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对于业界的大数据存储及分布式处理系统来说,Hadoop 是耳熟能详的卓越开源分布式文件存储及处理框架,对于 Hadoop 框架的介绍在此不再累述,读者可参考 Hadoop 官方简介。使用和学习过老 Hadoop 框架(0.20.0 及之前版本)的同仁应该很熟悉如下的原 MapReduce 框架图:
从上图中可以清楚的看出原 MapReduce 程序的流程及设计思路:
可以看得出原来的 map-reduce 架构是简单明了的,在最初推出的几年,也得到了众多的成功案例,获得业界广泛的支持和肯定,但随着分布式系统集群的规模和其工作负荷的增长,原框架的问题逐渐浮出水面,主要的问题集中如下:
从业界使用分布式系统的变化趋势和 hadoop 框架的长远发展来看,MapReduce 的 JobTracker/TaskTracker 机制需要大规模的调整来修复它在可扩展性,内存消耗,线程模型,可靠性和性能上的缺陷。在过去的几年中,hadoop 开发团队做了一些 bug 的修复,但是最近这些修复的成本越来越高,这表明对原框架做出改变的难度越来越大。
为从根本上解决旧 MapReduce 框架的性能瓶颈,促进 Hadoop 框架的更长远发展,从 0.23.0 版本开始,Hadoop 的 MapReduce 框架完全重构,发生了根本的变化。新的 Hadoop MapReduce 框架命名为 MapReduceV2 或者叫 Yarn,其架构图如下图所示:
图 2. 新的 Hadoop MapReduce 框架(Yarn)架构
重构根本的思想是将 JobTracker 两个主要的功能分离成单独的组件,这两个功能是资源管理和任务调度 / 监控。新的资源管理器全局管理所有应用程序计算资源的分配,每一个应用的 ApplicationMaster 负责相应的调度和协调。一个应用程序无非是一个单独的传统的 MapReduce 任务或者是一个 DAG( 有向无环图 ) 任务。ResourceManager 和每一台机器的节点管理服务器能够管理用户在那台机器上的进程并能对计算进行组织。
事实上,每一个应用的 ApplicationMaster 是一个详细的框架库,它结合从 ResourceManager 获得的资源和 NodeManager 协同工作来运行和监控任务。
上图中 ResourceManager 支持分层级的应用队列,这些队列享有集群一定比例的资源。从某种意义上讲它就是一个纯粹的调度器,它在执行过程中不对应用进行监控和状态跟踪。同样,它也不能重启因应用失败或者硬件错误而运行失败的任务。
ResourceManager 是基于应用程序对资源的需求进行调度的 ; 每一个应用程序需要不同类型的资源因此就需要不同的容器。资源包括:内存,CPU,磁盘,网络等等。可以看出,这同现 Mapreduce 固定类型的资源使用模型有显著区别,它给集群的使用带来负面的影响。资源管理器提供一个调度策略的插件,它负责将集群资源分配给多个队列和应用程序。调度插件可以基于现有的能力调度和公平调度模型。
上图中 NodeManager 是每一台机器框架的代理,是执行应用程序的容器,监控应用程序的资源使用情况 (CPU,内存,硬盘,网络 ) 并且向调度器汇报。
每一个应用的 ApplicationMaster 的职责有:向调度器索要适当的资源容器,运行任务,跟踪应用程序的状态和监控它们的进程,处理任务的失败原因。
让我们来对新旧 MapReduce 框架做详细的分析和对比,可以看到有以下几点显著变化:
首先客户端不变,其调用 API 及接口大部分保持兼容,这也是为了对开发使用者透明化,使其不必对原有代码做大的改变 ( 详见 2.3 Demo 代码开发及详解),但是原框架中核心的 JobTracker 和 TaskTracker 不见了,取而代之的是 ResourceManager, ApplicationMaster 与 NodeManager 三个部分。
我们来详细解释这三个部分,首先 ResourceManager 是一个中心的服务,它做的事情是调度、启动每一个 Job 所属的 ApplicationMaster、另外监控 ApplicationMaster 的存在情况。细心的读者会发现:Job 里面所在的 task 的监控、重启等等内容不见了。这就是 AppMst 存在的原因。ResourceManager 负责作业与资源的调度。接收 JobSubmitter 提交的作业,按照作业的上下文 (Context) 信息,以及从 NodeManager 收集来的状态信息,启动调度过程,分配一个 Container 作为 App Mstr
NodeManager 功能比较专一,就是负责 Container 状态的维护,并向 RM 保持心跳。
ApplicationMaster 负责一个 Job 生命周期内的所有工作,类似老的框架中 JobTracker。但注意每一个 Job(不是每一种)都有一个 ApplicationMaster,它可以运行在 ResourceManager 以外的机器上。
Yarn 框架相对于老的 MapReduce 框架什么优势呢?我们可以看到:
新的 Yarn 框架相对旧 MapRduce 框架而言,其配置文件 , 启停脚本及全局变量等也发生了一些变化,主要的改变如下:
表 1. 新旧 Hadoop 脚本 / 变量 / 位置变化表
改变项 | 原框架中 | 新框架中(Yarn) | 备注 |
---|---|---|---|
配置文件位置 | ${hadoop_home_dir}/conf | ${hadoop_home_dir}/etc/hadoop/ | Yarn 框架也兼容老的 ${hadoop_home_dir}/conf 位置配置,启动时会检测是否存在老的 conf 目录,如果存在将加载 conf 目录下的配置,否则加载 etc 下配置 |
