Hadoop生态圈

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可以把hadoop想象成一个很大的生态圈(本来就是)，或者说想象成一个动物园吧，之后的东西就比较好理解了。(我也不知道为啥python的教程一般都是动物做封面，难道已经暗喻加入了动物园生态圈了？)

HDFS

HDFS（Hadoop Distributed File System）是一个分布式文件系统，是谷歌的GFS山寨版本。它具有高容错性并提供了高吞吐量的数据访问，非常适合大规模数据集上的应用，它提供了一个高度容错性和高吞吐量的海量数据存储解决方案。

• 高吞吐量访问：HDFS的每个Block分布在不同的Rack上，在用户访问时，HDFS会计算使用最近和访问量最小的服务器给用户提供。由于Block在不同的Rack上都有备份，所以不再是单数据访问，所以速度和效率是非常快的。另外HDFS可以并行从服务器集群中读写，增加了文件读写的访问带宽。
• 高容错性：系统故障是不可避免的，如何做到故障之后的数据恢复和容错处理是至关重要的。HDFS通过多方面保证数据的可靠性，多份复制并且分布到物理位置的不同服务器上，数据校验功能、后台的连续自检数据一致性功能都为高容错提供了可能。
• 线性扩展：因为HDFS的Block信息存放到NameNode上，文件的Block分布到DataNode上，当扩充的时候仅仅添加DataNode数量，系统可以在不停止服务的情况下做扩充，不需要人工干预。

HDFS架构

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• NameNode：在Hadoop1.X中只有一个Master节点，管理HDFS的名称空间和数据块映射信息、配置副本策略和处理客户端请求；
• Secondary NameNode：辅助NameNode，分担NameNode工作，定期合并fsimage和fsedits并推送给NameNode，紧急情况下可辅助恢复NameNode；
• DataNode：Slave节点，实际存储数据、执行数据块的读写并汇报存储信息给NameNode；

MapReduce

MapReduce 是现今一个非常流行的分布式计算框架，它被设计用于并行计算海量数据。MapReduce 框架的核心步骤主要分两部分：Map 和Reduce。当你向MapReduce 框架提交一个计算作业时，它会首先把计算作业拆分成若干个Map 任务，然后分配到不同的节点上去执行，每一个Map 任务处理输入数据中的一部分，当Map 任务完成后，它会生成一些中间文件，这些中间文件将会作为Reduce 任务的输入数据。Reduce 任务的主要目标就是把前面若干个Map 的输出汇总到一起并输出。从高层抽象来看，MapReduce的数据流图如下图所示：

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MapReduce流程图

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MapReduce工作流程

• 在集群中的任意一个节点提交MapReduce程序
• JobClient收到作业后，JobClient向JobTracker请求获取一个Job ID
• 将运行作业所需要的资源文件复制到HDFS上（包括MapReduce程序打包的JAR文件、配置文件和客户端计算所得的输入划分信息），这些文件都存放在JobTracker专门为该作业创建的文件夹中，文件夹名为该作业的Job ID
• 获得作业ID后，提交作业
• .JobTracker接收到作业后，将其放在一个作业队列里，等待作业调度器对其进行调度，当作业调度器根据自己的调度算法调度到该作业时，会根据输入划分信息为每个划分创建一个map任务，并将map任务分配给TaskTracker执行
• 对于map和reduce任务，TaskTracker根据主机核的数量和内存的大小有固定数量的map槽和reduce槽。这里需要强调的是：map任务不是随随便便地分配给某个TaskTracker的，这里有个概念叫：数据本地化（Data-Local）。意思是：将map任务分配给含有该map处理的数据块的TaskTracker上，同时将程序JAR包复制到该TaskTracker上来运行，这叫“运算移动，数据不移动”
• TaskTracker每隔一段时间会给JobTracker发送一个心跳，告诉JobTracker它依然在运行，同时心跳中还携带着很多的信息，比如当前map任务完成的进度等信息。当JobTracker收到作业的最后一个任务完成信息时，便把该作业设置成“成功”。当JobClient查询状态时，它将得知任务已完成，便显示一条消息给用户
• 运行的TaskTracker从HDFS中获取运行所需要的资源，这些资源包括MapReduce程序打包的JAR文件、配置文件和客户端计算所得的输入划分等信息
• TaskTracker获取资源后启动新的JVM虚拟机
• 运行每一个任务

