hadoop学习笔记

map-reduce

 原文:http://blademaster.ixiezi.com/2010/03/27/google-mapreduce%E4%B8%AD%E6%96%87%E7%89%88/

问题:

由于输入的数据量巨大,因此要想在可接受的时间内完成原本简单的运算,只有将这些计算分布在成百上千的主机上。如何处理并行计算、如何分发数据、如何处理错误?所有这些问题综合在一起,需要大量的代码处理,因此也使得原本简单的运算变得难以处理。

map-reduce 方案模型

MapReduce编程模型的原理是:利用一个输入key/value pair集合来产生一个输出的key/value pair集合。MapReduce库的用户用两个函数表达这个计算:Map和Reduce。

实现方式:

MapReduce模型可以有多种不同的实现方式。如何正确选择取决于具体的环境。例如,一种实现方式适用于小型的共享内存方式的机器,另外一种实现方式则适用于大型NUMA架构的多处理器的主机,而有的实现方式更适合大型的网络连接集群。

master:

Master持有一些数据结构,它存储每一个Map和Reduce任务的状态(空闲、工作中或完成),以及Worker机器(非空闲任务的机器)的标识。

Master就像一个数据管道,中间文件存储区域的位置信息通过这个管道从Map传递到Reduce。

通过尽量把输入数据(由GFS管理)存储在集群中机器的本地磁盘上来节省网络带宽。GFS把每个文件按64MB一个Block分隔,每个Block保存在多台机器上,环境中就存放了多份拷贝(一般是3个拷贝)。MapReduce的master在调度Map任务时会考虑输入文件的位置信息,尽量将一个Map任务调度在包含相关输入数据拷贝的机器上执行;如果上述努力失败了,master将尝试在保存有输入数据拷贝的机器附近的机器上执行Map任务(例如,分配到一个和包含输入数据的机器在一个switch里的worker机器上执行)。当在一个足够大的cluster集群上运行大型MapReduce操作的时候,大部分的输入数据都能从本地机器读取,因此消耗非常少的网络带宽。

退后腿的落伍者:

有一个通用的机制来减少“落伍者”出现的情况。当一个MapReduce操作接近完成的时候,master调度备用(backup)任务进程来执行剩下的、处于处理中状态(in-progress)的任务。无论是最初的执行进程、还是备用(backup)任务进程完成了任务,我们都把这个任务标记成为已经完成。

状态信息

master使用嵌入式的HTTP服务器(如Jetty)显示一组状态信息页面,用户可以监控各种执行状态。状态信息页面显示了包括计算执行的进度,比如已经完成了多少任务、有多少任务正在处理、输入的字节数、中间数据的字节数、输出的字节数、处理百分比等等。页面还包含了指向每个任务的stderr和stdout文件的链接。用户根据这些数据预测计算需要执行大约多长时间、是否需要增加额外的计算资源。这些页面也可以用来分析什么时候计算执行的比预期的要慢。

易用性

MapReduce的成功取决于采用MapReduce库能够在不到半个小时时间内写出一个简单的程序,这个简单的程序能够在上千台机器的组成的集群上做大规模并发处理,这极大的加快了开发和原形设计的周期。另外,采用MapReduce库,可以让完全没有分布式和/或并行系统开发经验的程序员很容易的利用大量的资源,开发出分布式和/或并行处理的应用。

The Google File System中文版

原文:http://blademaster.ixiezi.com/2010/03/27/the-google-file-system%E4%B8%AD%E6%96%87%E7%89%88/

定义:

一个面向大规模数据密集型应用的、可伸缩的分布式文件系统。GFS虽然运行在廉价的普遍硬件设备上,但是它依然了提供灾难冗余的能力,为大量客户机提供了高性能的服务。

设计思路:

持续的监控、错误侦测、灾难冗余以及自动恢复的机制必须集成在GFS中。设计的假设条件和参数,比如I/O操作和Block的尺寸都需要重新考虑。对于这种针对海量文件的访问模式,客户端对数据块缓存是没有意义的,数据的追加操作是性能优化和原子性保证的主要考量因素。应用程序和文件系统API的协同设计提高了整个系统的灵活性。放松对GFS一致性模型的要求,这样就减轻了文件系统对应用程序的苛刻要求,大大简化了GFS的设计。