启停脚本 | ${hadoop_home_dir}/bin/start(stop)-all.sh | ${hadoop_home_dir}/sbin/start(stop)-dfs.sh ${hadoop_home_dir}/bin/start(stop)-all.sh |
新的 Yarn 框架中启动分布式文件系统和启动 Yarn 分离,启动 / 停止分布式文件系统的命令位于 ${hadoop_home_dir}/sbin 目录下,启动 / 停止 Yarn 框架位于 ${hadoop_home_dir}/bin/ 目录下 |
JAVA_HOME 全局变量 | ${hadoop_home_dir}/bin/start-all.sh 中 | ${hadoop_home_dir}/etc/hadoop/hadoop-env.sh ${hadoop_home_dir}/etc/hadoop/Yarn-env.sh |
Yarn 框架中由于启动 hdfs 分布式文件系统和启动 MapReduce 框架分离,JAVA_HOME 需要在 hadoop-env.sh 和 Yarn-env.sh 中分别配置 |
HADOOP_LOG_DIR 全局变量 | 不需要配置 | ${hadoop_home_dir}/etc/hadoop/hadoop-env.sh | 老框架在 LOG,conf,tmp 目录等均默认为脚本启动的当前目录下的 log,conf,tmp 子目录 Yarn 新框架中 Log 默认创建在 Hadoop 用户的 home 目录下的 log 子目录,因此最好在 ${hadoop_home_dir}/etc/hadoop/hadoop-env.sh 配置 HADOOP_LOG_DIR,否则有可能会因为你启动 hadoop 的用户的 .bashrc 或者 .bash_profile 中指定了其他的 PATH 变量而造成日志位置混乱,而该位置没有访问权限的话启动过程中会报错 |
由于新的 Yarn 框架与原 Hadoop MapReduce 框架相比变化较大,核心的配置文件中很多项在新框架中已经废弃,而新框架中新增了很多其他配置项,看下表所示会更加清晰:
了解了 hadoop 新的 Yarn 框架的架构和思路后,我们用一个 Demo 示例来检验新 Yarn 框架下 Map-Reduce 程序的开发部署。
我们考虑如下应用场景:用户的生产系统由多台 Weblogic 应用服务器组成,每天需要每台对应用服务器的日志内容进行检查,统计其日志级别和日志模块的总数。
WebLogic 的日志范例如下图所示:
如上图所示,<Info> 为 weblogic 的日志级别,<Security>,<Management> 为 Weblogic 的日志模块,我们主要分析 loglevel 和 logmodule 这两个维度分别在 WebLogic 日志中出现的次数,每天需要统计出 loglevel 和 logmodule 分别出现的次数总数。
由于 Weblogic 应用服务器分布于不同的主机,且日志数据量巨大,我们采用 hadoop 框架将 WebLogic 各个应用服务器主机上建立分布式目录,每天将 WebLogic 日志装载进 hadoop 分布式文件系统,并且编写基于 Yarn 框架的 MapReduce 程序对日志进行处理,分别统计出 LogLevel 和 Logmodule 在日志中出现的次数并计算总量,然后输出到分布式文件系统中,输出目录命名精确到小时为后缀以便区分每次 Demo 程序运行的处理结果。
我们搭建一个 Demo 测试环境以验证 Yarn 框架下分布式程序处理该案例的功能,以两台虚拟机作为该 Demo 的运行平台,两机均为 Linux 操作系统,机器 hostname 为 OEL 和 Stephen,OEL 作为 NameNode 和 ResouceManager 节点主机,64 位,Stephen 作为 DataNode 和 NodeManager 节点主机,32 位(Hadoop 支持异构性), 具体如下:
主机名 | 角色 | 备注 |
---|---|---|
OEL(192.168.137.8) | NameNode 节点主机 ResourceManager 主机 |
linux 操作系统 32bit |
Stephen(192.168.l37.2) | DataNode 节点主机 NodeManager 主机 |
linux 操作系统 64bit |
我们把 hadoop 安装在两台测试机的 /hadoop 文件系统目录下,安装后的 hadoop 根目录为:/hadoop/hadoop-0.23.0,规划分布式文件系统存放于 /hadoop/dfs 的本地目录,对应分布式系统中的目录为 /user/oracle/dfs
我们根据 Yarn 框架要求,分别在 core-site.xml 中配置分布式文件系统的 URL,详细如下:
<configuration> <property> <name>fs.defaultFS</name> <value>hdfs://192.168.137.8:9100</value> </property> </configuration> |
在 hdfs-site.xml 中配置 nameNode,dataNode 的本地目录信息,详细如下:
<configuration> <property> <name>dfs.namenode.name.dir</name> <value>/hadoop/dfs/name</value> <description> </description> </property> <property> <name>dfs.datanode.data.dir</name> <value>/hadoop/dfs/data</value> <description> </description> </property> <property> <name>dfs.replication</name> <value>2</value> </property> </configuration> |
