大数据进阶之路——Spark SQL环境搭建-阿里云开发者社区

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大数据概述

定义和特征
- 海量的计算
- 大量的用户全体
- 数据分析
- 数据管理
4V特征

1.Volume（大量）
截至目前，人类生产的所有印刷材料的数据量是200PB，而历史上全人类总共说过的话的数据量大约是5EB。当前，典型个人计算机硬盘的容量为TB量级，而一些大企业的数据量已经接近EB量级。

2.Velocity（高速）
这是大数据区分于传统数据挖掘的最显著特征。根据IDC的“数字宇宙”的报告，预计到2020年，全球数据使用量将达到35.2ZB。在如此海量的数据面前，处理数据的效率就是企业的生命。
天猫双十一：2017年3分01秒，天猫交易额超过100亿。

3.Variety（多样）
这种类型的多样性也让数据被分为结构化数据和非结构化数据。相对于以往便于存储的以数据库/文本为主的结构化数据，非结构化数据越来越多，包括网络日志、音频、视频、图片、地理位置信息等，这些多类型的数据对数据的处理能力提出了更高要求。

4.Value（低价值密度）
价值密度的高低与数据总量的大小成反比。比如，在一天监控视频中，我们只关心一个人晚上在健身房健身那一分钟，如何快速对有价值数据“提纯”成为目前大数据背景下待解决的难题。

大数据组成

Modules

Hadoop Common: The common utilities that support the other Hadoop modules.
Hadoop Distributed File System (HDFS™): A distributed file system that provides high-throughput access to application data.
Hadoop YARN: A framework for job scheduling and cluster resource management.
Hadoop MapReduce: A YARN-based system for parallel processing of large data sets.
Hadoop Ozone: An object store for Hadoop.

组件

分布式文件系统：HDFS用于将文件分布式存储载很多的服务器上
分布式计算框架：MapReduce实现在很多机器分布式并行计算
分布式资源调度框架：YARN实现集群资源管理以及作业的调度

HDFS概述

特点

分布式的
commodity、low-cost hardware：去中心化IoE
fault-tolerant：高容错 , 默认采用3副本机制
high throughput：移动计算比移动数据成本低
large data sets：大规模的数据集 , 基本都是GB和TB级别

HDFS架构详解

NameNode(master) / DataNodes(slave) HDFS 遵循主/从架构master/slave，由 单个 NameNode(NN) 和多个 DataNode(DN) 组成：
- NameNode : 负责执行有关文件系统命名空间 the file system namespace 的操作，大多数文件系统类似 (如 Linux) , 支持 增删改查 文件和目录等。它同时还负责集群元数据的存储，记录着文件中各个数据块的位置信息。
- DataNode：负责提供来自文件系统客户端的读写请求，执行块的创建，删除等操作。
HDFS 将每一个文件存储为一系列块，每个块由多个副本来保证容错，这些块存储在DN中, 当然这些块的大小和复制因子可以自行配置（ 默认情况下，块大小是 128M，默认复制因子是 3 ）。

环境运行在 GNU/Linux 中. HDFS 用的是 Java 语言

HdfsDesign

举例
一个a.txt 共有150M 一个blocksize为128M
则会拆分两个block 一个是block1: 128M ; 另个block2: 22M

那么问题来了, block1 和block2 要存放在哪个DN里面?
这个 对于用户是透明的 , 这个就要用 HDFS来完成

NameNode(master)

1）负责客户端请求的响应
2）负责元数据（文件的名称、副本系数、Block存放的DataNodes）的管理

DataNodes(slave)

1）存储用户的文件对应的数据块(Block)
2）要定期向NameNode发送心跳信息，汇报本身及其所有的block信息，健康状况

副本系数
- It stores each file as a sequence of blocks. The blocks of a file are replicated for fault tolerance. The block size and replication factor are configurable per file.( 默认情况下，块大小是 128M，默认复制因子是 3）
- An application can specify the number of replicas of a file. The replication factor can be specified at file creation time and can be changed later.( 复制因子和块大小, 可以改的)

环境搭建

下载Hadoop

    http://archive.cloudera.com/cdh5/cdh/5/
    2.6.0-cdh5.7.0

    wget http://archive.cloudera.com/cdh5/cdh/5/hadoop-2.6.0-cdh5.7.0.tar.gz

2）安装jdk

下载
解压到app目录：`tar -zxvf jdk-7u51-linux-x64.tar.gz -C ~/app/`
验证安装是否成功：`~/app/jdk1.7.0_51/bin      ./java -version`
建议把bin目录配置到系统环境变量(~/.bash_profile)中

        export JAVA_HOME=/home/hadoop/app/jdk1.7.0_51
        export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH

