组网Hadoop集群部署均衡器

Hadoop主要的任务部署分为3个部份，分别是：Client机器，主节点和从节点。主节点主要负责Hadoop两个关键功能模块HDFS、MapReduce的监督。当JobTracker使用MapReduce进行监控和调度数据的并行处理时，名称节点则负责HDFS监视和调度。从节点负责了机器运行的绝大部份，担当所有数据贮存和指令计算的苦差。每一个从节点既扮演者数据节点的角色又冲当与他们主节点通讯的守护进程。守护进程隶属于JobTracker，数据节点在归属于名称节点。

Client机器集合了Hadoop上所有的集群设置，但既不包括主节点也不包括从节点。取而代之的是客户端机器的作用是把数据加载到集群中，递交给MapReduce数据处理工作的描写，并在工作结束后取回还是查看结果。在小的集群中(大约40个节点)可能会面对单物理装备处理多任务，比犹如时JobTracker和名称节点。作为大集群的中间件，一般情况下都是用独立的服务器去处理单个任务。

在真实的产品集群中是没有虚拟服务器和管理层的存在的，这样就没有了过剩的性能消耗。Hadoop在Linux系统上运行的最好，直接操作底层硬件设施。这就说明Hadoop实际上是直接在虚拟机上工作。这样在花费、易学性和速度上有着无与伦比的优势。

Hadoop集群

上面是一个典型Hadoop集群的构造。一系列机架通过大量的机架转换与机架势服务器(不是刀片服务器)连接起来，通常会用1GB还是2GB的宽带来支持连接。10GB的带宽虽然不常见，但是却能显著的提高CPU核心和磁盘驱动器的密集性。上一层的机架转换会以相同的带宽同时连接着许多机架，构成集群。大量具有本身磁盘贮存器、CPU及DRAM的服务器将成为从节点。一样有些机器将成为主节点，这些具有少许磁盘贮存器的机器却有着更快的CPU及更大的DRAM。

下面我们来看一下利用程序是怎样运作的吧：

adoop的工作流程

在计算机行业竞争如此剧烈的情况下，究竟甚么是Hadoop的生存之道?它又切实的解决了甚么问题?简而言之，商业及政府都存在大量的数据需要被快速的分析和处理。把这些大块的数据切开，然后分给大量的计算机，让计算机并行的处理这些数据—这就是Hadoop能做的。

下面这个简单的例子里，我们将有一个庞大的数据文件(给客服部门的电子邮件)。我想快速的截取下“Refund”在邮件中出现的次数。这是个简单的字数统计练习。Client将把数据加载到集群中(File.txt)，提交数据分析工作的描写(wordcout)，集群将会把结果贮存到一个新的文件中(Results.txt)，然后Client就会读结果文档。

向HDFS里写入File

Hadoop集群在没有注入数据之前是不起作用的，所以我们先从加载庞大的File.txt到集群中开始。重要的目标固然是数据快速的并行处理。为了实现这个目标，我们需要竟可能多的机器同时工作。最后，Client将把数据分成更小的模块，然后分到不同的机器上贯穿全部集群。模块分的越小，做数据并行处理的机器就越多。同时这些机器机器还可能出故障，所以为了不数据丢失就需要单个数据同时在不同的机器上处理。所以每块数据都会在集群上被重复的加载。Hadoop的默许设置是每块数据重复加载3次。这个可以通过hdfssite.xml文件中的dfs.replication参数来设置。

Client把File.txt文件分成3块。Cient会和名称节点达成协议(通常是TCP9000协议)然后得到将要拷贝数据的3个数据节点列表。然后Client将会把每块数据直接写入数据节点中(通常是TCP50010协议)。收到数据的数据节点将会把数据复制到其他数据节点中，循环只到所有数据节点都完成拷贝为止。名称节点只负责提供数据的位置和数据在族群中的去处(文件系统元数据)。