在 mapred-site.xml 中配置其使用 Yarn 框架执行 map-reduce 处理程序,详细如下:
<configuration> <property> <name>mapreduce.framework.name</name> <value>Yarn</value> </property> </configuration> |
最后在 Yarn-site.xml 中配置 ResourceManager,NodeManager 的通信端口,web 监控端口等,详细如下:
<?xml version="1.0"?> <configuration> <!-- Site specific YARN configuration properties --> <property> <name>Yarn.nodemanager.aux-services</name> <value>mapreduce.shuffle</value> </property> <property> <description>The address of the applications manager interface in the RM.</description> <name>Yarn.resourcemanager.address</name> <value>192.168.137.8:18040</value> </property> <property> <description>The address of the scheduler interface.</description> <name>Yarn.resourcemanager.scheduler.address</name> <value>192.168.137.8:18030</value> </property> <property> <description>The address of the RM web application.</description> <name>Yarn.resourcemanager.webapp.address</name> <value>192.168.137.8:18088</value> </property> <property> <description>The address of the resource tracker interface.</description> <name>Yarn.resourcemanager.resource-tracker.address</name> <value>192.168.137.8:8025</value> </property> </configuration> |
具体配置项的含义,在 hadoop 官方网站有详细的说明,读者可以参见 hadoop 0.23.0 官方配置模板。
以下我们详细介绍一下新的 Yarn 框架下针对该应用场景的 Demo 代码的开发, 在 Demo 程序的每个类都有详细的注释和说明,Yarn 开发为了兼容老版本,API 变化不大,可以参考 官方 Hadoop Yarn 框架 API。
在 Map 程序中,我们以行号为 key,行文本为 value 读取每一行 WebLogic 日志输入,将 loglevel 和 logmodule 的值读出作为 Map 处理后的新的 key 值,由于一行中 loglevel 和 logmodule 的出现次数应该唯一,所以经 Map 程序处理后的新的 record 记录的 value 应该都为 1:
public static class MapClass extends Mapper<Object, Text, Text, IntWritable> { private Text record = new Text(); private static final IntWritable recbytes = new IntWritable(1); public void map(Object key, Text value,Context context) throws IOException,InterruptedException { String line = value.toString(); // 没有配置 RecordReader,所以默认采用 line 的实现, //key 就是行号,value 就是行内容, // 按行 key-value 存放每行 loglevel 和 logmodule 内容 if (line == null || line.equals("")) return; String[] words = line.split("> <"); if (words == null || words.length < 2) return; String logLevel = words[1]; String moduleName = words[2]; record.clear(); record.set(new StringBuffer("logLevel::").append(logLevel).toString()); context.write(record, recbytes); // 输出日志级别统计结果,通过 logLevel:: 作为前缀来标示。 record.clear(); record.set(new StringBuffer("moduleName::").append(moduleName).toString()); context.write(record, recbytes); // 输出模块名的统计结果,通过 moduleName:: 作为前缀来标示 } } |
