -d 编译后地址 编译文件
//（9）打包指令
jar -cvf 打包后文件名.jar 某某.class
jar -cvf wordcount.jar *.class
//（10）提交jar给hadoop执行
hadoop jar jar包路径 执行的主函数名(主类名，main方法所在类名) 输入目录名 输出目录名
//例：
hadoop jar project_hadoop/wordcount.jar WordCount input_wordcount output_wordcount
//（11）查看通过算法计算出单词个数的结果
fs -cat output_wordcount/part-r-00000
5.4利用MapReduce进行排序（上）
-
先分片，再排序
分片排序
5.5利用MapReduce进行排序（下）
- 分析代码
在这里插入图片描述
注：配合慕课网视频使用更佳
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