对于本文中的示例，我们使用 Cloudera Hadoop 发行版。Cloudera 提供对各种 Linux® 发行版的支持，所以很适合初学者。

本文假设您的系统上已经安装了 Java™（至少是 1.6 版）和 cURL。如果还没有，需要先安装它们（更多信息见 参考资料）。

因为我运行 Ubuntu（Intrepid 版），所以使用 apt 实用程序获取 Hadoop 发行版。这个过程非常简单，我可以获取二进制包，而不需要下载并构建源代码。首先，告诉 apt Cloudera 站点的信息。然后，在 /etc/apt/sources.list.d/cloudera.list 中创建一个新文件并添加以下文本：

deb http://archive.cloudera.com/debian intrepid-cdh3 contrib
deb-src http://archive.cloudera.com/debian intrepid-cdh3 contrib

如果您运行 Jaunty 或其他版本，只需把 intrepid 替换为您的版本名（当前支持 Hardy、Intrepid、Jaunty、Karmic 和 Lenny）。

接下来，从 Cloudera 获取 apt-key 以检查下载的包：

$ curl -s http://archive.cloudera.com/debian/archive.key | \
sudo apt-key add - sudo apt-get update

然后，安装采用伪分布式配置的 Hadoop（所有 Hadoop 守护进程在同一个主机上运行）：

$ sudo apt-get install hadoop-0.20-conf-pseudo
$

注意，这个配置大约 23MB（不包括 apt 可能下载的其他包）。这个配置非常适合体验 Hadoop 以及了解它的元素和界面。

最后，我设置了不需要密码的 SSH。如果打算使用 ssh localhost 并请求密码，就需要执行以下步骤。我假设这是专用的 Hadoop 机器，因为这个步骤对安全性有影响（见清单 1）。

清单1：设置不需要密码的SSH

$ sudo su -
# ssh-keygen -t dsa -P '' -f ~/.ssh/id_dsa
# cat ~/.ssh/id_dsa.pub >> ~/.ssh/authorized_keys

最后，需要确保主机上有供 datanode使用的足够存储空间（缓存）。存储空间不足会导致系统表现异常（比如出现无法把数据复制到节点的错误）。

启动Hadoop

现在可以启动 Hadoop 了，这实际上要启动每个 Hadoop 守护进程。但是，首先使用 hadoop 命令对 Hadoop File System (HDFS) 进行格式化。hadoop 命令有许多用途，稍后讨论其中一部分。

首先，请求 namenode 对 DFS 文件系统进行格式化。在安装过程中完成了这个步骤，但是了解是否需要生成干净的文件系统是有用的。

# hadoop-0.20 namenode -format

在确认请求之后，文件系统进行格式化并返回一些信息。接下来，启动 Hadoop 守护进程。Hadoop 在这个伪分布式配置中启动 5 个守护进程：namenode、secondarynamenode、datanode、jobtracker 和 tasktracker。在启动每个守护进程时，会看到一些相关信息（指出存储日志的位置）。每个守护进程都在后台运行。图 1 说明完成启动之后伪分布式配置的架构。

Hadoop 提供一些简化启动的辅助工具。这些工具分为启动（比如 start-dfs）和停止（比如 stop-dfs）两类。下面的简单脚本说明如何启动 Hadoop 节点：

# /usr/lib/hadoop-0.20/bin/start-dfs.sh
# /usr/lib/hadoop-0.20/bin/start-mapred.sh
#

要想检查守护进程是否正在运行，可以使用 jps 命令（这是用于 JVM 进程的 ps 实用程序）。这个命令列出 5 个守护进程及其进程标识符。

既然 Hadoop 守护进程已经在运行了，现在看看每个守护进程在 Hadoop 框架中的作用。namenode 是 Hadoop 中的主服务器，它管理文件系统名称空间和对集群中存储的文件的访问。还有一个 secondary namenode，它不是 namenode 的冗余守护进程，而是提供周期检查点和清理任务。在每个 Hadoop 集群中可以找到一个 namenode 和一个 secondary namenode。

datanode 管理连接到节点的存储（一个集群中可以有多个节点）。每个存储数据的节点运行一个 datanode 守护进程。

最后，每个集群有一个 jobtracker，它负责调度 datanode 上的工作。每个 datanode 有一个 tasktracker，它们执行实际工作。jobtracker 和 tasktracker 采用主-从形式，jobtracker 跨 datanode 分发工作，而 tasktracker 执行任务。jobtracker 还检查请求的工作，如果一个 datanode 由于某种原因失败，jobtracker 会重新调度以前的任务。

在这个简单的配置中，所有节点都驻留在同一个主机上（见 图 1）。但是，通过前面的讨论很容易看出 Hadoop 如何提供并行处理。尽管架构很简单，但是 Hadoop 能够方便地实现数据分发、负载平衡以及以容错的方式并行处理大量数据。

检查hdfs

可以通过几个检查确认 Hadoop（至少是 namenode）已经启动并正常运行。确认所有进程都在运行之后，可以使用 hadoop 命令检查本地名称空间（见清单 2）。

				
# hadoop-0.20 fs -ls /
Found 2 items
drwxr-xr-x   - root supergroup          0 2010-04-29 16:38 /user
drwxr-xr-x   - root supergroup          0 2010-04-29 16:28 /var
#

可以看出 namenode 已经启动，能够为本地名称空间提供服务。注意，使用 hadoop-0.20 命令检查文件系统。这个实用程序用于与 Hadoop 集群交互，包括检查文件系统、在集群中运行作业等等。请注意命令的结构：指定 hadoop-0.20 实用程序之后，定义一个命令（在这里是通用文件系统 shell）以及一个或多个选项（在这里使用 ls 请求文件列表）。因为 hadoop-0.20 是 Hadoop 集群的主要接口之一，您会看到本文中多次使用这个实用程序。清单 3 提供另外几个文件系统操作示例（创建子目录 test，列出它的内容，然后删除它），可以通过它们进一步了解这个接口。

