云计算 大数据平台 Hadoop CDH

《云计算与云服务》课程大作业——大数据平台的使用(Hadoop 生态圈、CDH)

《云计算与云服务》课程大作业——大数据平台的使用(Hadoop 生态圈、CDH)

Posted by sunlianglong on June 22, 2018

目录

一、shell自行搭建Hadoop集群（2节点以上）

1.1 系统准备

　　准备centos6.5系统，命名为master，按照虚拟机安装镜像的步骤安装之后，克隆一份到slave，也就是准备一个mater节点，一个slave节点的系统开发环境。

1.2 系统基础配置 ——————–

　　关闭防火墙，设置静态IP，设置SSH免密登陆。

　　关闭防火墙的目的是，我们需要配置的组件应用程序需要使用一些端口，这些端口容易被防火墙封掉，那么这时候有两种选择：要么关闭防火墙，要么将某些应用程序需要的端口在防火墙的规则中进行配置。在实验环境下，暂且不考虑黑客攻击的情况，所以就直接关掉防火墙，以方便下面的配置。

　　设置静态IP的原因是，每次系统重新启动之后，有些系统默认设置下，IP都会随机改变，我们需要在host文件中修改主机名列表，便于master和slave IP的识别和后续操作，所以需要设置静态IP。

　　SSH免密登陆出现在scp远程复制、Hadoop启动、Spark启动等操作中，如果不设置免密登陆每次都要输入很多次密码。

1.3 组件安装与配置

　　Hadoop生态圈含有很多组件，而且呈现出一个堆积金字塔状态，上面的组件是基于下面组建的成功运行来搭建的，所以我们再手动搭建组件的时候，也要遵循先后的原则，在这次大作业中，可能只需要用到最基础的组件和spark，以及oozie，在这里我只介绍最基础的组件，oozie第五部分会详细讲。

1.3.1 Hadoop

(1) hadoop安装与配置

　　我们可选择用yum命令进行安装，一行命令解决所有；但是在这里采取手动安装的方式，自行配置环境变量等，以便于自己更好的理解。首先下载hadoop-2.5.2.tar.gz，下载的方式有很多，wget+下载网址命令很方便，但是有的较老版本的组件安装包的链接已经失效，所以我们可以前往apache官网根据自己的需要进行下载，随后解压，解压目录和文件列表如下。

　　解压完成后的下一步就是配置环境变量运行脚本，进入修改hadoop-2.5.2/etc/hadoop/hadoop-env.sh，将之前安装好的java路径写入。

　　以同样的方法配置环境变量yarn-env.sh。然后，配置核心组件core-site.xml、文件系统hdfs-site.xml、调度系统yarn-site.xml、计算框架mapred-site.xml。配置完成后，用scp将整个hadoop文件远程复制到slave节点的\~节点下。

(2) hadoop启动

　　在master节点下输入jps会发现有4个进程，在slave节点下输入jps会发现有3个进程，说明配置成功。

　　为了进一步核实与验证，我们打开浏览器，输 http://master:18088 ,显示出如下配置。

(3) HDFS文件目录

　　hadoop fs -ls / 查看hdfs文件目录。

1.3.2 Hive

　　配置hive的方法同理，在这里遇到一个问题，那就是启动hive时报错。

　　根据报错，排查原因发现是mysql没有开启。解决办法：重启mysql服务，注意要在root下执行命令才会成功。

　　重新启动hive成功。

1.3.3 Hbase

　　进入到hbase目录，运行start-hbase.sh，启动Hbase。

　　浏览器输入：http://master:60010, 打开控制面板，启动成功。

1.3.4 Spark

　　安装并配置spark，进入到spark目录下并启动spark。jps查看进程，如下图所示，master节点下增加了两个进程，slave节点下增加了一个进程。其中Worker进程运行具体逻辑的进程。

　　执行./spark-shell 得到命令窗口，spark默认的是scala语言。

　　浏览器中输入:http://master:4040，得到spark临时控制面板，这不是主要的界面，所以我称之为临时控制面板，具体内容第四部分会详细讲。

二、Cloudera CDH安装Hadoop平台

2.1 Cloudera quickstart 安装

　　在Cloudrea官网上下载quick-start vm镜像，在虚拟机中分配8G内存启动。在虚拟机中安装中文支持包，并更改系统语言为中文，这时候将cloudera manager控制面板的语言更改为中文，才会成功.安装好的CDH如下：