接口

GFS提供了一套类似传统文件系统的API接口函数,虽然并不是严格按照POSIX等标准API的形式实现的。文件以分层目录的形式组织,用路径名来标识。我们支持常用的操作,如创建新文件、删除文件、打开文件、关闭文件、读和写文件。另外,GFS提供了快照和记录追加操作。快照以很低的成本创建一个文件或者目录树的拷贝。记录追加操作允许多个客户端同时对一个文件进行数据追加操作,同时保证每个客户端的追加操作都是原子性的。

架构

我们必须减少对Master节点的读写,避免Master节点成为系统的瓶颈。客户端并不通过Master节点读写文件数据。反之,客户端向Master节点询问它应该联系的Chunk服务器。

一次简单读取的流程:首先,客户端把文件名和程序指定的字节偏移,根据固定的Chunk大小,转换成文件的Chunk索引。然后,它把文件名和Chunk索引发送给Master节点。Master节点将相应的Chunk标识和副本的位置信息发还给客户端。客户端用文件名和Chunk索引作为key缓存这些信息。

Master服务器(alex注:注意逻辑的Master节点和物理的Master服务器的区别。后续我们谈的是每个Master服务器的行为,如存储、内存等等,因此我们将全部使用物理名称)存储3种主要类型的元数据,包括:文件和Chunk的命名空间、文件和Chunk的对应关系、每个Chunk副本的存放地点。

操作日志包含了关键的元数据变更历史记录。这对GFS非常重要。这不仅仅是因为操作日志是元数据唯一的持久化存储记录,它也作为判断同步操作顺序的逻辑时间基线

文件命名空间的修改(例如,文件创建)是原子性的。它们仅由Master节点的控制:命名空间锁提供了原子性和正确性的保障;Master节点的操作日志定义了这些操作在全局的顺序

使用GFS的应用程序可以利用一些简单技术实现这个宽松的一致性模型,这些技术也用来实现一些其它的目标功能,包括:尽量采用追加写入而不是覆盖,Checkpoint,自验证的写入操作,自标识的记录。

系统交互

变更是一个会改变Chunk内容或者元数据的操作,比如写入操作或者记录追加操作。变更操作会在Chunk的所有副本上执行。我们使用租约(lease)机制来保持多个副本间变更顺序的一致性。

为了提高网络效率,我们采取了把数据流和控制流分开的措施。在控制流从客户机到主Chunk、然后再到所有二级副本的同时,数据以管道的方式,顺序的沿着一个精心选择的Chunk服务器链推送。

GFS保证至少有一次原子的写入操作成功执行(即写入一个顺序的byte流),写入的数据追加到GFS指定的偏移位置上,之后GFS返回这个偏移量给客户机。这类似于在Unix操作系统编程环境中,对以O_APPEND模式打开的文件,多个并发写操作在没有竞态条件时的行为。

快照操作几乎可以瞬间完成对一个文件或者目录树(“源”)做一个拷贝,并且几乎不会对正在进行的其它操作造成任何干扰。

我们用标准的copy-on-write技术实现快照。

Master节点的操作

我们允许多个操作同时进行,使用名称空间的region上的锁来保证执行的正确顺序。

GFS的名称空间就是一个全路径和元数据映射关系的查找表。利用前缀压缩,这个表可以高效的存储在内存中。在存储名称空间的树型结构上,每个节点(绝对路径的文件名或绝对路径的目录名)都有一个关联的读写锁。

GFS集群是高度分布的多层布局结构,而不是平面结构。典型的拓扑结构是有数百个Chunk服务器安装在许多机架上。Chunk副本位置选择的策略服务两大目标:最大化数据可靠性和可用性,最大化网络带宽利用率。

Chunk的副本有三个用途:Chunk创建,重新复制和重新负载均衡。

一个BigTable集群存储了很多表,每个表包含了一个Tablet的集合,而每个Tablet包含了某个范围内的行的所有相关数据。初始状态下,一个表只有一个Tablet。随着表中数据的增长,它被自动分割成多个Tablet,缺省情况下,每个Tablet的尺寸大约是100MB到200MB。

BigTable使用Chubby跟踪记录Tablet服务器的状态。当一个Tablet服务器启动时,它在Chubby的一个指定目录下建立一个有唯一性名字的文件,并且获取该文件的独占锁。

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