Hadoop的RackAwareness

Hadoop还具有“RackAwareness”的理念。作为Hadoop的管理员，你可以在集群中自行的定义从节点的机架数量。但是为啥这样做会给你带来麻烦呢?两个关键的缘由是：数据损失预防及网络性能。别忘了，为了避免数据丢失，每块数据都会拷贝在多个机器上。假设同一块数据的多个拷贝都在同一个机架上，而恰巧的是这个机架出现了故障，那末这带来的绝对是一团糟。为了禁止这样的事情产生，则一定要有人知道数据节点的位置，并根据实际情况在集群中作出明智的位置分配。这个人就是名称节点。

假使通个机架中两台机器对照不同机架的两台机器会有更多的带宽更低的延时。大部份情况下这是真实存在的。机架转换的上行带宽一般都低于其下行带宽。另外，机架内的通讯的延时一般都低于跨机架的(也不是全部)。那末假设Hadoop能实现“RackAwareness”的理念，那末在集群性能上无疑会有着显著的提升!是的，它真的做到了!太棒了，对不对?

但是扫兴的事情产生了，首次使用你一定要手动的去定义它。不断的优化，保持信息的准确。假设机架转换能够自动的给名称节点提供它的数据节点列表，这样又完善了?还是反过来，数据节点可以自行的告知名称节点他们所连接的机架转换，这样也的话也一样完善。

在括补结构中网络中，假设能知道名称节点可以通过OpenFlow控制器查询到节点的位置，那无疑是更加使人兴奋的。

准备HDFS写入

现在Client已把File.txt分块并做好了向集群中加载的准备，下面先从BlockA开始。Client向名称节点发出写File.txt的要求，从名称节点处取得通行证，然后得到每块数据目标数据节点的列表。名称节点使用自己的RackAwareness数据来改变数据节点提供列表。核心规则就是对每块数据3份拷贝，总有两份存在同一个机架上，另外一份则一定要放到另外一个机架上。所以给Client的列表都一定要遵从这个规则。

在Client将File.txt的“BlockA”部份写入集群之前，Client还期待知道所有的目标数据节点是否是已准备就绪。它将取出列表中给BlockA准备的第一个数据节点，打开TCP50010协议，并告知数据节点，注意!准备好接收1块数据，这里还有一份列表包括了数据节点5和数据节点6，确保他们一样已准备就绪。然后再由1转达到5，接着5转达到6。

数据节点将从一样的TCP通道中响应上一级的命令，只到Client收到原始数据节点1发送的的“就绪”。只到此刻，Client才真实的准备在集群中加载数据块。

HDFS载入通道

当数据块写入集群后，3个(固然数据节点个数参照上文的设置)数据节点将打开一个同步通道。这就意味着，当一个数据节点接收到数据后，它同时将在通道中给下一个数据节点送上一份拷贝。

这里一样是一个借助RackAwareness数据提升集群性能的例子。注意到没有，第二个和第三个数据节点运输在同一个机架中，这样他们之间的传输就取得了高带宽和低延时。只到这个数据块被成功的写入3个节点中，下一个就才会开始。

HDFS通道载入成功

当3个节点都成功的接收到数据块后，他们将给名称节点发送个“BlockReceived”报告。并向通道返回“Success”消息，然后关闭TCP回话。Client收到成功接收的消息后会报告给名称节点数据已成功接收。名称节点将会更新它元数据中的节点位置信息。Client将会开启下一个数据块的处理通道，只到所有的数据块都写入数据节点。

Hadoop会使用大量的网络带宽和存储。我们将代表性的处理一些TB级别的文件。使用Hadoop的默许配置，每一个文件都会被复制三份。也就是1TB的文件将耗费3TB的网络传输及3TB的磁盘空间。

Client写入跨度集群

每一个块的复制管道完成后的文件被成功写入到集群。如预期的文件被散布在全部集群的机器，每台机器有一个相对较小的部份数据。个文件的块数越多，更多的机器的数据有可能传播。更多的CPU核心和磁盘驱动器，意味着数据能得到更多的并行处理能力和更快的结果。这是建造大型的、宽的集群的背后的动机，为了数据处理更多、更快。当机器数增加和集群增宽时，我们的网络需要进行适当的扩大。

扩大集群的另外一种方法是深入。就是在你的机器扩大更多个磁盘驱动器和更多的CPU核心，而不是增加机器的数量。在扩大深度上，你把自己的注意力集中在用较少的机器来满足更多的网络I/O需求上。在这个模型中，你的Hadoop集群如何过渡到万兆以太网节点成为一个重要的斟酌因素。