2.2 CDH 中HQL数据操作

　　在HUE页面下，建表gps，并将gps.csv数据传入到hive数据库中，实施查询功能。

三、集群中的HQL数据操作

　　进入到hive目录下并启动hive。

3.1 创建表

　　创建表gps，以便后面导入2016-06-01重庆部分地区的gps数据，根据时间时间建立分区，数据之间以逗号间隔。

3.2 创建分区

　　为表gps增加两个分区，一个是20160601，代表的是2016-06-01这一天，另外一个是20160602。desc gps 查看表gps的结构。

3.3 Hive数据导入

　　Hive数据的导入可以分为三种，一是本地文件的导入，二是hdfs文件的导入，三是insert或者创建表时直接导入。我首先尝试本地文件的导入，将gps数据上传到系统中，输入以下命令将其导入到gps表，并声明放入的分区。

3.4 Hive操作

　　select基础查询导入的数据。

3.5 hdfs目录分区

　　导入hive的数据都默认放在了hdfs下的hive仓库中，具体路径如下。而且分区的建立，使得数据的存放分隔而独立。分别在gps下面建立了date=20160601和date=20160602文件夹。

四、Spark程序分析HDFS或Hive数据

4.1版本以及流程测试

4.1.1 准备maven集成环境

　　关于第四部分用spark程序分析HDFS或者Hive数据，我首先做一个简单的词频统计来实现读取HDFS数据的任务，目的在于测试一下自己win10系统下scala-spark的版本与我的集群的兼容情况。因为scala与spark的版本要兼容，运行的程序才能最大限度不报错。

　　我win10下的scala是2.10.4版本，spark版本为1.6，可以兼容运行。然而我的集群下的spark版本为1.2，最终要把代码打包到集群上运行，所以测试一下是有必要的。我的任务流程为win10下面打jar包，上传到master集群，然后采用spark集群的方式运行。首先将win10下IDEA中的依赖包替换成集群中的版本：spark-assembly-1.2.0-hadoop2.4.0。

　　其次，用IDEA+Maven+Scala创建wordcount,并打包jar，项目的目录结构如下：

　　注意要导入scala-sdk，之后编辑代码，setMaster("local")代表以本地模式运行，导入文件路径，运行WordCount，输入控制台如下所示，只是完成了map的功能。

4.1.2 生成jar包上传集群

　　之后准备打jar包，并上传到集群运行，可以在代码中更改运行方式，更改为setMaster("spark://master:7077"),意为在集群上运行，spark://master:7077是集群运行的默认端口。也可以不更改，那么代码就只会在master节点上单机运行，在这里先不做更改，第六部分学习Mllib的时候再更改为集群的方式运行。其次，要修改导入的文件，将第八行改为sc.textfile(args(0))，args(0)是传入的第一个参数。

　　更改完毕后，准备打jar包，参考网上的快捷打包方式很简单的就在out文件夹里生成了打好的jar包，在这里要注意把多余的依赖全都删掉，只留下下图中的那一个。

　　提交到集群，spark-submit命令运行，运行的结果跟IDEA里面运行的结果一模一样，如下。

4.1.3 Spark UI界面

　　在运行途中，打开:http://master:4040 是可以看到此时job的运行情况的，但是一旦sc.stop，也就是job任务完毕，SparkContext终止，那么网址便不可访问。因为每一个SparkContext会发布一个web界面，默认端口是4040，它显示了应用程序的有用信息。如果某台机器上运行多个SparkContext,它的web端口会自动连续加一，比如4041,4042,4043等等。就像第一部分中启动./spark-shell，其实启动过后，就是启动了一个SparkContext，终止命令窗口时，就是执行了sc.stop命令。

　　但是只要hadoop启动成功，spark集群启动成功，那么spark集群的web端口：8080便会一直可用，http://master:8080 可以一直访问。

　　Spark 程序运行完(成功/失败)后，我们将无法查看Application的历史记录，但是按照经验来说这不应该啊，hadoop生态圈中对于运行日志的保存至关重要，怎么会出现这样的情况呢？google一下，果然有解决办法，那就是Spark history Server。

