说说hadoop

Hadoop目前我是只看过猪跑，没有吃过猪肉的状态。我在微信和微博上零星地看过一些文章，在udacity上的”Intro to Hadoop and MapReduce”课程上看过几段视频。本想下载安装好Hadoop环境的虚拟机试验一下的，结果虚拟机太大，总是出现网络错误不能下载。目前又没有一定要使用Hadoop的项目，也就没有太多动力继续钻研了。不掌握细节可以宏观把握嘛。本着一门技术要“想透彻、写清楚、讲明白”的步骤，还是写点什么，看自己理解了多少，也为以后提个醒。

Hadoop的核心(Hadoop core)包含MapReduce和HDFS(Hadoop Distributed File System)。围绕Hadoop的核心，又有很多其他工具，如PIG, HIVE, IMPALA, scoop, Flume, HBase, HUE, dozie, mahout等，这些工具是为了方便使用Hadoop的核心的，他们一起构成了Hadoop的生态系统(Ecosystem)。例如HIVE提供了类似SQL的HiveQL，用来生成MapReduce算法。(CDH, Cloudera Distribution Including Apache Hadoop包含整个Hadoop生态系统涉及的工具。)本文只想涉及Hadoop的核心。

首先明白MapReduce的思想从哪里来。我们解决一个大的问题，通常都希望把他分解成小的部分，分而治之，然后汇总。MapReduce就是这样一种分而治之的模型。比如归并排序(merge sort)算法，就利用了分治法。先把大的序列分成两个小的序列，然后对小的序列进行排序，最后把排好序的子序列合并，构成有序的大的序列。map和reduce是通常函数式编程语言里面的两种操作。以下面的Clojure程序为例。(Clojure语言是Lisp语言的在Java虚拟机上的一种方言，也包含CLR和JavaScript版本，是函数式编程语言。此程序在tryclj试验运行通过)。

> (def bigdata [1,2,3,4,5])

#‘sandbox6657/bigdata

> bigdata

[1 2 3 4 5]

> (def mapped-data (map (partial * 2) bigdata))

#‘sandbox6657/mapped-data

> mapped-data

(2 4 6 8 10)

> (reduce + mapped-data)

30
>             

在这段程序中，首先有一堆数据bigdata，他们是1 2 3 4 5。对他进行map操作，每个元素乘以2，中间结果是mapped-data，他们是2 4 6 8 10。最后对中间结果进行reduce操作，把他们加起来，得到最终结果30。这只是个简单的例子，但我们可以脑补一下现实中处理数据可能遇到的情况。首先数据量可能很大，这个bigdata可能有tera或peta量级。第二我们这里只是对数据进行加倍操作，现实中可能这个操作很耗时，比如对一组数据进行线性拟合；现实中也可能对数据处理的响应速度要求很高，比如收到从多个传感器传来的数据很快做出响应。第三我们这里只是处理简单的整数，现实中处理的数据可能是数据库、日志、图片或音视频文件等结构化、半结构化(semi-structured)、非结构化数据。这里就引入了大数据的三个特点，大、快、多 —— 数据量大，处理速度要求快，数据类型多样化。（英文的说法是大数据的3个V，Volume, Velocity, Variety)。Hadoop就是来解决大数据的大、快、多的。

HDFS解决了大数据的存储问题。他提供了一种分布式的文件系统，用来把大文件存在不同的节点，不同的节点构成集群。节点的类型有数据节点(Data Node)和名称节点(Name Node)。(名称节点是否叫索引节点更准确？)一份大的文件，放到HDFS中，会被分成小份(Chunk)，缺省是64M一份。这些小份会分配到不同的数据结点中，而且有冗余。缺省每一小份会保存在3个数据结点中，这样即使有些数据结点不工作了，也能保证数据是安全的，计算可以继续。名称节点用来记录文件在不同数据结点的分配情况的，可以看出他比较重要，是单点失败(single point of failure)的位置，所以通常名称节点要用高可靠性的机器，采用NFS备份，也可以考虑让名称节点工作在主备(Active Standby)模式。HDFS不光是为了存大数据，更重要的是这些数据需要经常用来计算。如果只是存大数据的话，磁盘阵列(SAN, Storage Area Network)也可以做到。