# hadoop-0.20 fs -mkdir test
# hadoop-0.20 fs -ls test
# hadoop-0.20 fs -rmr test
Deleted hdfs://localhost/user/root/test
# 

既然已经安装了 Hadoop 并测试了文件系统的基本接口，现在就该在真实的应用程序中测试 Hadoop 了。在这个示例中，我们使用 MapReduce 处理一个小数据集。map（映射） 和 reduce（缩减） 源自函数式编程中的函数名，但是这个应用程序的核心功能是数据缩减。映射 是指把大量输入处理成更小的子问题集（然后把这些子问题分发给并行的工作系统）。缩减 是指把子问题的答案组合成单一输出集。注意，这里没有定义处理 的含义，因为框架允许您自己定义什么是处理。典型的 MapReduce 示例是计算单词在文档集中出现的频率。

根据前面的讨论，我们需要一个输入集并产生一个输出集。第一步是在文件系统中创建一个 input 子目录，工作将放在这个目录中。使用以下命令：

# hadoop-0.20 fs -mkdir input

接下来，在 input 目录中放一些工作。在这里，使用 put 命令把文件从本地文件系统转移到 HDFS 中（见清单 4）。注意，下面的命令格式把源文件转移到 HDFS 子目录 (input) 中。完成之后，在 HDFS 中就有两个文本文件等待处理。

				
# hadoop-0.20 fs -put /usr/src/linux-source-2.6.27/Doc*/memory-barriers.txt  input
# hadoop-0.20 fs -put /usr/src/linux-source-2.6.27/Doc*/rt-mutex-design.txt  input
#

接下来，使用 ls 命令检查文件是否存在（见清单 5）。

# hadoop-0.20 fs -ls input
Found 2 items
-rw-r--r--  1 root supergroup 78031 2010-04-29 17:35 /user/root/input/memory-barriers.txt
-rw-r--r--  1 root supergroup 33567 2010-04-29 17:36 /user/root/input/rt-mutex-design.txt 
#

确认工作已经放在 HDFS 中之后，就可以执行 MapReduce 函数了。这个函数只需要一个命令，但是需要很长的请求，见清单 6。这个命令请求执行一个 JAR。它实际上实现许多功能，但是这个示例只使用 wordcount。jobtracker 守护进程请求 datanode 执行 MapReduce 作业，这会产生相当多的输出（这里的输出比较少是因为只处理两个文件）。它显示 map 和 reduce 函数的进度，然后提供与文件系统的 I/O 和记录处理相关的统计数据。

# hadoop-0.20 jar /usr/lib/hadoop-0.20/hadoop-0.20.2+228-examples.jar \
wordcount input output
10/04/29 17:36:49 INFO input.FileInputFormat: Total input paths to process : 2
10/04/29 17:36:49 INFO mapred.JobClient: Running job: job_201004291628_0009
10/04/29 17:36:50 INFO mapred.JobClient:  map 0% reduce 0%
10/04/29 17:37:00 INFO mapred.JobClient:  map 100% reduce 0%
10/04/29 17:37:06 INFO mapred.JobClient:  map 100% reduce 100%
10/04/29 17:37:08 INFO mapred.JobClient: Job complete: job_201004291628_0009
10/04/29 17:37:08 INFO mapred.JobClient: Counters: 17
10/04/29 17:37:08 INFO mapred.JobClient:   Job Counters 
10/04/29 17:37:08 INFO mapred.JobClient:     Launched reduce tasks=1
10/04/29 17:37:08 INFO mapred.JobClient:     Launched map tasks=2
10/04/29 17:37:08 INFO mapred.JobClient:     Data-local map tasks=2
10/04/29 17:37:08 INFO mapred.JobClient:   FileSystemCounters
10/04/29 17:37:08 INFO mapred.JobClient:     FILE_BYTES_READ=47556
10/04/29 17:37:08 INFO mapred.JobClient:     HDFS_BYTES_READ=111598
10/04/29 17:37:08 INFO mapred.JobClient:     FILE_BYTES_WRITTEN=95182
10/04/29 17:37:08 INFO mapred.JobClient:     HDFS_BYTES_WRITTEN=30949
10/04/29 17:37:08 INFO mapred.JobClient:   Map-Reduce Framework
10/04/29 17:37:08 INFO mapred.JobClient:     Reduce input groups=2974
10/04/29 17:37:08 INFO mapred.JobClient:     Combine output records=3381
10/04/29 17:37:08 INFO mapred.JobClient:     Map input records=2937
10/04/29 17:37:08 INFO mapred.JobClient:     Reduce shuffle bytes=47562
10/04/29 17:37:08 INFO mapred.JobClient:     Reduce output records=2974
10/04/29 17:37:08 INFO mapred.JobClient:     Spilled Records=6762
10/04/29 17:37:08 INFO mapred.JobClient:     Map output bytes=168718
10/04/29 17:37:08 INFO mapred.JobClient:     Combine input records=17457
10/04/29 17:37:08 INFO mapred.JobClient:     Map output records=17457
10/04/29 17:37:08 INFO mapred.JobClient:     Reduce input records=3381

处理结束之后，检查结果。这个作业的作用是计算单词在输入文件中出现的次数。输出是一个包含元组的文件，元组表示单词和它在输入中出现的次数。找到输出文件之后，可以通过 hadoop-0.20 实用程序使用 cat 命令查看数据（见清单 7）。

# hadoop-0.20 fs -ls /user/root/output
Found 2 items
drwxr-xr-x   - root supergroup          0 2010-04-29 17:36 /user/root/output/_logs
-rw-r--r--   1 root supergroup      30949 2010-04-29 17:37 /user/root/output/part-r-00000
#  
# hadoop-0.20 fs -cat output/part-r-00000 | head -13
!= 1
"Atomic 2
"Cache 2
"Control 1
"Examples 1
"Has 7
"Inter-CPU 1
"LOAD 1
"LOCK" 1
"Locking 1
"Locks 1
"MMIO 1
"Pending 5
#