　　Spark history Server就是为了应对这种情况而产生的，通过配置可以在Application执行的过程中记录下了日志事件信息，那么在Application执行结束后，WEBUI就能重新渲染生成UI界面展现出该Application在执行过程中的运行时信息。具体的配置很简单，在这里就不在阐述。

　　经过测试，版本应该没有太大的问题，那么可以安心的学习Mllib，不再为版本和集群环境而困扰。

五、使用oozie调度spark job

　　Apache Oozie 是一个用于管理 Apache Hadoop 作业的工作流调度程序。Oozie 非常灵活。人们可以很容易启动，停止，暂停和重新运行作业。Oozie 可以很容易地重新运行失败的工作流。可以很容易重做因宕机或故障错过或失败的作业。甚至有可能跳过一个特定故障节点。oozie本身 apache 只提供源码，需要自己编译，在节点上自行安装并编译oozie稍微有点复杂，在CDH上面就可以很简单的使用，但是也不妨尝试一下，所以在本节中，我在我的master上自行搭建oozie的同时，也在CDH上面学会使用。

5.1 oozie的编译、安装与配置

　　首先根据网上的教程，额外安装Maven 3.0.1+、Pig 0.7+，趁此机会也学习一下Pig。

5.1.1 pig 安装与配置

　　Pig 有两种运行模式： Local 模式和 MapReduce 模式。当 Pig 在 Local 模式运行的时候， Pig 将只访问本地一台主机；当 Pig 在 MapReduce 模式运行的时候， Pig 将访问一个 Hadoop 集群和 HDFS 的安装位置。这时， Pig 将自动地对这个集群进行分配和回收。因为 Pig 系统可以自动地对 MapReduce 程序进行优化，所以当用户使用 Pig Latin 语言进行编程的时候，不必关心程序运行的效率， Pig 系统将会自动地对程序进行优化。这样能够大量节省用户编程的时间。

　　Pig 的 Local 模式和 MapReduce 模式都有三种运行方式，分别为： Grunt Shell 方式、脚本文件方式和嵌入式程序方式。

　　下载pig-0.7版本，配置好profile下的环境变量，输入pig -help验证成功。

运行pig -x local 以Grunt Shell 方式执行。

5.1.2 更改maven中央仓库

　　国外镜像下载很慢，所以将Maven的中央仓库修改为阿里云的仓库地址，但是修改后会出现依赖包不全的问题，下面会解决。

<mirror>
    <id>nexus-aliyun</id>
    <mirrorOf>*</mirrorOf>
    <name>Nexus aliyun</name>
    <url>http://maven.aliyun.com/nexus/content/groups/public</url>
</mirror>

5.1.3 下载oozie并编译

　　去Apache官网下载oozie-4.3.0.tar.gz（不是最新版本），解压到\~目录。进入解压后的目录 oozie-4.3.0，执行mvn clean package assembly:single -DskipTests 编译命令，在阿里云镜像库中编译oozie。

　　第一次编译过程中，报出找不到依赖包的错误：Could not find artifact org.pentaho:pentaho-aggdesigner-algorithm:jar:5.1.5-jhyde in Central。下载不了该jar包我就去手工下载，先找到下载地址，就会发现该jar包来源根本不是maven的central仓库，而是spring。下载地址为：http://repo.spring.io/plugins-release/org/pentaho/pentaho-aggdesigner-algorithm/5.1.5-jhyde/pentaho-aggdesigner-algorithm-5.1.5-jhyde.jar。

　　进入系统的\~/.m2/repository/org/pentaho/pentaho-aggdesigner-algorithm/5.1.5-jhyde/目录下，rm -rf \* 清空目录，手工上传下载好的jar包。

　　第二次、第三次编译过程中，仍然报出找不到依赖包的错误。这时，我就依照报错的提示找到相应的依赖包，手动下载并上传到对应的依赖目录。第四次编译的时候，成功，输入以下内容，最后一行显示build success。

5.1.4 报错以及解决

　　生成oozie数据库脚本文件，初始化mysql时报错：ERROR 1045 (28000): Access denied for user \'oozie\'@\'localhost\' (using password: YES)