补充：

• JobTracker：是一个后台服务进程，启动之后，会一直监听并接收来自各个TaskTracker发送的心跳信息，包括资源使用情况和任务运行情况等信息。在hadoop中每个应用程序被表示成一个作业，每个作业又被分成多个任务，JobTracker的作业控制模块则负责作业的分解和状态监控(主要包括TaskTracker状态监控、作业状态监控和任务状态监控)。

Map过程：

Step1：每个输入分片会让一个map任务来处理，默认情况下，以HDFS的一个块的大小（默认为64M）为一个分片，当然我们也可以设置块的大小。map输出的结果会暂且放在一个环形内存缓冲区中（该缓冲区的大小默认为100M，由io.sort.mb属性控制），当该缓冲区快要溢出时（默认为缓冲区大小的80%，由io.sort.spill.percent属性控制），会在本地文件系统中创建一个溢出文件，将该缓冲区中的数据写入这个文件；

Step2：在写入磁盘之前，线程首先根据reduce任务的数目将数据划分为相同数目的分区，也就是一个reduce任务对应一个分区的数据。这样做是为了避免有些reduce任务分配到大量数据，而有些reduce任务却分到很少数据，甚至没有分到数据的尴尬局面。其实分区就是对数据进行hash的过程。然后对每个分区中的数据进行排序，如果此时设置了Combiner，将排序后的结果进行Combia操作，这样做的目的是让尽可能少的数据写入到磁盘；

Step3：当map任务输出最后一个记录时，可能会有很多的溢出文件，这时需要将这些文件合并，目的是为了尽量减少每次写入磁盘的数据量和尽量减少下一复制阶段网络传输的数据量。

Reduce过程

Step1：Reduce会接收到不同map任务传来的数据，并且每个map传来的数据都是有序的。如果reduce端接受的数据量相当小，则直接存储在内存中（缓冲区大小由mapred.job.shuffle.input.buffer.percent属性控制，表示用作此用途的堆空间的百分比），如果数据量超过了该缓冲区大小的一定比例（由mapred.job.shuffle.merge.percent决定），则对数据合并后溢写到磁盘中；

Step2：随着溢写文件的增多，后台线程会将它们合并成一个更大的有序的文件，这样做是为了给后面的合并节省时间。其实不管在map端还是reduce端，MapReduce都是反复地执行排序，合并操作；

Step3：合并的过程中会产生许多的中间文件（写入磁盘了），但MapReduce会让写入磁盘的数据尽可能地少，并且最后一次合并的结果并没有写入磁盘，而是直接输入到reduce函数。

Hive

Hive是Facebook开发的构建于Hadoop集群之上的数据仓库应用，它提供了类似于SQL语法的HQL语句作为数据访问接口，这使得普通分析人员的应用Hadoop的学习曲线变小。

• 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，并使用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
• Hive是建立在 Hadoop 上的数据仓库基础构架。它提供了一系列的工具，可以用来进行数据提取转化加载（ETL），这是一种可以存储、查询和分析存储在 Hadoop 中的大规模数据的机制。Hive 定义了简单的类 SQL 查询语言，称为 HQL，它允许熟悉 SQL 的用户查询数据。同时，这个语言也允许熟悉 MapReduce 开发者的开发自定义的 Mapper 和 Reducer 来处理内建的Mapper 和Reducer 无法完成的复杂的分析工作。

HIve架构

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客户端组件

• CLI：command line interface，启动的时候会同时启动一个Hive副本，Client是Hive的客户端，用户连接至Hive Server。在启动 Client模式的时候，需要指出Hive Server所在节点，并且在该节点启动Hive Server。--hive shell
• WUI：用户接口，通过浏览器访问Hive。
• JDBC/ODBC：开放的API客户端。--(java 访问hive)