还可以使用 hadoop-0.20 实用程序从 HDFS 中提取文件（见清单 8）。只需使用 get 实用程序（它与前面在 HDFS 中写文件所用的put 相似）。对于 get 操作，指定 HDFS 中要提取的文件（来自 output 子目录）和在本地文件系统中要写的文件 (output.txt)。

# hadoop-0.20 fs -get output/part-r-00000 output.txt
# cat output.txt | head -5
!= 1
"Atomic 2
"Cache 2
"Control 1
"Examples 1
# 

我们再来看一个示例，它使用相同的 JAR，但是目的不同（在这里要试验并行的 grep）。对于这个测试，仍然使用现有的输入文件，但是要删除 output 子目录以便在测试时重新创建它：

# hadoop-0.20 fs -rmr output
Deleted hdfs://localhost/user/root/output

接下来，请求用于执行 grep 的 MapReduce 作业。在这种情况下，并行执行 grep（映射），然后组合 grep 的结果（缩减）。清单 9 给出这个使用模型的输出（为了简短，这里删除了一些输出）。注意，这里的命令请求是一个 grep，它从 input 子目录获取输入，把结果放在 output 子目录中。最后一个参数是要搜索的字符串（在这里是 'kernel'）。

# hadoop-0.20 jar /usr/lib/hadoop/hadoop-0.20.2+228-examples.jar \
grep input output 'kernel'
10/04/30 09:22:29 INFO mapred.FileInputFormat: Total input paths to process : 2
10/04/30 09:22:30 INFO mapred.JobClient: Running job: job_201004291628_0010
10/04/30 09:22:31 INFO mapred.JobClient:  map 0% reduce 0%
10/04/30 09:22:42 INFO mapred.JobClient:  map 66% reduce 0%
10/04/30 09:22:45 INFO mapred.JobClient:  map 100% reduce 0%
10/04/30 09:22:54 INFO mapred.JobClient:  map 100% reduce 100%
10/04/30 09:22:56 INFO mapred.JobClient: Job complete: job_201004291628_0010
10/04/30 09:22:56 INFO mapred.JobClient: Counters: 18
10/04/30 09:22:56 INFO mapred.JobClient:   Job Counters 
10/04/30 09:22:56 INFO mapred.JobClient:     Launched reduce tasks=1
10/04/30 09:22:56 INFO mapred.JobClient:     Launched map tasks=3
10/04/30 09:22:56 INFO mapred.JobClient:     Data-local map tasks=3
10/04/30 09:22:56 INFO mapred.JobClient:   FileSystemCounters
10/04/30 09:22:56 INFO mapred.JobClient:     FILE_BYTES_READ=57
10/04/30 09:22:56 INFO mapred.JobClient:     HDFS_BYTES_READ=113144
10/04/30 09:22:56 INFO mapred.JobClient:     FILE_BYTES_WRITTEN=222
10/04/30 09:22:56 INFO mapred.JobClient:     HDFS_BYTES_WRITTEN=109
...
10/04/30 09:23:14 INFO mapred.JobClient:     Map output bytes=15
10/04/30 09:23:14 INFO mapred.JobClient:     Map input bytes=23
10/04/30 09:23:14 INFO mapred.JobClient:     Combine input records=0
10/04/30 09:23:14 INFO mapred.JobClient:     Map output records=1
10/04/30 09:23:14 INFO mapred.JobClient:     Reduce input records=1
#

作业完成之后，检查 output 目录，找到结果文件，然后通过执行文件系统 cat 操作查看其内容（见清单 10）。

清单10检查MapReduce的输出结果

# hadoop-0.20 fs -ls output
Found 2 items
drwxr-xr-x  - root supergroup    0 2010-04-30 09:22 /user/root/output/_logs
-rw-r--r--  1 root supergroup   10 2010-04-30 09:23 /user/root/output/part-00000
# hadoop-0.20 fs -cat output/part-00000
17 kernel
# 

基于web的界面

您已经知道如何检查 HDFS 了，但是如果要寻找 Hadoop 的操作的相关信息，会发现 Web 界面很有用。位于 Hadoop 集群最上层的是 namenode，它管理 HDFS。可以通过 http://localhost:50070 查看文件系统的高层信息（比如可用空间、已用空间和可用的 datanode）以及正在运行的作业。可以通过 http://localhost:50030 深入检查 jobtracker（作业状态）。注意，在这两种情况下都引用 localhost，因为所有守护进程都在同一个主机上运行。

进阶

分布式Hadoop的架构

根据 用 Hadoop 进行分布式数据处理，第 1 部分：入门，所有 Hadoop 守护进程都在同一个主机上运行。尽管不运用 Hadoop 的并行性，这个伪分布式配置提供一种简单的方式来以最少的设置测试 Hadoop 的功能。现在，让我们使用机器集群探讨一下 Hadoop 的并行性。

根据第 1 部分，Hadoop 配置定义了让所有 Hadoop 守护进程在一个节点上运行。因此，让我们首先看一下如何自然分布 Hadoop 来执行并行操作。在一个分布式 Hadoop 设置中，您有一个主节点和一些从节点（见图 1）。

如图 1 所示，主节点包括名称节点、从属名称节点和 jobtracker 守护进程（即所谓的主守护进程）。此外，这是您为本演示管理集群所用的节点（使用 Hadoop 实用程序和浏览器）。从节点包括 tasktracker 和数据节点（从属守护进程）。两种设置的不同之处在于，主节点包括提供 Hadoop 集群管理和协调的守护进程，而从节点包括实现 Hadoop 文件系统（HDFS）存储功能和 MapReduce 功能（数据处理功能）的守护进程。