MapReduce解决了大数据的运算问题。MapReduce算法分Map部分和Reduce部分，Map部分来分解问题，Reduce部分来整合问题。Hadoop缺省有一个Reducer服务，有多个Mapper服务。如果配置有多个Reducer服务，则需要额外的步骤来汇总结果。Hadoop的运算节点类型有JobTracker和TaskTracker。JobTracker来给TaskTracker分配任务，有多个TaskTracker，有一个JobTracker。TaskTracker和数据节点可以是一个节点。JobTracker在给TaskTracker分配任务的时候，会优先分配同一节点上的TaskTracker处理本节点上的数据或离得近的节点上的数据。

Map算法通常处理每一条数据然后把中间结果输出为键(Key)和值(Value)的形式。在所有这些中间结果到达Reduce算法之前，进行了汇总和排序(Shuffle and Sort)。Reducer对这些键值对进行处理，也把结果输出为键值对的形式，得到最终结果，所以最终结果可以认为是个哈希表。(mapping -> intermediate records->shuffle and sort -> reducers -> result)

Hadoop是Java语言写的，所以通常Map和Reduce算法需要用Java语言来写。但是Hadoop也提供了Streaming技术。采用Streaming，Map和Reduce算法程序的输入来自stdin，输出到stdout，这样就可以使用任何语言来写Map和Reduce算法。缺省Key和Value之间用tab键分隔，每条数据用换行符分隔。

下面举一个例子，增加一些感性认识。下面是采用Python语言写的Map算法，此算法的输入是包含销售数据的文本文件，文本文件每一行包含tab键分隔的6个字段，分别是date, time, store, item, cost, payment。我们这里关心每个store销售的总额，所以此算法的key是store，value是cost。

def mapper():
    for line in sys.stdin:
        data = line.strip().split("\t")
        if len(data) != 6: continue #defensive coding 
        date, time, store, item, cost, payment = data
        print "{0}\t{1}".format(store,cost)

下面是采用Python语言写的Reduce算法。此算法的输入是上面map算法输出的中间结果，即tab键分隔的store和cost。reducer得到这些中间结果时，是排过序的(因为有shuffle and sort步骤)，所以他可以通过key值的变化知道某个store的所有数据处理完了。

def reducer():
    salesTotal = 0
    oldKey = None
    for line in sys.stdin:
        data = line.strip().split("\t")
        if len(data) != 2:
            continue
        thisKey, thisSale = data
        if oldKey and oldKey != thisKey:
            print "{0}\t{1}".format(oldKey,salesTotal)
            salesTotal = 0
        oldKey = thisKey
        salesTotal += float(thisSale)

    if oldKey != None:  
        print(print "{0}\t{1}".format(oldKey,salesTotal))  

执行这个MapReduce任务的命令大概如下：

$HADOOP_HOME/bin/hadoop  jar $HADOOP_HOME/hadoop-streaming.jar  -mapper mapper.py  -reducer reducer.py  -file mapper.py  -file reducer.py  -input myinput  -output joboutput

通常我们也不是写完了MapReduce程序就交给Hadoop跑，而是先测验一下确保功能正确。前面我们知道了MapReduce算法运行的顺序(mapping -> intermediate records->shuffle and sort -> reducers -> result），根据这个顺序测试MapReduce算法程序就容易了。比如测试上面我们的例子程序，可以采用下面的命令:

cat input.txt | mapper.py | sort | reducer.py 

由此我们也可以得知写MapReduce算法不一定需要有Hadoop的环境哦。

下面附一些Hadoop HDFS的命令，大多和linux系统的命令有对应。

hadoop fs -ls
hadoop fs -put
hadoop fs -tail 
hadoop fs -mv  
hadoop fs -rm 
hadoop fs -mkdir 
hadoop fs -get 

好了，关于Hadoop我听说了，我了解了，然后我记下来了上面的内容。因为没有机会用，也许很快就忘了。最近在看俞敏洪的《在绝望中寻找希望》(本书可以了解俞敏洪的一些励志故事，当然是心灵鸡汤，但偶尔也需要补补的嘛)，里面说到，一个谈过恋爱的人总比没谈过的自信点。由此推之，学习任何技术，即使没机会用到，也还是有那么一点点价值的。