Hadoop培训课程：MapReduce环境、原理、架构及操作

Hadoop培训课程：MapReduce环境、原理、架构及操作

1、环境说明

部署节点操作系统为CentOS，防火墙和SElinux禁用，创建了一个shiyanlou用户并在系统根目录下创建/app目录，用于存放Hadoop等组件运行包。因为该目录用于安装Hadoop等组件程序，用户对shiyanlou必须赋予rwx权限(一般做法是root用户在根目录下创建/app目录，并修改该目录拥有者为shiyanlou(chown –R shiyanlou:shiyanlou /app)。

Hadoop搭建环境：

l 虚拟机操作系统： CentOS6.6 64位，单核，1G内存

l JDK：1.7.0_55 64位

l Hadoop：1.1.2

2、MapReduce原理

2.1 MapReduce简介

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。第一个提出该技术框架的是Google 公司，而Google 的灵感则来自于函数式编程语言，如LISP，Scheme，ML 等。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：

2.2 MapReduce流程分析

2.2.1 Map过程

1. 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;

2. 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;

3. 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。合并的过程中会不断地进行排序和combia操作，目的有两个：

l尽量减少每次写入磁盘的数据量

l尽量减少下一复制阶段网络传输的数据量。最后合并成了一个已分区且已排序的文件。为了减少网络传输的数据量，这里可以将数据压缩，只要将mapred.compress.map.out设置为true就可以了

4. 将分区中的数据拷贝给相对应的reduce任务。有人可能会问：分区中的数据怎么知道它对应的reduce是哪个呢?其实map任务一直和其父TaskTracker保持联系，而TaskTracker又一直和JobTracker保持心跳。所以JobTracker中保存了整个集群中的宏观信息。只要reduce任务向JobTracker获取对应的map输出位置就可以了。

2.2.2 Reduce过程

1. 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;

2. 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;

3. 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。

2.3 MapReduce工作机制剖析

1.在集群中的任意一个节点提交MapReduce程序;

2.JobClient收到作业后，JobClient向JobTracker请求获取一个Job ID;

3.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;

4.获得作业ID后，提交作业;

5.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;

6.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”;

7.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;

8.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;

9.TaskTracker获取资源后启动新的JVM虚拟机;

10. 运行每一个任务;