对于该演示，在一个 LAN 上创建一个主节点和两个从节点。设置如图 2 所示。现在，我们来探讨用于多节点分布的 Hadoop 的安装和配置。

为简化部署，要运用虚拟化技术，该技术有几个好处。尽管在该设置中使用虚拟化技术看不出性能优势，但是它可以创建一个 Hadoop 安装，然后为其他节点克隆该安装。为此，您的 Hadoop 集群应显示如下：在一个主机上的虚拟机监控程序上下文中将主从节点作为虚拟机（VM）运行（见图 3）。

下一步是执行一个 MapReduce 作业，以验证整个设置运作正常（见清单 13）。该进程的第一步是要引入一些数据。因此，首先创建一个目录来容纳您的输入数据（称为 input），创建方式是使用 hadoop-0.20 实用程序的 mkdir 命令。然后，使用 hadoop-0.20 的put 命令将两个文件放到 HDFS 中。您可以使用 Hadoop 实用程序的 ls 命令检查输入目录的内容。

				
root@master:~# hadoop-0.20 fs -mkdir input
root@master:~# hadoop-0.20 fs -put \
  /usr/src/linux-source-2.6.27/Doc*/memory-barriers.txt input
root@master:~# hadoop-0.20 fs -put \
  /usr/src/linux-source-2.6.27/Doc*/rt-mutex-design.txt input
root@master:~# hadoop-0.20 fs -ls input
Found 2 items
-rw-r--r--  2 root supergroup  78031 2010-05-12 14:16 /user/root/input/memory-barriers.txt
-rw-r--r--  2 root supergroup  33567 2010-05-12 14:16 /user/root/input/rt-mutex-design.txt
root@master:~# 

下一步，启动 wordcount MapReduce 作业。与在伪分布式模型中一样，指定输入子目录（包含输入文件）和输出目录（不存在，但会由名称节点创建并用结果数据填充）：

root@master:~# hadoop-0.20 jar \
  /usr/lib/hadoop-0.20/hadoop-0.20.2+228-examples.jar wordcount input output
10/05/12 19:04:37 INFO input.FileInputFormat: Total input paths to process : 2
10/05/12 19:04:38 INFO mapred.JobClient: Running job: job_201005121900_0001
10/05/12 19:04:39 INFO mapred.JobClient:  map 0% reduce 0%
10/05/12 19:04:59 INFO mapred.JobClient:  map 50% reduce 0%
10/05/12 19:05:08 INFO mapred.JobClient:  map 100% reduce 16%
10/05/12 19:05:17 INFO mapred.JobClient:  map 100% reduce 100%
10/05/12 19:05:19 INFO mapred.JobClient: Job complete: job_201005121900_0001
10/05/12 19:05:19 INFO mapred.JobClient: Counters: 17
10/05/12 19:05:19 INFO mapred.JobClient:   Job Counters 
10/05/12 19:05:19 INFO mapred.JobClient:     Launched reduce tasks=1
10/05/12 19:05:19 INFO mapred.JobClient:     Launched map tasks=2
10/05/12 19:05:19 INFO mapred.JobClient:     Data-local map tasks=2
10/05/12 19:05:19 INFO mapred.JobClient:   FileSystemCounters
10/05/12 19:05:19 INFO mapred.JobClient:     FILE_BYTES_READ=47556
10/05/12 19:05:19 INFO mapred.JobClient:     HDFS_BYTES_READ=111598
10/05/12 19:05:19 INFO mapred.JobClient:     FILE_BYTES_WRITTEN=95182
10/05/12 19:05:19 INFO mapred.JobClient:     HDFS_BYTES_WRITTEN=30949
10/05/12 19:05:19 INFO mapred.JobClient:   Map-Reduce Framework
10/05/12 19:05:19 INFO mapred.JobClient:     Reduce input groups=2974
10/05/12 19:05:19 INFO mapred.JobClient:     Combine output records=3381
10/05/12 19:05:19 INFO mapred.JobClient:     Map input records=2937
10/05/12 19:05:19 INFO mapred.JobClient:     Reduce shuffle bytes=47562
10/05/12 19:05:19 INFO mapred.JobClient:     Reduce output records=2974
10/05/12 19:05:19 INFO mapred.JobClient:     Spilled Records=6762
10/05/12 19:05:19 INFO mapred.JobClient:     Map output bytes=168718
10/05/12 19:05:19 INFO mapred.JobClient:     Combine input records=17457
10/05/12 19:05:19 INFO mapred.JobClient:     Map output records=17457
10/05/12 19:05:19 INFO mapred.JobClient:     Reduce input records=3381
root@master:~#

最后一步是探索输出数据。由于您运行了 wordcount MapReduce 作业，结果是一个文件（从已处理映射文件缩减而来）。该文件包含一个元组列表，表示输入文件中找到的单词和它们在所有输入文件中出现的次数：

root@master:~# hadoop-0.20 fs -ls output
Found 2 items
drwxr-xr-x   - root supergroup          0 2010-05-12 19:04 /user/root/output/_logs
-rw-r--r--   2 root supergroup      30949 2010-05-12 19:05 /user/root/output/part-r-00000
root@master:~# hadoop-0.20 fs -cat output/part-r-00000 | head -13
!=	1
"Atomic	2
"Cache	2
"Control	1
"Examples	1
"Has	7
"Inter-CPU	1
"LOAD	1
"LOCK"	1
"Locking	1
"Locks	1
"MMIO	1
"Pending	5
root@master:~# 

尽管 hadoop-0.20 实用程序的功能极其丰富，但有时使用一个 GUI 会更方便。在执行文件系统检测时，您可以通过 http://master:50070 链接到名称节点，通过 http://master:50030 连接到 jobtracker 。您可以通过名称节点检测 HDFS，如图 5 所示，在这里您检测输入目录（包含输入数据 — 见上面 清单 13）。

通过 jobtracker，您可以检测运行中或已完成的作业。在图 6 中，您可以看到对最后一个作业的检测（来自 清单 14）。该图展示了作为 Java 存档（JAR）请求的输出发出的各种数据，以及任务的状态和数量。注意，这里执行了两个映射任务（每个输入文件一个映射）和一个缩减任务（用于缩减两个映射输入）。