3）机器参数设置

修改机器名:vi /etc/sysconfig/network

        NETWORKING=yes
        HOSTNAME=hadoop001

设置ip和hostname的映射关系:vi /etc/hosts

        192.168.199.200 hadoop001
        127.0.0.1 localhost

ssh免密码登陆(本步骤可以省略，但是后面你重启hadoop进程时是需要手工输入密码才行)

        ssh-keygen -t rsa
        cp ~/.ssh/id_rsa.pub ~/.ssh/authorized_keys

4）Hadoop配置文件修改: ~/app/hadoop-2.6.0-cdh5.7.0/etc/hadoop

hadoop-env.sh

配置Java目录export JAVA_HOME=/home/hadoop/app/jdk1.7.0_51

core-site.xml

配置伪分布式

    <property>
            <name>fs.defaultFS</name>
            <value>hdfs://hadoop001:8020</value>
        </property>    

        <property>
            <name>hadoop.tmp.dir</name>
            <value>/home/hadoop/app/tmp</value>
        </property>

hdfs-site.xml

调整副本系数

        <property>
            <name>dfs.replication</name>
            <value>1</value>
    </property>

5）格式化HDFS
注意：这一步操作，只是在第一次时执行 ，每次如果都格式化的话，那么HDFS上的数据就会被清空
~/app/hadoop-2.6.0-cdh5.7.0/bin/hdfs namenode -format
看到下面日志表示成功
X X X X Xhas been successfully formatted.

6）启动HDFS

`~/app/hadoop-2.6.0-cdh5.7.0/sbin/start-dfs.sh`

验证是否启动成功:

        jps
            DataNode
            SecondaryNameNode
            NameNode

        浏览器
            http://hadoop001:50070/

7）停止HDFS
sbin/stop-dfs.sh

HDFS命令

[hadoop@hadoop000 bin]$ ./hadoop
Usage: hadoop [--config confdir] COMMAND
       where COMMAND is one of:
  fs                   run a generic filesystem user client
  version              print the version
  jar <jar>            run a jar file
  checknative [-a|-h]  check native hadoop and compression libraries availability
  distcp <srcurl> <desturl> copy file or directories recursively
  archive -archiveName NAME -p <parent path> <src>* <dest> create a hadoop archive
  classpath            prints the class path needed to get the
  credential           interact with credential providers
                       Hadoop jar and the required libraries
  daemonlog            get/set the log level for each daemon
  s3guard              manage data on S3
  trace                view and modify Hadoop tracing settings
 or
  CLASSNAME            run the class named CLASSNAME

Most commands print help when invoked w/o parameters.


[hadoop@hadoop000 bin]$ ./hadoop fs
Usage: hadoop fs [generic options]
    [-appendToFile <localsrc> ... <dst>]
    [-cat [-ignoreCrc] <src> ...]
    [-chgrp [-R] GROUP PATH...]
    [-chmod [-R] <MODE[,MODE]... | OCTALMODE> PATH...]
    [-chown [-R] [OWNER][:[GROUP]] PATH...]
    [-copyFromLocal [-f] [-p] [-l] <localsrc> ... <dst>]
    [-copyToLocal [-p] [-ignoreCrc] [-crc] <src> ... <localdst>]
    [-count [-q] [-h] [-v] [-x] <path> ...]
    [-cp [-f] [-p | -p[topax]] <src> ... <dst>]
    [-df [-h] [<path> ...]]
    [-du [-s] [-h] [-x] <path> ...]
    [-find <path> ... <expression> ...]
    [-get [-p] [-ignoreCrc] [-crc] <src> ... <localdst>]
    [-getfacl [-R] <path>]
    [-getfattr [-R] {-n name | -d} [-e en] <path>]
    [-getmerge [-nl] <src> <localdst>]
    [-help [cmd ...]]
    [-ls [-C] [-d] [-h] [-q] [-R] [-t] [-S] [-r] [-u] [<path> ...]]
    [-mkdir [-p] <path> ...]
    [-moveFromLocal <localsrc> ... <dst>]
    [-moveToLocal <src> <localdst>]
    [-mv <src> ... <dst>]
    [-put [-f] [-p] [-l] <localsrc> ... <dst>]
    [-rm [-f] [-r|-R] [-skipTrash] <src> ...]
    [-rmdir [--ignore-fail-on-non-empty] <dir> ...]
    [-test -[defsz] <path>]
    [-text [-ignoreCrc] <src> ...]
    [-touchz <path> ...]
    [-usage [cmd ...]]