服务端组件

• Thrift服务：thrift是facebook开发的一个软件框架，它用来进行可扩展且跨语言的服务的开发，Hive集成了该服务，能让不同的编程语言调用hive的接口。
• Metastore组件：元数据服务组件，这个组件存储Hive的元数据，Hive的元数据存储在关系数据库里，Hive支持的关系数据库有derby和mysql。元数据对于Hive十分重要，因此Hive支持把metastore服务独立出来，安装到远程的服务器集群里，从而解耦Hive服务和metastore服务，保证Hive运行的健壮性。
• Driver组件：该组件包括Complier、Optimizer和Executor，它的作用是将HiveQL（类SQL）语句进行解析、编译优化，生成执行计划，然后调用底层的mapreduce计算框架。

HBase

Hadoop Database，是一个高可靠性、高性能、面向列、可伸缩的分布式存储系统，利用HBase技术可在廉价PC Server上搭建起大规模结构化存储集群。Google运行MapReduce来处理Bigtable中的海量数据，HBase同样利用Hadoop MapReduce来处理HBase中的海量数据；Google Bigtable利用 Chubby作为协同服务，HBase利用Zookeeper作为对应。

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Pig

一种操作hadoop的轻量级脚本语言，是一种数据流语言，用来快速轻松的处理巨大的数据。Pig可以非常方便的处理HDFS和HBase的数据，和Hive一样,Pig可以非常高效的处理其需要做的，通过直接操作Pig查询可以节省大量的劳动和时间。当你想在你的数据上做一些转换，并且不想编写MapReduce jobs就可以用Pig.

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Hive .vs Pig

1. Hive更适合于数据仓库的任务，Hive主要用于静态的结构以及需要经常分析的工作。Hive与SQL相似促使 其成为Hadoop与其他BI工具结合的理想交集。
2. Pig赋予开发人员在大数据集领域更多的灵活性，并允许开发简洁的脚本用于转换数据流以便嵌入到较大的 应用程序。
3. Pig相比Hive相对轻量，它主要的优势是相比于直接使用Hadoop Java APIs可大幅削减代码量。正因为如此，Pig仍然是吸引大量的软件开发人员。
4. Hive和Pig都可以与HBase组合使用，Hive和Pig还为HBase提供了高层语言支持，使得在HBase上进行数据统计处理变的非常简单.

Hive .vs Hbase

1. Hive是建立在Hadoop之上为了减少MapReduce jobs编写工作的批处理系统，HBase是为了支持弥补Hadoop对实时操作的缺陷的项目 。
2. 想象你在操作RMDB数据库，如果是全表扫描，就用Hive+Hadoop,如果是索引访问，就用HBase+Hadoop.
3. Hive query就是MapReduce jobs可以从5分钟到数小时不止，HBase是非常高效的，肯定比Hive高效的多。

Mahout

Mahout 是 Apache Software Foundation（ASF） 旗下的一个开源项目，提供一些可扩展的机器学习领域经典算法的实现，旨在帮助开发人员更加方便快捷地创建智能应用程序。AMahout包含许多实现，包括聚类、分类、推荐过滤、频繁子项挖掘。此外，通过使用 Apache Hadoop 库，Mahout 可以有效地扩展到云中。

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Zookeeper

Zookeeper 作为 Hadoop 项目中的一个子项目，一个分布式的服务框架，主要用来解决分布式集群中应用系统的一致性问题，是 Hadoop 集群管理的一个必不可少的模块，它主要用来控制集群中的数据，如它管理 Hadoop 集群中的NameNode，还有 Hbase 中 Master Election、Server 之间状态同步等。

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Oozie

Oozie是一个工作流引擎服务器,用于运行Hadoop Map/Reduce和Pig 任务工作流.同时Oozie还是一个Java Web程序,运行在Java Servlet容器中,如Tomcat.

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最后

至此，hadoop的生态圈介绍的差不多了，对于想深入的话，这些是远远不够的，我这个只是为了吃早饭的时候，可以看一下，记一下各个部分功能大体，也算是一种初步了解，希望对你也有些帮助

致谢

@yeruby--对MapReduce过程的理解
@石山园--Hadoop入门进阶课程5
@石山园--Hadoop入门进阶课程8
@lifuxiangcaohui--Hive总结（九）Hive体系结构
@天戈朱--Hive(一):架构及知识体系
@u011308691--Hive初识功能架构
@转--JobTracker和TaskTracker概述
@zhoubl668--Mahout推荐算法API详解
@转--分布式服务框架 Zookeeper
@清雾沁仙--Hadoop Oozie 学习笔记(六) Hadoop Oozie概述