最后，您可以通过名称节点检查数据节点的状态。名称节点主页确定活动节点和死节点（作为链接）的数量，且允许您进一步检测它们。图 7 所示的页面显示了活动数据节点以及每个节点的统计数据。

通过名称节点和 jobtracker Web 界面，可以查看许多其他视图，但出于简洁，只显示该样例集。在名称节点和 jobtracker Web 页面内，您会找到大量链接，从而引导您获取有关 Hadoop 配置和操作的其他信息（包括运行时日志）。

此系列的文章 专注于单节点和多节点集群的 Hadoop 安装及配置。最后这篇文章探索了 Hadoop 编程 — 特别是在 Ruby 语言中 map 和 reduce 应用程序开发。我之所以选择 Ruby，首先是因为，它是一个您应该知道的很棒的面向对象的脚本语言，其次，您将在 参考资料 部分发现很多参考，其中包括解决 Java™ 和 Python 语言的教程。通过这种 MapReduce 编程的探索，将向您介绍流式应用程序编程接口（Application Programming Interface，API）。此 API 提供方法以便在 Java 语言以外的多种语言中开发应用程序。

让我们开始简要介绍一下 map 和 reduce（从功能的角度考虑），然后再进一步钻研 Hadoop 编程模型及其体系结构和用来雕刻、分配、管理工作的元素。

第 3 部分: 应用程序开发

maphe reduce的起源

是什么功能性元素激发了 MapReduce 编程范例的创立？在 1958 年，John McCarthy 发明了名为 Lisp 的语言，其实现了数值和符号计算，但在递归形式下此语言非常不同于现在所使用的大多数语言。（在维基百科全书上记述着 Lisp 那段迷人的历史，同时包括一个有用的教程 — 值得您花费时间来阅读。）Lisp 最先是在 IBM® 704 中实现的，IBM® 704 是第一种大规模生产的计算机，也支持其他旧的语言，如 FORTRAN。

map 函数，源于功能性语言（如 Lisp）但如今在其他语言中也很常见，其中包含了一系列元素的函数的应用程序。这意味着什么？ 清单 1 通过 Scheme Shell (SCSH) 提供解释会话，即一个 Lisp 衍生。第一行定义一个名为 square 的函数，该函数可接受参数并发出其平方根。下一行说明 map 函数的使用。如图所示，通过 map，为已应用的函数提供您的函数和一系列元素。结果是一个包含平方元素的新列表。

> (define square (lambda (x) (* x x)))
> (map square '(1 3 5 7))
'(1 9 25 49)
>

Reduce 也适用于列表但是通常将列表缩减为标量值。清单 2中提供的示例说明用于将列表缩减为标量的其他 SCSH 函数 — 在这种情况下，用 (1 + (2 + (3 + (4 + (5))))) 的格式汇总值的列表。请注意这是典型的功能性编程，取决于迭代上的递归。

> (define (list-sum lis) (if (null? lis) 0 (+ (car lis) (list-sum (cdr lis)))))
> (list-sum '(1 2 3 4 5))
15
> 

有趣的是要注意递归与迭代在命令性语言中同样高效，因为递归在幕后被转化成迭代。

hadoop的编程模型

Google 引用 MapReduce 的概念作为处理或生成大型数据集的编程模型。在规范模型中，map 函数处理键值对，这将得出键值对的中间集。然后 reduce 函数会处理这些中间键值对，并合并相关键的值（请参考图 1）。输入数据使用这样一种方法进行分区，即在并行处理的计算机集群中分区的方法。使用相同的方法，已生成的中间数据将被并行处理，这是处理大量数据的理想方法。

对于快速刷新器来说，查看图 1 的体系结构，从 map 和 reduce 角度来进行字数统计（因为您将在本文中开发 map 和 reduce 应用程序)。在提供输入数据时（进入 Hadoop 文件系统 [HDFS]），首先分段，然后分配给 map 工作线程（通过作业跟踪器）。虽然 图 2 中的示例显示了一个被分段的简短语句，但是分段的工作数量通常在 128MB 范围内，其原因是建立工作只需要很少的时间，因为有更多的工作要做，以便最大限度地减少这种开销。map 工作线程（在规范的示例中）将工作分割成包含已标记单词和初始值（在此情况下是 1）的单个矢量。在 map 任务完成时（如通过任务跟踪器在 Hadoop 中所定义的），提供工作给 reduce 工作线程。通过代表所发现的键的数量的值，reduce 工作线程将许多键缩减为一个惟一的集合。

请注意此过程可在相同的或不同的计算机中出现或者使用不同的数据分区来按顺序或并行完成，且结果仍然是相同的。

虽然规范的视图（用于使用字数统计生成搜索索引）是一种用来查看 Hadoop 方法，但结果是此计算模型被常规地应用到可计算问题上，正如您将要看到的那样。

hadoop的灵活性

从 图 2 中所示的简单示例看，需注意 map 和 reduce 过程这两个主要元素。虽然这里存在一个这些过程如何工作的传统视图，但是它不是 map 和 reduce 体系结构所需要的。这就是 Hadoop 的真实力量 — 其灵活性用来实现在某种程度上活动的 map 和 reduce 过程，这解决了一个特定的应用程序。虽然字数统计示例对于大量的问题是有用且适用的，但是其他的模型仍然在此总体框架内适用。所需的就是使 map 和 reduce 应用程序的开发过程对于 Hadoop 可见。

在其他的应用程序中，Hadoop 已经被用于实现包括神经网络算法的计算机学习应用程序，支持矢量计算机以及 k-means 集群（要获得更多信息，请参考 参考资料 部分）。