由于有 loglevel 和 logmodule 两部分的分析工作,我们设定两个 Reduce 来分别处理这两部分,loglevel 的交给 reduce1,logmodule 交给 reduce2。因此我们编写 Patitioner 类,根据 Map 传过来的 Key 中包含的 logLevel 和 moduleName 的前缀,来分配到不同的 Reduce:
public static class PartitionerClass extends Partitioner<Text, IntWritable> { public int getPartition(Text key, IntWritable value, int numPartitions) { if (numPartitions >= 2)//Reduce 个数,判断 loglevel 还是 logmodule 的统计,分配到不同的 Reduce if (key.toString().startsWith("logLevel::")) return 0; else if(key.toString().startsWith("moduleName::")) return 1; else return 0; else return 0; } } |
在 Reduce 程序中,累加并合并 loglevel 和 logmodule 的出现次数
public static class ReduceClass extends Reducer<Text, IntWritable,Text, IntWritable> { private IntWritable result = new IntWritable(); public void reduce(Text key, Iterable<IntWritable> values, Context context)throws IOException, InterruptedException { int tmp = 0; for (IntWritable val : values) { tmp = tmp + val.get(); } result.set(tmp); context.write(key, result);// 输出最后的汇总结果 } } |
以上完成了 MapReduce 的主要处理逻辑,对于程序入口,我们使用 Hadoop 提供的 Tools 工具包方便的进行 May-Reduce 程序的启动和 Map/Reduce 对应处理 class 的配置。
import java.io.File; import java.io.IOException; import java.text.SimpleDateFormat; import java.util.Date; import java.util.Iterator; import org.apache.hadoop.conf.Configuration; import org.apache.hadoop.conf.Configured; import org.apache.hadoop.fs.Path; import org.apache.hadoop.io.IntWritable; import org.apache.hadoop.io.Text; import org.apache.hadoop.mapreduce.Job; import org.apache.hadoop.mapreduce.Reducer; import org.apache.hadoop.mapreduce.Mapper; import org.apache.hadoop.mapreduce.Partitioner; import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.input.FileInputFormat; import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.output.FileOutputFormat; import org.apache.hadoop.util.Tool; import org.apache.hadoop.util.ToolRunner; public class LogAnalysiser extends Configured implements Tool { public static void main(String[] args) { try { int res; res = ToolRunner.run(new Configuration(),new LogAnalysiser(), args); System.exit(res); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } public int run(String[] args) throws Exception { if (args == null || args.length <2) { System.out.println("need inputpath and outputpath"); return 1; } String inputpath = args[0]; String outputpath = args[1]; String shortin = args[0]; String shortout = args[1]; if (shortin.indexOf(File.separator) >= 0) shortin = shortin.substring(shortin.lastIndexOf(File.separator)); if (shortout.indexOf(File.separator) >= 