常用命令

hadoop fs -ls /
hadoop fs -cat /==hadoop fs -text /
hadoop fs -put /==hadoop fs -copyFromLocal /
hadoop fs -get /README.txt ./
hadoop fs -mkdir /hdfs-test
hadoop fs -mv
hadoop fs -rm
hadoop fs -rmdir
hadoop fs -rmr==hadoop fs -rm -r
hadoop fs -getmerge
hadoop fs -mkdir /hdfs-test

　MapReduce

MapReduce性能远低于 Spark
并且只适合做离线处理不适合做实时处理和流式处理

YARN架构详解

Apache YARN (Yet Another Resource Negotiator) 是 hadoop 2.0 引入的集群资源管理系统。用户可以将各种服务框架部署在 YARN 上，由 YARN 进行统一地管理和资源分配。
The fundamental idea of MRv2 is to split up the two major functionalities of the JobTracker, resource management and job scheduling /monitoring, into separate daemons. The idea is to have a global ResourceManager (RM) and per-application ApplicationMaster (AM). An application is either a single job in the classical sense of Map-Reduce jobs or a DAG of jobs.

1 RM(ResourceManager) + N NM(NodeManager)

Client

向RM提交任务
杀死任务

ResourceManager

ResourceManager 通常在独立的机器上以后台进程的形式运行，一个集群active状态的｀ResourceManager｀只有一个　，它是整个 集群资源的主要协调者和管理者 。

－2）启动/监控｀ApplicationMaster｀(一个作业对应一个AM)和监控｀NodeManager｀

负责给用户提交的所有应用程序分配资源 ，它根据应用程序优先级、队列容量、ACLs、数据位置等信息，做出决策，然后以共享的、安全的、多租户的方式制定分配策略，调度集群资源。

NodeManager

整个集群中有N个，负责单个节点的资源管理和使用以及task的运行情况

NodeManager 是 YARN 集群中的每个具体 节点的管理者 。
主要 负责该单个节点内所有容器的生命周期的管理，监视资源和跟踪节点健康 。具体如下：
- 定时启动时向 ResourceManager 注册并定时发送心跳消息，等待 ResourceManager 的指令；
- 维护 Container 的生命周期，监控 Container 的资源使用情况和启停的各种命令；
- 管理任务运行时的相关依赖，根据 ApplicationMaster 的需要，在启动 Container 之前将需要的程序及其依赖拷贝到本地。

ApplicationMaster

每个应用/作业对应一个，负责应用程序的管理

在用户提交一个应用程序时，YARN 会启动一个轻量级的进程 ApplicationMaster。
ApplicationMaster 负责协调来自 ResourceManager 的资源，并通过 NodeManager 监视容器内资源的使用情况，同时还负责任务的监控与容错。具体如下：
- 根据应用的运行状态来决定动态计算资源需求；
- 向 ResourceManager 申请资源，为应用程序向RM申请资源(container)，并分配给内部任务
- 跟踪任务状态和进度，NM通信以启停task， task是运行在container中的
- 负责任务的容错。

Container

Container 是 YARN 中的 资源抽象 ，它封装了某个节点上的多维度资源，如内存、CPU、磁盘、网络等。
当 AM 向 RM 申请资源时，RM 为 AM 返回的资源是用 Container 表示的。
YARN 会为每个任务分配一个 Container，该任务只能使用该 Container 中描述的资源。ApplicationMaster 可在 Container 内运行任何类型的任务。例如，MapReduce ApplicationMaster 请求一个容器来启动 map 或 reduce 任务

YARN执行流程

客户端client向yarn集群提交作业 , 首先①向ResourceManager申请分配资源
Resource Manager会为作业分配一个Container(Application manager),Container里面运行这(Application Manager)
Resource Manager会找一个对应的NodeManager 通信②，要求NodeManager在这个container上启动应用程序Application Master ③
Application Master向Resource Manager申请资源④(采用轮询的方式通过RPC协议)，Resource scheduler将资源封装发给Application master④,
Application Master将获取到的资源分配给各个Node Manager，并监控运行情况⑤
Node Manage得到任务和资源开始执行作业⑥
再细分作业的话可以分为先执行Map Task,结束后在执行Reduce Task 最后再将结果返回給Application Master等依次往上层递交⑦

