Hadoop生态组件图

总所周知，Hadoop生态体系非常庞大，里面涵盖了各种大数据组件。随着技术的不断演讲，有点组件已经逐渐退出了历史舞台，比如当前很少使用的组件storm、Tez、Presto等。因此，首先总结hadoop的生态组件，然后对组件进行功能说明。

该组件的功能及脑图会持续更新。。。

关键组件说明：

1.HDFS（分布式文件系统）——核心

源自于Google的GFS论文，发表于2003年10月，HDFS是GFS克隆版。

HDFS是整个hadoop体系的基础，负责数据的存储与管理。HDFS有着高容错性（fault-tolerant）的特点，并且设计用来部署在低廉的（low-cost）硬件上。而且它提供高吞吐量（high throughput）来访问应用程序的数据，适合那些有着超大数据集（large data set）的应用程序。它提供了一次写入多次读取的机制，数据以块的形式，同时分布在集群不同物理机器上。

client：切分文件，访问HDFS时，首先与NameNode交互，获取目标文件的位置信息，然后与DataNode交互，读写数据

NameNode：master节点，每个HDFS集群只有一个，管理HDFS的名称空间和数据块映射信息，配置相关副本信息，处理客户端请求。

DataNode：slave节点，存储实际数据，并汇报状态信息给NameNode，默认一个文件会备份3份在不同的DataNode中，实现高可靠性和容错性。

Secondary NameNode：辅助NameNode，实现高可靠性，定期合并fsimage和fsedits，推送给NameNode；紧急情况下辅助和恢复NameNode，但其并非NameNode的热备份。

2.MapReduce（分布式计算框架）——核心

源自于google的MapReduce论文，发表于2004年12月，Hadoop MapReduce是google MapReduce 克隆版。

MapReduce是一种基于磁盘的分布式并行批处理计算模型，用于处理大数据量的计算。它屏蔽了分布式计算框架细节，将计算抽象成map和reduce两部分，其中Map对应数据集上的独立元素进行指定的操作，生成键-值对形式中间结果。Reduce则对中间结果中相同的键的所有值进行规约，以得到最终结果。MapReduce非常适合在大量计算机组成的分布式并行环境里进行数据处理。

JobTracker：master节点，只有一个，管理所有作业，任务/作业的监控，错误处理等，将任务分解成一系列任务，并分派给TaskTracker。

TaskTracker：slave节点，运行 Map task和Reduce task；并与JobTracker交互，汇报任务状态。

Map task：解析每条数据记录，传递给用户编写的map()函数并执行，将输出结果写入到本地磁盘（如果为map—only作业，则直接写入HDFS）。

Reduce task：从Map 它深刻地执行结果中，远程读取输入数据，对数据进行排序，将数据分组传递给用户编写的Reduce()函数执行。

3.Yarn（分布式资源管理器）——核心

YARN是下一代MapReduce，即MRv2，是在第一代MapReduce基础上演变而来的，主要是为了解决原始Hadoop扩展性较差，不支持多计算框架而提出的。 Yarn是下一代 Hadoop 计算平台，yarn是一个通用的运行时框架，用户可以编写自己的计算框架，在该运行环境中运行。用于自己编写的框架作为客户端的一个lib，在运用提交作业时打包即可。该框架为提供了以下几个组件：

资源管理：包括应用程序管理和机器资源管理
资源双层调度
容错性：各个组件均有考虑容错性
扩展性：可扩展到上万个节点

4.Spark（分布式计算框架）

Spark是一个Apache项目，它被标榜为“快如闪电的集群计算”。它拥有一个繁荣的开源社区，并且是目前最活跃的Apache项目。最早Spark是UC Berkeley AMP lab所开源的类Hadoop MapReduce的通用的并行计算框架。是一种基于内存的分布式并行计算框架，不同于MapReduce的是——Job中间输出结果可以保存在内存中，从而不再需要读写HDFS，因此Spark能更好地适用于数据挖掘与机器学习等需要迭代的MapReduce的算法。Spark提供了一个更快、更通用的数据处理平台。和Hadoop相比，Spark可以让你的程序在内存中运行时速度提升100倍，或者在磁盘上运行时速度提升10倍