0) shortout = shortout.substring(shortout.lastIndexOf(File.separator)); SimpleDateFormat formater = new SimpleDateFormat("yyyy.MM.dd.HH.mm"); shortout = new StringBuffer(shortout).append("-") .append(formater.format(new Date())).toString(); if (!shortin.startsWith("/")) shortin = "/" + shortin; if (!shortout.startsWith("/")) shortout = "/" + shortout; shortin = "/user/oracle/dfs/" + shortin; shortout = "/user/oracle/dfs/" + shortout; File inputdir = new File(inputpath); File outputdir = new File(outputpath); if (!inputdir.exists() || !inputdir.isDirectory()) { System.out.println("inputpath not exist or isn‘t dir!"); return 0; } if (!outputdir.exists()) { new File(outputpath).mkdirs(); } // 以下注释的是 hadoop 0.20.X 老版本的 Job 代码,在 hadoop0.23.X 新框架中已经大大简化 // Configuration conf = getConf(); // JobConf job = new JobConf(conf, LogAnalysiser.class); // JobConf conf = new JobConf(getConf(),LogAnalysiser.class);// 构建 Config // conf.setJarByClass(MapClass.class); // conf.setJarByClass(ReduceClass.class); // conf.setJarByClass(PartitionerClass.class); // conf.setJar("hadoopTest.jar"); // job.setJar("hadoopTest.jar"); // 以下是新的 hadoop 0.23.X Yarn 的 Job 代码 job job = new Job(new Configuration()); job.setJarByClass(LogAnalysiser.class); job.setJobName("analysisjob"); job.setOutputKeyClass(Text.class);// 输出的 key 类型,在 OutputFormat 会检查 job.setOutputValueClass(IntWritable.class); // 输出的 value 类型,在 OutputFormat 会检查 job.setJarByClass(LogAnalysiser.class); job.setMapperClass(MapClass.class); job.setCombinerClass(ReduceClass.class); job.setReducerClass(ReduceClass.class); job.setPartitionerClass(PartitionerClass.class); job.setNumReduceTasks(2);// 强制需要有两个 Reduce 来分别处理流量和次数的统计 FileInputFormat.setInputPaths(job, new Path(shortin));//hdfs 中的输入路径 FileOutputFormat.setOutputPath(job,new Path(shortout));//hdfs 中输出路径 Date startTime = new Date(); System.out.println("Job started: " + startTime); job.waitForCompletion(true); Date end_time = new Date(); System.out.println("Job ended: " + end_time); System.out.println("The job took " + (end_time.getTime() - startTime.getTime()) /1000 + " seconds."); // 删除输入和输出的临时文件 // fileSys.copyToLocalFile(new Path(shortout),new Path(outputpath)); // fileSys.delete(new Path(shortin),true); // fileSys.delete(new Path(shortout),true); return 0; } } |
Demo 输入输出的控制
本 demo 中我们将从 Weblogic 日志目录中拷贝原始待处理日志文件作为 Yarn 程序的输入,使用 hadoop dfs 命令将其放入分布式目录的 input 目录,处理完后将生成以时间戳为文件目录后缀的输出目录
Weblogic 日志存放的原始目录位于:/u01/app/Oracle/Middleware/user_projects/domains/test_domain/AdminServer/logs