数据流

虽然 Hadoop 是一个基于 Java 的框架，但是其有可能在 Java 语言以外的语言中编写 msp 和 reduce 应用程序。Hadoop 内的 流 实用工具实现了一种数据流胶的类型。通过 流 实用工具，您可以定义您自己的可执行 map 和 reduce（使用每一个从标准输入 [stdin] 提取的输入和每一个通过标准输出 [stdout] 提供的输出），且 流 实用工具可适当地读取和写入数据，根据需要调用您的应用程序（请参考清单 3）。

				
hadoop jar $HADOOP_HOME/hadoop-流.jar \
	-input inputData
	-output outputData
	-mapper map_exec
	-reducer reduce_exec

清单 3 说明如何在 Hadoop 内使用 流 实用工具，图 3 图形化地显示了如何定义流。请注意这是一个流使用的简单示例。大量的选项可用于制定如何解析数据、制定如何调用图像、为分区器和合成器指定替换图像以及调整其他配置（要获得更多信息，请参考 参考资料 部分）。

Ruby示例

通过已经获得的在 流 实用工具基本理解上的经验，您已经准备编写一个简单的 Ruby map 和 reduce 应用程序并查看如何在 Hadoop 框架中使用过程。虽然此处的示例伴随着规范的 MapReduce 应用程序，但是稍后您将看到其他的应用程序（取决于您将如何用 map 和 reduce 格式实现它们）。

首选是 mapper。此脚本从 stdin 提取文本输入，首先标记它，然后将一系列键值对发送到 stdout。像大多数面向对象的脚本语言一样，这个任务几乎太简单了。如清单 4 中所示的 mapper 脚本（通过一些注释和空白区域可给与其大一点的大小）。此程序使用一个迭代器来从 stdin 中读取一行，同时另一个迭代器将该行分割成单个的标记。使用为 1 的相关值（通过选项卡分隔）将每一个标记（单词）发送到 stdout。

#!/usr/bin/env ruby

# Our input comes from STDIN
STDIN.each_line do |line|

  # Iterate over the line, splitting the words from the line and emitting
  # as the word with a count of 1.
  line.split.each do |word|
    puts "#{word}\t1"
  end

end

下一步，查看 reduce 应用程序。虽然此应用程序稍微有些复杂，但是使用 Ruby hash（关联阵列）可简化 reduce 操作（请参考清单 5）。此脚本可通过来自 stdin （通过 流 实用工具传递）的输入数据再次工作且将该行分割成一个单词或值。而后该 hash 会检查该单词；如果发现，则将计数添加到元素。否则，您需要在该单词的 hash 中创建新的条目，然后加载计数（应该是来自 mapper 过程的 1）。在所有输入都被处理以后，通过 hash 可简单迭代且将键值对发送到 stdout。

#!/usr/bin/env ruby

# Create an empty word hash
wordhash = {}

# Our input comes from STDIN, operating on each line
STDIN.each_line do |line|

  # Each line will represent a word and count
  word, count = line.strip.split

  # If we have the word in the hash, add the count to it, otherwise
  # create a new one.
  if wordhash.has_key?(word)
    wordhash[word] += count.to_i
  else
    wordhash[word] = count.to_i
  end

end

# Iterate through and emit the word counters
wordhash.each {|record, count| puts "#{record}\t#{count}"}

随着 map 和 reduce 脚本的完成，需从命令行测试它们。记得要使用 chmod +x 将这些文件更改为可执行。通过生成输入文件来启动，如清单 6 所示。

# echo "Hadoop is an implementation of the map reduce framework for " \
	"distributed processing of large data sets." > input
#

通过单词输入，现在您可以测试您的 mapper 脚本，如清单 7 所示。回想此脚本简单地将输入标记到键值对，此处每个值都将是1（非惟一输入）。

# cat input | ruby map.rb
Hadoop	1
is	1
an	1
implementation	1
of	1
the	1
map	1
reduce	1
framework	1
for	1
distributed	1
processing	1
of	1
large	1
data	1
sets.	1
#

到目前为止，一切都很顺利。现在，在原始流格式中将整个应用程序一起调出。在清单 8 中，通过 map 脚本传递您的输入、排序输出（可选步骤）、然后通过 reduce 脚本传递由此产生的中间数据。

清单8 使用linux管道的简单mapreduce

# cat input | ruby map.rb | sort | ruby reduce.rb
large	1
of	2
framework	1
distributed	1
data	1
an	1
the	1
reduce	1
map	1
sets.	1
Hadoop	1
implementation	1
for	1
processing	1
is	1
#

使用hadoop的ruby

在 shell 环境中您的 map 和 reduce 脚本按预期工作，通过 Hadoop 将它们放入测试中。我将会跳过 Hadoop 安装任务（参考本系列的 用 Hadoop 进行分布式数据处理，第 1 部分：入门 或 用 Hadoop 进行分布式数据处理，第 2 部分：进阶 以便建立 Hadoop 并使其运行）。

第一步将要在 HDFS 内为您的输入信息创建输入字典，然后提供一个将测试您脚本的简单文件。清单 9 说明了此步骤（有关这些步骤的更多信息，请参考本系列的 用 Hadoop 进行分布式数据处理，第 1 部分：入门 或 用 Hadoop 进行分布式数据处理，第 2 部分：进阶）。

# hadoop fs -mkdir input
# hadoop dfs -put /usr/src/linux-source-2.6.27/Documentation/memory-barriers.txt input
# hadoop fs -ls input
Found 1 items
-rw-r--r--  1 root supergroup  78031 2010-06-04 17:36 /user/root/input/memory-barriers.txt
# 

下一步，使用 流 实用工具，通过自定义脚本来调用 Hadoop，简化输出的输入数据和位置（请参考清单 10）。在此示例中请注意 -file 选项会简单地告诉 Hadoop 来打包您的 Ruby 脚本作为部分作业提交。