　　名称节点

名称节点包括所有集群的文件系统元数据和监督健康状态的数据节点和调和对数据的访问。这个名字节点是HDFS的中央控制器。它本身不具有任何集群数据。这个名称节点只知道块构成一个文件，并在这些块位于集群中。

数据节点每3秒通过TCP信号交换向名称节点发送检测信号，使用相同的端口号定义名称节点守护进程，通常TCP9000。每10个检测信号作为一个块报告，那里的数据节点告知它的所有块的名称节点。块报告允许名称节点构建它的元数据和确保第三块副本存在不同的机架上存在于不同的节点上。

名称节点是Hadoop散布式文件系统(HDFS)的一个关键组件。没有它，客户端将没法从HDFS写入或读取文件，它就不可能去调度和履行MapReduce工作。正由于如此，用双电源、热插拔风扇、冗余网卡连接等等来设备名称节点和配置高度冗余的企业级服务器使一个不错的想法。

重新复制缺失副本

如果名称节点停止从一个数据节点接收检测信号，假定它已死亡，任何数据一定要也消失了。基于块从死亡节点接遭到报告，这个名称节点知道哪一个副本连同节点块死亡，并可决定重新复制这些块到其他数据节点。它还将参考机架感知数据，以保持在一个机架内的两个副本。

斟酌一下这个场景，全部机架的服务器网络脱落，或许是由于一个机架交换机故障或电源故障。这个名称节点将开始唆使集群中的其余节点重新复制该机架中丢失的所有数据块。如果在那个机架中的每一个服务器有12TB的数据，这多是数百个TB的数据需要开始穿越网络。

二级名称节点

Hadoop服务器角色被称为二级名称节点。一个常见的误解是，这个角色为名称节点提供了一个高可用性的备份，这并不是如此。

二级名称节点偶尔连接到名字节点，并获得一个副本的名字节点内存中的元数据和文件用于存储元数据。二级名称节点在一个新的文件集中结合这些信息，并将其递送回名称节点，同时本身保存一份复本。

如果名称节点死亡，二级名称节点保存的文件可用于恢复名称节点。

从HDFS客户端读取

当客户想要从HDFS读取一个文件，它再一次咨询名称节点，并要求提供文件块的位置。

客户从每一个块列表选择一个数据节点和用TCP的50010端口读取一个块。直到前块完成，它才会进入下一个块。

从HDFS中读取数据节点

有些情况下，一个数据节点守护进程本身需要从HDFS中读取数据块。一种这样的情况是数据节点被要求处理本地没有的数据，因此它一定要从网络上的另外一个数据节点检索数据，在它开始处理之前。

另外一个重要的例子是这个名称节点的RackAwareness认知提供了最好的网络行动。当数据节点询问数据块里名称节点的位置时，名称节点将检查是否是在同一机架中的另外一种数据节点有数据。如果是这样，这个名称节点从检索数据里提供了机架上的位置。该流程不需要遍历两个以上的交换机和拥堵的链接找到另外一个机架中的数据。在机架上检索的数据更快，数据处理就能够开始的更早，,工作完成得更快。

MapTask

现在file.txt在我的机器集群中蔓延，我有机会提供极为快速和高效的并行处理的数据。包括Hadoop的并行处理框架被称为MapReduce，模型中命名以后的两个步骤是Map和Reduce。

第一步是Map进程。这就是我们同时要求我们的机器他们本地的数据块上来运行一个计算。在这类情况下，我们要求我们的机器对“Refund”这个词在File.txt的数据块中出现的次数进行计数。

开始此进程，客户端机器提交MapReduce作业的JobTracker，询问“多少次不会在File.txt中出现Refund”(意译Java代码)。JobTracker查询名称节点了解哪些数据节点有File.txt块。JobTracker提供了这些节点上运行的TaskTracker与Java代码需要在他们的本地数据上履行的Map计算。这个TaskTracker启动一个Map任务和监视任务进展。这TaskTracker提供了检测信号并向JobTracker返回任务状态。