分布式文件系统中的输入目录:/user/oracle/dfs/input
分布式文件系统中的输出目录:/user/oracle/dfs/output_%YYYY-MM-DD-hh-mm%
Demo 打包和部署
可以使用 JDeveloper 或者 Eclipse 等 IDE 工具将开发的 Hadoop Demo 代码打包为 jar,并指定 Main 类为 LoyAnalyze,本文中我们采用 JDeveloper 打包 Demo 代码,如下图示例:
我们在 OEL 主机(NameNode&ResourceManager 主机,192.168.137.8)上启动 dfs 分布式文件系统:
从上图可以看出 dfs 分布式文件系统已经在 OEL 和 Stephen 主机上成功启动,我们通过默认的分布式文件系统 Web 监控 端口http://192.168.137.8:50070(也可以在上文中 core-site.xml 中配置 dfs.namenode.http-address 项指定其他端口 ) 来验证其文件系统情况:
从上图中我们可以看到 /user/oracle/dfs 分布式文件系统已成功建立。
接下来我们在 NameNode 主机(OEL,192.168.137.8)上启动 Yarn 框架:
从上图我们可以看到 ResouceManager 在 OEL 主机上成功启动,NodeManager 进程在 Stephen 节点主机上也已经启动,至此整个新的 Hadoop Yarn 框架已经成功启动。
我们将打好的 testHadoop.jar 包上传至 NameNode 主机(OEL)的 /hadoop/hadoop-0.23.0/ 根目录下,我们使用 Hadoop 自带的 hadoop 命令行工具执行 Demo 的 jar 包,具体步骤为,先使用 hadoop dfs 命令将输入文件(weblogic 原始日志)拷贝至 dfs 分布式目录的 input 输入目录,清理 dfs 分布式目录下的 output 输出子目录。然后使用 hadoop jar 命令执行 testHadoop 的 jar 包。
执行 Demo 的 shell 脚本示例如下:
./bin/hadoop dfs -rmr /user/oracle/dfs/output* ./bin/hadoop dfs -rmr /user/oracle/dfs/input ./bin/hadoop dfs -mkdir /user/oracle/dfs/input ./bin/hadoop dfs -copyFromLocal ./input/*.log /user/oracle/dfs/input/ ./bin/hadoop jar ./hadoopTest.jar /hadoop/hadoop-0.23.0/input /hadoop/hadoop-0.23.0/output |
清单 9.Demo 执行脚本
然后我们使用上文中的脚本启动 demo 并执行:
从上图的 console 输出中我们可以看到 Demo 程序的结果和各项统计信息输出,下面我们通过 Web 监控界面详细中观察程序执行的执行流程和步骤细节。
Job 启动后我们可以通过 ResourceManager 的 Web 端口(在上文中 Yarn-site.xml 配置文件中 Yarn.resourcemanager.webapp.address 配置项) http://192.168.137.8:18088 来监控其 job 的资源调度。
上图中我们可以看到 Yarn 框架接受到客户端请求 , 如上图所示 ID 为 application_1346564668712_0003 的 job 已经是 accepted 状态
我们点击该 ID 的链接进入到该 application 的 Map-Reduce 处理监控页面,该界面中有动态分配的 ApplicationMaster 的 Web 跟踪端口可以监视 MapReduce 程序的步骤细节
图 10.hadoop MapReduce Application Web 监控页面 (1)
点击上图中 ApplicationMaster 的 URL 可以进入该 ApplicationMaster 负责管理的 Job 的具体 Map-Reduce 运行状态:
图 11.hadoop MasterApplication Web 监控页面(2)
上图中我们可以看到 ID 为 application_1346564668712_0003 的 Job 正在执行,有 2 个 Map 进程,已经处理完毕,有 2 个 Reduce 正在处理,这跟我们程序设计预期的是一样的。
当状态变为 successful 后,进入 dfs 文件系统可以看到,输出的 dfs 文件系统已经生成,位置位于 /user/oracle/dfs 下,目录名为 output-2012.09.02.13.52,可以看到格式和命名方式与 Demo 设计是一致的,如下图所示:
我们进入具体的输出目录,可以清楚的看到程序处理的输出结果,正如我们 Demo 中设计的,两个 Reduce 分别生成了两个输出文件,分别是 part-r-00000 和 part-r-00001,对应 Module 和 Log Level 的处理输出信息:
点击 part-r-00000 的输出文件链接,可以看到程序处理后的 log level 的统计信息:
点击 part-r-00001 的输出文件链接,可以看到程序处理后 Module 的统计信息:
至此我们基于新的 Yarn 框架的 Demo 完全成功运行,实现功能与预期设计完全一致,运行状态和 NameNode/DataNode 部署,Job/MapReduece 程序的调度均和设计一致。读者可参考该 Demo 的配置及代码进行修改,做为实际生产环境部署和实施的基础。
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