请单10 使用ruby mapreduce脚本使用hadoop流

# hadoop jar /usr/lib/hadoop-0.20/contrib/streaming/hadoop-0.20.2+228-streaming.jar \
  -file /home/mtj/ruby/map.rb -mapper /home/mtj/ruby/map.rb \
  -file /home/mtj/ruby/reduce.rb -reducer /home/mtj/ruby/reduce.rb \
  -input input/* -output output
packageJobJar: [/home/mtj/ruby/map.rb, /home/mtj/ruby/reduce.rb, /var/lib/hadoop-0.20/...
10/06/04 17:42:38 INFO mapred.FileInputFormat: Total input paths to process : 1
10/06/04 17:42:39 INFO streaming.StreamJob: getLocalDirs(): [/var/lib/hadoop-0.20/...
10/06/04 17:42:39 INFO streaming.StreamJob: Running job: job_201006041053_0001
10/06/04 17:42:39 INFO streaming.StreamJob: To kill this job, run:
10/06/04 17:42:39 INFO streaming.StreamJob: /usr/lib/hadoop-0.20/bin/hadoop job ...
10/06/04 17:42:39 INFO streaming.StreamJob: Tracking URL: http://localhost:50030/...
10/06/04 17:42:40 INFO streaming.StreamJob:  map 0%  reduce 0%
10/06/04 17:43:17 INFO streaming.StreamJob:  map 100%  reduce 0%
10/06/04 17:43:26 INFO streaming.StreamJob:  map 100%  reduce 100%
10/06/04 17:43:29 INFO streaming.StreamJob: Job complete: job_201006041053_0001
10/06/04 17:43:29 INFO streaming.StreamJob: Output: output
# 

最后，通过 hadoop 实用工具使用 cat 文件系统操作来探索输出（请参考清单 11）。

# hadoop fs -ls /user/root/output
Found 2 items
drwxr-xr-x  - root supergroup      0 2010-06-04 17:42 /user/root/output/_logs
-rw-r--r--  1 root supergroup  23014 2010-06-04 17:43 /user/root/output/part-00000
# hadoop fs -cat /user/root/output/part-00000 | head -12
+--->|	4
immediate	2
Alpha)	1
enable	1
_mandatory_	1
Systems	1
DMA.	2
AMD64	1
{*C,*D},	2
certainly	2
back	2
this	23
# 

在不到 30 行的脚本中，您已经在 Hadoop 框架内实现了 map 和 reduce 元素并演示了它们的执行。虽然是一个简单的示例，但是通过自定义的和专有的算法说明了 Hadoop 背后真实的力量以及为什么 Hadoop 正在成为一种用于处理大型数据集的流行框架。

hadoop其他的应用程序

Hadoop 可用于许多应用程序上，其已超越了为大型数据集简单计算字数的工作。所有这一切的需要就是用矢量格式表达 Hadoop 基础设施可以使用的数据。虽然规范的示例使用矢量表达作为键和值，但是并没有限制您如何来定义值（例如一些值的汇总）。在更加丰富的应用程序集中此灵活性可以为 Hadoop 创造新的机会。

一个一直适合 MapReduce 字数统计模型的有趣的应用程序正在把 Web 服务器访问的频率制表（在开创性 Google 文章中讨论）。对于此应用程序来说，URL 作为键来服务（从 Web 服务器访问日志摄取）。reduce 过程的结果是基于 Web 服务器日志的给定 Web 站点的每次 URL 访问的总数。

在计算机学习用户程序中，Hadoop 已经作为处理大量 GA 个体的规模遗传算法的一种方法（潜在解决方案）。map 过程执行传统的遗传算法，从本地池中搜索最佳单个解决方案。然后 reduce 应用程序成为来自 map 阶段的单个解决方案的集成。这会允许单个节点识别最佳解决方案，然后允许这些解决方案在最适于生存的分布式显示的 reduce 阶段中相互竞争。

另外一个有趣的应用程序被创建用于识别僵尸网络的垃圾邮件。此过程的第一步将会为减少垃圾邮件为目的而对电子邮件按来自给定组织而进行分类（基于一组指纹）。根据过滤的这些数据，对以特定方式（例如参考电子邮件正文中的相同链接）连接的邮件生成一个图表。然后这些相关电子邮件会减少至主机（静态或动态 IP 地址）以识别有问题的僵尸网络。

在应用程序之外通过 map 和 reduce 基元来查看世界，Hadoop 作为在计算机集群之间分配工作的方式非常有用。 Map 和 reduce 并非必须强制某种特定类型的应用程序。相反地，Hadoop 可以被视为一种可以同时将数据和算法分配到主机以获得更快速的并行处理速度的方法。

hadoop应用程序生态环境

虽然 Hadoop 提供了一个灵活的架构，但也可以使用其他应用程序转换与其他应用程序的界面。一个有趣的示例称为 Hive，它是一个具有自己特定查询语言（称为 Hive QL）的数据仓库基础结构。Hive 使得 Hadoop 更加熟悉结构化查询语言 (SQL) 背景，同时还支持传统的 MapReduce 基础结构来进行数据处理。

HBase 是另外一种位于 HDFS 顶部的有趣的应用程序。它是一个类似于 Google BigTable 的高性能数据库系统。代替传统的文件处理，HBase 使数据库将 MapReduce 处理的输入和输出格式列表。

最后，Pig 是 Hadoop 中用于分析大型数据集的平台。Pig 提供可编译 map 和 reduce 应用程序的高级语言。

参考文献：

• MapReduce：大型集群中的简化数据处理 是有关 MapReduce 的开创性文章，其由 Jeff Dean 和 Sanjay Ghemawat 于 2004 年编写。本文仍是一个令人愉快的阅读物。
  
  
• 本文探索了 Hadoop 的 流 实用工具，其允许在 Java 语言以外的多种语言中开发 map 和 reduce 脚本。Apache 为 流 提供了一套非常好的资源，包括 Hadoop 流 文档和 流 wiki（为各种命令行选项提供了很好的介绍）。
  