YARN环境搭建

[hadoop@hadoop001 hadoop]$ pwd
/home/hadoop/app/hadoop-2.6.0-cdh5.7.0/etc/hadoop

mapred-site.xml

    <property>
        <name>mapreduce.framework.name</name>
        <value>yarn</value>
    </property>

yarn-site.xml

    <property>
        <name>yarn.nodemanager.aux-services</name>
        <value>mapreduce_shuffle</value>
    </property>

启动yarn：sbin/start-yarn.sh

验证是否启动成功

    jps
        ResourceManager
        NodeManager

    web: http://hadoop001:8088

停止yarn： sbin/stop-yarn.sh

提交mr作业到yarn上运行： wc

hadoop jar /home/hadoop/app/hadoop-2.6.0-cdh5.7.0/share/hadoop/mapreduce/hadoop-mapreduce-examples-2.6.0-cdh5.7.0.jar wordcount /input/wc/hello.txt /output/wc/

[hadoop@hadoop001 sbin]$ hadoop fs -ls /output/wc
20/10/16 05:17:27 WARN util.NativeCodeLoader: Unable to load native-hadoop library for your platform... using builtin-java classes where applicable
Found 2 items
-rw-r--r--   1 hadoop supergroup          0 2020-10-16 04:54 /output/wc/_SUCCESS
-rw-r--r--   1 hadoop supergroup         26 2020-10-16 04:54 /output/wc/part-r-00000
[hadoop@hadoop001 sbin]$ hadoop fs -cat /output/wc/part-r-00000
20/10/16 05:17:52 WARN util.NativeCodeLoader: Unable to load native-hadoop library for your platform... using builtin-java classes where applicable
hello    2
welcome    2
world    1

Hive环境搭建

Hive体系架构

	Hive	RDBMS
查询语言	Hive SQL	SQL
数据储存	HDFS	Raw Device or Local FS
索引	无(支持比较弱)	有
执行	MapReduce、 Tez	Excutor
执行时延	高，离线	低 , 在线
数据规模	非常大, 大	小

Hive底层的执行引擎有：MapReduce、Tez、Spark

Hive on MapReduce
Hive on Tez
Hive on Spark

1）Hive下载：

`wget http://archive.cloudera.com/cdh5/cdh/5/hive-1.1.0-cdh5.7.0.tar.gz`

2）解压

`tar -zxvf hive-1.1.0-cdh5.7.0.tar.gz -C ~/app/`

3）配置

系统环境变量(~/.bahs_profile)

        export HIVE_HOME=/home/hadoop/app/hive-1.1.0-cdh5.7.0
        export PATH=$HIVE_HOME/bin:$PATH

实现安装一个`mysql， yum install xxx`

进入/home/hadoop/app/hive-1.1.0-cdh5.14.2/conf

4）cp hive-env.sh.template hive-env.sh

`hive-env.sh`修改HADOOP_HOME

5）新建hive-site.xml文件

    <configuration>
        <property>
            <name>javax.jdo.option.ConnectionURL</name>
            <value>jdbc:mysql://localhost:3306/sparksql?createDatabaseIfNotExist=true useUnicode=true characterEncoding=UTF-8 useSSL=false</value>#不然会报错MySQL版本的关系
        </property>

        <property>
            <name>javax.jdo.option.ConnectionDriverName</name>
            <value>com.mysql.jdbc.Driver</value>
        </property>

        <property>
            <name>javax.jdo.option.ConnectionUserName</name>
            <value>root</value>
        </property>

        <property>
            <name>javax.jdo.option.ConnectionPassword</name>
            <value>root</value>
        </property>
    </configuration>

6）拷贝mysql驱动到$HIVE_HOME/lib/

https://dev.mysql.com/get/Downloads/Connector-J/mysql-connector-java-5.1.30.zip下载
scp mysql-connector-java-5.1.30-bin.jar ~/app/hive-1.1.0-cdh5.14.2/lib/

7）启动hive: $HIVE_HOME/bin/hive

关于Hive具体操作可以见:https://www.cnblogs.com/hiszm/p/13616589.html

### 配置虚拟机

改ip地址

[hadoop@hadoop001 software]$ sudo vi /etc/hosts
[hadoop@hadoop001 software]$ cd  /etc/sysconfig/network-scripts/
[hadoop@hadoop001 network-scripts]$ ls
ifcfg-eth0   ifdown-isdn    ifup-aliases  ifup-plusb     init.ipv6-global
ifcfg-lo     ifdown-post    ifup-bnep     ifup-post      net.hotplug
ifdown       ifdown-ppp     ifup-eth      ifup-ppp       network-functions
ifdown-bnep  ifdown-routes  ifup-ippp     ifup-routes    network-functions-ipv6
ifdown-eth   ifdown-sit     ifup-ipv6     ifup-sit
ifdown-ippp  ifdown-tunnel  ifup-isdn     ifup-tunnel
ifdown-ipv6  ifup           ifup-plip     ifup-wireless
[hadoop@hadoop001 network-scripts]$ sudo vi ifcfg-eth0 
[hadoop@hadoop001 network-scripts]$ sudo vi ifcfg-eth0