Cluster Manager：在standalone模式中即为Master主节点，控制整个集群，监控worker。在YARN模式中为资源管理器

Worker节点：从节点，负责控制计算节点，启动Executor或者Driver。

Driver：运行Application 的main()函数

Executor：执行器，是为某个Application运行在worker node上的一个进程

Spark将数据抽象为RDD（弹性分布式数据集），内部提供了大量的库，包括Spark Core、Spark SQL、Spark Streaming、MLlib、GraphX。开发者可以在同一个应用程序中无缝组合使用这些库。

Spark Core：包含Spark的基本功能；尤其是定义RDD的API、操作以及这两者上的动作。其他Spark的库都是构建在RDD和Spark Core之上的

Spark SQL：提供通过Apache Hive的SQL变体Hive查询语言（HiveQL）与Spark进行交互的API。每个数据库表被当做一个RDD，Spark SQL查询被转换为Spark操作。

Spark Streaming：对实时数据流进行处理和控制。Spark Streaming允许程序能够像普通RDD一样处理实时数据，通过短时批处理实现的伪流处理。

MLlib：一个常用机器学习算法库，算法被实现为对RDD的Spark操作。这个库包含可扩展的学习算法，比如分类、回归等需要对大量数据集进行迭代的操作。

GraphX：控制图、并行图操作和计算的一组算法和工具的集合。GraphX扩展了RDD API，包含控制图、创建子图、访问路径上所有顶点的操作

5.Tez(DAG计算模型)

Tez是Apache最新开源的支持DAG作业的计算框架，它直接源于MapReduce框架，核心思想是将Map和Reduce两个操作进一步拆分，即Map被拆分成Input、Processor、Sort、Merge和Output Reduce被拆分成Input、Shuffle、Sort、Merge、Processor和Output等这样，这些分解后的元操作可以任意灵活组合，产生新的操作，这些操作经过一些控制程序组装后，可形成一个大的DAG作业。目前hive支持mr、tez计算模型，tez能完美二进制mr程序，提升运算性能。

6.Hive（基于Hadoop的数据仓库）

由facebook开源，最初用于解决海量结构化的日志数据统计问题。

Hive定义了一种类似SQL的查询语言(HQL),将SQL转化为MapReduce任务在Hadoop上执行。通常用于离线分析。

HQL用于运行存储在Hadoop上的查询语句，Hive让不熟悉MapReduce开发人员也能编写数据查询语句，然后这些语句被翻译为Hadoop上面的MapReduce任务。

7.Pig(ad-hoc脚本）

由yahoo!开源，设计动机是提供一种基于MapReduce的ad-hoc(计算在query时发生)数据分析工具

Pig定义了一种数据流语言—Pig Latin，它是MapReduce编程的复杂性的抽象,Pig平台包括运行环境和用于分析Hadoop数据集的脚本语言(Pig Latin)。

其编译器将Pig Latin翻译成MapReduce程序序列将脚本转换为MapReduce任务在Hadoop上执行。通常用于进行离线分析。

8.Mahout（数据挖掘算法库）

Mahout起源于2008年，最初是Apache Lucent的子项目，它在极短的时间内取得了长足的发展，现在是Apache的顶级项目。

Mahout的主要目标是创建一些可扩展的机器学习领域经典算法的实现，旨在帮助开发人员更加方便快捷地创建智能应用程序。

Mahout现在已经包含了聚类、分类、推荐引擎（协同过滤）和频繁集挖掘等广泛使用的数据挖掘方法。

除了算法，Mahout还包含数据的输入/输出工具、与其他存储系统（如数据库、MongoDB 或Cassandra）集成等数据挖掘支持架构。

9.Ambari（安装部署配置管理工具）

Apache Ambari 的作用来说，就是创建、管理、监视 Hadoop 的集群，是为了让 Hadoop 以及相关的大数据软件更容易使用的一个web工具。

10. Oozie(工作流调度器）

Oozie是一个可扩展的工作体系，集成于Hadoop的堆栈，用于协调多个MapReduce作业的执行。它能够管理一个复杂的系统，基于外部事件来执行，外部事件包括数据的定时和数据的出现。

Oozie工作流是放置在控制依赖DAG（有向无环图 Direct Acyclic Graph）中的一组动作（例如，Hadoop的Map/Reduce作业、Pig作业等），其中指定了动作执行的顺序。