每一个Map任务完成后，每一个节点在其临时本地存储中存储其本地计算的结果。这被称作“中间数据”。下一步将通过网络传输发送此中间数据到Reduce任务终究计算节点上运行。

MapTask非本地

虽然JobTracker总是试图选择与当地数据做Maptask的节点，但它可能其实不总是能够这样做。其中一个缘由多是由于所有的节点与本地数据，已有太多的其他任务运行，并且不能接受了。

在这类情况下,JobTracker将查阅名称节点的RackAwareness知识，可推荐同一机架中的其他节点的名称节点。作业跟踪器将把这个任务交给同一机架中的一个节点，节点去寻觅的数据时，它需要的名称节点将唆使其机架中的另外一个节点来获得数据。

ReduceTask从MapTasks计算接收到的数据

第二阶段的MapReduce框架称为Reduce。机器上的Map任务已完成了和生成它们的中间数据。现在我们需要搜集所有的这些中间数据，组合并提纯以便进一步处理，这样我们会有一个终究结果。

JobTracker在集群中的任何一个节点上开始一个Reduce任务，并唆使Reduce任务从所有已完成的Map任务中获得中间数据。Map任务可能几近同时应对Reducer，致使让你一下子有大量的节点发送TCP数据到一个节点。这类流量状态通常被称为“Incast”还是“fanin”。对网络处理大量的incast条件，其重要的网络交换机具有精心设计的内部流量管理能力，和足够的缓冲区(不太大也不能太小)。

Reducer任务现在已从Map任务里搜集了所有的中间数据，可以开始最后的计算阶段。在本例中，我们只需添加出现“Refund”这个词的总数，并将结果写入到一个名为Results的txt文件里。

这个名为Results的txt文件，被写入到HDFS以下我们已涵盖的进程中，把文件分成块，流水线复制这些块等。当完成时，客户机可以从HDFS和被认为是完全的工作里读取Results.txt。

我们简单的字数统计工作其实不会致使大量的中间数据在网络上传输。但是，其他工作可能会产生大量的中间数据，比如对TB级数据进行排序。

如果你是一个勤奋的网络管理员，你将了解更多关于MapReduce和你的集群将运行的作业类型，和作业类型如何影响你的网络流量。如果你是一个Hadoop网络明星，你乃至能够提出更好的代码来解决MapReduce任务，以优化网络的性能，从而加快工作完工时间。

不平衡的Hadoop集群

Hadoop可以为你的组织提供一个真实的成功，它让你身旁的数据开发出了很多之前未发现的业务价值。当业务人员了解这一点，你可以确信，很快就会有更多的钱为你的Hadoop集群租赁更多机架服务器和网络。

当你在现有的Hadoop集群里添加新的机架服务器和网络这类情况时，你的集群是不平衡的。在这类情况下，机架1&2是我现有的包括File.txt的机架和运行我的MapReduce任务的数据。当我添加了两个新的架到集群，我的File.txt数据其实不会自动开始蔓延到新的机架。

新的服务器是闲置的，直到我开始加载新数据到集群中。另外,如果机架1&2上服务器都非常繁忙，JobTracker可能没有其他选择，但会指定File.txt上的Map任务到新的没有本地数据的服务器上。新的服务器需要通过网络去获得数据。作为结果，你可能看到更多的网络流量和较长工作完成时间。

Hadoop集群均衡器

为了弥补集群的平衡性，Hadoop还包括了均衡器。

Balancer眼光聚焦于节点间有效贮存的差异，力所能及的将平衡保持在一定的临界值上。假设发现剩余大量贮存空间的节点，Balancer将找出贮存空间剩余量少的节点并把数据剪切到有大量剩余空间的节点上。只有的终端上输入指令Balancer才会运行，当接收到终端取消命令还是终端被关闭时，Balancer将会关闭。

Balancer可以调用的网络带宽很小，默许只有1MB/s。带宽可以通过hdfssite.xml文件中的dfs.balance.bandwidthPerSec参数来设置。

Balancer是集群的好管家。没当有新机组添加时候就会用到它，乃至一经开启就会运行全部星期。给均衡器低带宽可让它保持着长时间的运行。

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