[hadoop@hadoop001 ~]$ ping baidu.com
PING baidu.com (220.181.38.148) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 220.181.38.148: icmp_seq=1 ttl=51 time=294 ms
64 bytes from 220.181.38.148: icmp_seq=2 ttl=51 time=742 ms
64 bytes from 220.181.38.148: icmp_seq=3 ttl=51 time=541 ms

启动HDFS

[hadoop@hadoop001 sbin]$ pwd
/home/hadoop/app/hadoop-2.6.0-cdh5.7.0/sbin
[hadoop@hadoop001 sbin]$ ./start-dfs.sh 
20/10/16 00:57:03 WARN util.NativeCodeLoader: Unable to load native-hadoop library for your platform... using builtin-java classes where applicable
Starting namenodes on [hadoop001]
hadoop001: Warning: Permanently added the RSA host key for IP address '192.168.43.214' to the list of known hosts.
hadoop001: starting namenode, logging to /home/hadoop/app/hadoop-2.6.0-cdh5.7.0/logs/hadoop-hadoop-namenode-hadoop001.out
localhost: starting datanode, logging to /home/hadoop/app/hadoop-2.6.0-cdh5.7.0/logs/hadoop-hadoop-datanode-hadoop001.out
Starting secondary namenodes [0.0.0.0]
0.0.0.0: starting secondarynamenode, logging to /home/hadoop/app/hadoop-2.6.0-cdh5.7.0/logs/hadoop-hadoop-secondarynamenode-hadoop001.out
20/10/16 00:58:17 WARN util.NativeCodeLoader: Unable to load native-hadoop library for your platform... using builtin-java classes where applicable
[hadoop@hadoop001 sbin]$ jps
3374 Jps
2952 NameNode
3187 SecondaryNameNode
3044 DataNode

启动YARN

[hadoop@hadoop001 sbin]$ pwd
/home/hadoop/app/hadoop-2.6.0-cdh5.7.0/sbin
[hadoop@hadoop001 sbin]$ ./start-yarn.sh
starting yarn daemons
starting resourcemanager, logging to /home/hadoop/app/hadoop-2.6.0-cdh5.7.0/logs/yarn-hadoop-resourcemanager-hadoop001.out
localhost: starting nodemanager, logging to /home/hadoop/app/hadoop-2.6.0-cdh5.7.0/logs/yarn-hadoop-nodemanager-hadoop001.out
[hadoop@hadoop001 sbin]$ jps
3573 Jps
3438 ResourceManager
2952 NameNode
3534 NodeManager
3187 SecondaryNameNode
3044 DataNode

启动Hive


[hadoop@hadoop001 bin]$ pwd
/home/hadoop/app/hive-1.1.0-cdh5.7.0/bin
[hadoop@hadoop001 bin]$ ./hive
ls: cannot access /home/hadoop/app/spark-2.1.0-bin-2.6.0-cdh5.7.0/lib/spark-assembly-*.jar: No such file or directory
which: no hbase in (/home/hadoop/app/spark-2.1.0-bin-2.6.0-cdh5.7.0/bin:/home/hadoop/app/scala-2.11.8/bin:/home/hadoop/app/hive-1.1.0-cdh5.7.0/bin:/home/hadoop/app/hadoop-2.6.0-cdh5.7.0/bin:/home/hadoop/app/apache-maven-3.3.9/bin:/home/hadoop/app/jdk1.7.0_51/bin:/usr/local/bin:/bin:/usr/bin:/usr/local/sbin:/usr/sbin:/sbin)

Logging initialized using configuration in jar:file:/home/hadoop/app/hive-1.1.0-cdh5.7.0/lib/hive-common-1.1.0-cdh5.7.0.jar!/hive-log4j.properties
WARNING: Hive CLI is deprecated and migration to Beeline is recommended.
hive> show tables
    > ;
OK
dept
emp
hive_wordcount
Time taken: 3.118 seconds, Fetched: 3 row(s)
hive>

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