  
• Wikipedia 为 Lisp 和 Scheme 语言提供了很好的介绍以及为 功能性编程概念 提供了一般介绍（和 MapReduce）。
  
  
• 要演示 map 和 reduce 的功能性编程元素，本文使用了 Scheme shell。如果您曾经想尝试 Scheme，则 SCSH 是一个很好的沙盒去尝试这种强大的语言。您也可以在 Tim 的文章 用 Guile 编写脚本（developerWorks，2009 年 1 月）中学习有关 Scheme 和通过 C 编写脚本，或阅读一个很好的 Scheme 介绍。 
  
  
• 在文章 Map-Reduce for Machine Learning on Multicore 中，MapReduce 模型被用于为多核处理器实现各种不同的计算机学习算法。这是一个有趣的阅读用来探索 MapReduce 模型如何应用到各种不同的可计算算法。
  
  
• 配置单元 是一个建立在 Hadoop 顶部的数据舱库基础结构。其在 Hadoop 数据上提供查询语言，此语言支持传统的 Hadoop 编程模型。HBase 是数据库在 Hadoop 的 HDFS 上的表现，在简单文件上执行 MapReduce 以操作数据库表。最后，Pig 是一个包括适用于 Hadoop 编程的高级语言的大型数据库集分析的平台。
  
  
• Ruby 语言是最新的面向对象的脚本语言。其动态关注程序员工作效率。
  
  
• 检查 学术文章中的 Mapreduce 和 Hadoop 算法 的列表。此站点提供有关 Hadoop 如何用于各种不同的应用程序的有趣观点（来自科学、计算机学习、web 服务，等等）。
  
  
• Yahoo! 在 开发人员网络 中提供了很好的 Hadoop 资源集。特别是，Yahoo! Hadoop 教程 介绍了 Hadoop 并提供其使用与配置的详细讨论。
  
  
• 在 developerWorks Linux 专区 寻找为 Linux 开发人员（包括 Linux 新手入门）准备的更多参考资料，查阅我们 最受欢迎的文章和教程。 
  
  
• 在 developerWorks 上查阅所有 Linux 技巧 和 Linux 教程。 
  
  
• 随时关注 developerWorks 技术活动和网络广播。 
  
  
• 观看 developerWorks 演示中心，其范围从适用于初学者的产品安装和设置演示到适用于有经验的开发人员的高级功能。

• Yahoo! 的 Doug Cutting（现在在 Cloudera）为支持 Nutch 搜索引擎的分发开发了 Hadoop。
  
  
• 用于 Hadoop 开发的主站点 是一个 Apache 项目。
  
  
• Cloudera 提供预打包的 Hadoop 和 VM，简化了 Hadoop 的安装。 
  
  
• 查看 Google 最近授予 Hadoop 的 许可证，这个许可证让用户可以放心地使用 Hadoop，不需要担心法律问题。Google 拥有 Hadoop 的思想的专利（专利 7,650,331 中定义的高效大规模数据处理）。
  
  
• 阅读 “使用 Linux 和 Hadoop 进行分布式计算”（developerWorks，2008 年 12 月）和最近的 "用 Linux 和 Apache Hadoop 进行云计算"（developerWorks，2009 年 10 月），了解 Hadoop 及其架构的更多信息。 
  
  
• 阅读 Google 的开创性文章 MapReduce: Simplified Data Processing on Large Clusters，了解这种函数式编程风格。
  
  
• 查看 Wikipedia 上对 MapReduce 的介绍。 
  
  
• 在 Apache 网站上查看 Hadoop 实用程序的命令。
  
  
• 了解 Hadoop on the horizon 和 IBM 的 jStart（新兴技术项目）。在 jStart，还可以了解 BigSheets，这是通过 Web 数据扩展业务智能化的 IBM mashup。 
  
  
• 在 developerWorks Linux 专区 寻找为 Linux 开发人员（包括 Linux 新手入门）准备的更多参考资料，查阅我们 最受欢迎的文章和教程。 
  
  
• 在 developerWorks 上查阅所有 Linux 技巧 和 Linux 教程。 
  
  
• 随时关注 developerWorks 技术活动和网络广播。 
  
  
• 观看 developerWorks 演示中心，包括面向初学者的产品安装和设置演示，以及为经验丰富的开发人员提供的高级功能。

• 本系列的第 1 部分，用 Hadoop 进行分布式数据处理，第 1 部分：入门（developerWorks，2010 年 5 月）向您展示了如何为实现伪分布式配置而安装 Hadoop（即在一个节点上运行所有守护进程）。
  
  
• 本系列文章使用的 Cloudera 分布 带有大量外形因子，从可安装包到源或 VM。您可以在 Cloudera 主页 上了解更多相关内容。Cloudera 还有一套精致的 Hadoop 安装和使用文档（除了 Pig 和 Hive，Hadoop 的大型数据集操作语言和构建于 Hadoop 上的数据仓库基础设施）。
  
  
• 在 Apache.org 上查看 集群设置，获取 core-site.xml、mapred-site.xml 和 hdfs-site.xml 的完整属性列表。 
  
  
• 参阅 Michael Noll 有关 如何使用 Hadoop 的有用资源以及其他有趣主题。
  
  
• Yahoo! 在 开发人员网络 上提供了 一整套 Hadoop 资源。特别是 Yahoo! Hadoop Tutorial，该教程介绍了 Hadoop 并详细讨论了其使用和配置。
  
  
• 阅读 “使用 Linux 和 Hadoop 进行分布式计算”（developerWorks，2008 年 12 月）和最近的 “用 Linux 和 Apache Hadoop 进行云计算”（developerWorks，2009 年 10 月），了解 Hadoop 及其架构的更多信息。
  
  
• 在 developerWorks Linux 专区 寻找为 Linux 开发人员（包括 Linux 新手入门）准备的更多参考资料，查阅我们 最受欢迎的文章和教程。 
  
  
• 在 developerWorks 上查阅所有 Linux 技巧 和 Linux 教程。 
  
  
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