Oozie使用hPDL（一种XML流程定义语言）来描述这个图。

11.HBase（分布式列存数据库）

源自Google的Bigtable论文，发表于2006年11月，HBase是Google Bigtable克隆版

HBase是一个建立在HDFS之上，面向列的针对结构化数据的可伸缩、高可靠、高性能、分布式和面向列的动态模式数据库。

HBase采用了BigTable的数据模型：增强的稀疏排序映射表（Key/Value），其中，键由行关键字、列关键字和时间戳构成。

HBase提供了对大规模数据的随机、实时读写访问，同时，HBase中保存的数据可以使用MapReduce来处理，它将数据存储和并行计算完美地结合在一起。

12.Sqoop（数据ETL/同步工具）

Sqoop是SQL-to-Hadoop的缩写，主要用于传统数据库和Hadoop之前传输数据。数据的导入和导出本质上是Mapreduce程序，充分利用了MR的并行化和容错性。

Sqoop利用数据库技术描述数据架构，用于在关系数据库、数据仓库和Hadoop之间转移数据。

13.Flume（日志收集工具）

Cloudera开源的日志收集系统，具有分布式、高可靠、高容错、易于定制和扩展的特点。

它将数据从产生、传输、处理并最终写入目标的路径的过程抽象为数据流，在具体的数据流中，数据源支持在Flume中定制数据发送方，从而支持收集各种不同协议数据。

同时，Flume数据流提供对日志数据进行简单处理的能力，如过滤、格式转换等。此外，Flume还具有能够将日志写往各种数据目标（可定制）的能力。

总的来说，Flume是一个可扩展、适合复杂环境的海量日志收集系统。当然也可以用于收集其他类型数据

Flume以Agent为最小的独立运行单位，一个Agent就是一个JVM。单个Agent由Source、Sink和Channel三大组件构成

Source：从客户端收集数据，并传递给Channel。

Channel：缓存区，将Source传输的数据暂时存放。

Sink：从Channel收集数据，并写入到指定地址。

14. Zookeeper（分布式协作服务）

源自Google的Chubby论文，发表于2006年11月，Zookeeper是Chubby克隆版

解决分布式环境下的数据管理问题：统一命名，状态同步，集群管理，配置同步等。

Hadoop的许多组件依赖于Zookeeper，它运行在计算机集群上面，用于管理Hadoop操作。

15.HCatalog（数据表和存储管理服务）

HCatalog是Hadoop的表和存储管理工具。它将Hive Metastore的表格数据公开给其他Hadoop应用程序。使得具有不同数据处理工具（Pig，MapReduce）的用户能够轻松在网格读写数据。HCatalog的表抽象为用户提供了Hadoop分布式文件系统(HDFS)中数据的关系视图，并确保用户不必担心数据存储在何处或以何种格式存储——RCFile格式、文本文件、SequenceFiles或ORC文件。

HCatalog像Hive的一个关键组件一样工作，它使用户能够以任何格式和任何结构存储他们的数据。

16.Impala（SQL查询引擎）

impala是cloudera提供的一款高效率的sql查询工具，提供实时的查询效果，官方测试性能比hive快10到100倍，其sql查询比sparkSQL还要更加快速，号称是当前大数据领域最快的查询sql工具，

impala是参照谷歌的新三篇论文（Caffeine–网络搜索引擎、Pregel–分布式图计算、Dremel–交互式分析工具）当中的Dremel实现而来，其中旧三篇论文分别是（BigTable，GFS，MapReduce）分别对应我们即将学的HBase和已经学过的HDFS以及MapReduce。

impala是基于hive并使用内存进行计算，兼顾数据仓库，具有实时，批处理，多并发等优点。是CDH平台首选的PB级大数据实时查询分析引擎。

17.Presto（分布式大数据SQL查询引擎）

Presto是一个开源的分布式SQL查询引擎，适用于交互式分析查询，数据量支持GB到PB字节。

Presto的设计和编写完全是为了解决像Facebook这样规模的商业数据仓库的交互式分析和处理速度的问题。

Presto是一个交互式的查询引擎，我们最关心的就是Presto实现低延时查询的原理，特点如下：

1、完全基于内存的并行计算

2、流水线

3、本地化计算

4、动态编译执行计划

5、小心使用内存和数据结构

6、类BlinkDB的近似查询

7、GC控制

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