　　解决办法，为oozie用户授权。

　　再次启动oozie，运行bin/oozied.sh start，得到以下显示，代表成功。

5.1.5 验证oozie是否安装成功

　　运行 bin/oozie admin -oozie http://localhost:11000/oozie -status，输出System mode: NORMAL即表示配置成功。

　　在浏览器中打开http://localhost:11000/oozie/，显示如图所示。

5.2 CDH中使用Oozie调度Spark

　　进入到HUE界面，打开hdfs，传入依赖包SparkTest.jar 和 word_txt文件。

　　点击Query，新建一个spark任务，依照下图传入相应的依赖包和设置相应的参数。

　　然后点击左下角的执行按钮，在CDH里面执行简单的spark操作，结果如下图。

　　创建Oozie工作流。注意，只有新建了spark任务之后，创建Oozie工作流时才可以识别到传入的spark任务。在下图中，我们看到有hive任务、pig任务、spark-shel脚本、spark等等，这些都是Oozie支持的作业。

　　设置完毕后，点击执行按钮开始执行Oozie调度。

　　在执行之前，有个选项：Do a dryrun before submitting。也就是可以选择先执行一个演练任务，具体可以在Oozie UI界面中看到。

　　如下图在Oozie UI界面中我们可以看到此次调度的情况。

　　电脑配置问题，12G的内存，分配8G+2核CPU给CDH都会很卡，勉强赶上进度，运行一个很简单词频统计都要卡半天，所以有一些细小的问题不在改动，因为太浪费时间了，等更换了电脑之后，按照CDH的官网参看文档，一点点再来学习，对我来说还是蛮有趣的，所以大作业中关于CDH的部分到此为止。

六、spark mllib算法使用与数据分析

6.1 20 news_groups数据与Mllib调用

　　因为20 news_groups数据量还是蛮大的（相对于的电脑的配置来说），所以我并没有全部使用。用spark的一个好处也是我们可以本地运行小批量数据集，准确无误后再在集群上运行整个大数据集，节约时间。数据一共大约20000条，我从中均匀选择了200条(每类10条)作为训练集，测试集只选了10条左右，只是为了在本地测试代码，所以效果没那么好。Maven项目的Pom.xml配置如下：

6.1.1 读取数据

　　参考《Spark机器学习》和scala API文档，我对数据的分析处理，代码如下。

val sparkConf = new SparkConf().setAppName("SparkNLP").setMaster("spark://master:7077")
val data = args(0)
val sc = new SparkContext(sparkConf)
val rdd = sc.wholeTextFiles(data) //加载数据
val text = rdd.map { case (file, text) => text }
text.cache()
println(text.count)//200
val news_groups = rdd.map { case (file, text) => file.split("/").takeRight(2).head }
val countByGroup = news_groups.map { n => (n, 1) }.reduceByKey(_ + _).collect()
.sortBy(-_._2).mkString("\n")
println(countByGroup)

　　项目的运行环境设置为spark://master:7077，意为在集群上运行。读取第一个参数，也就是训练集的hdfs路径。之后加载数据，对数据进行一些转换操作，注意在这里将相应的RDD进行cache或者persist操作，是为了将其缓存下来，因为RDD懒惰执行的特性，每一次的Action操作都会将无环图所涉及的RDD执行一遍，所以将常用的RDD缓存下来可以节约时间。

　　补充一点，reduceByKey等函数，以及一些标识符的使用在这里可能会报错，不被识别，原因是在spark1.2.0以及之前的版本中，RDD没有reduceByKey这些方法。将其隐式转换成PairRDDFunctions才能访问，在前面导入语句：import org.apache.spark.SparkContext._ 。

　　转换操作中，sortBy(-_._2)的意思是将新闻主题按主题统计个数并按从大到小排序。这段代码最终得到的是按照数量进行排序的新闻主题。

6.1.2 基本分词和词组过滤

val whiteSpaceSplit = text.flatMap(t => t.split(" ").map(_.toLowerCase))
val nonWordSplit = text.flatMap(t => t.split("""\W+""").map(_.toLowerCase)) //把不是单词的字符过滤掉
val regex = """[^0-9]*""".r
val filterNumbers = nonWordSplit.filter(token => regex.pattern.matcher(token).matches)
val tokenCounts = filterNumbers.map(t => (t, 1)).reduceByKey(_ + _)
val oreringDesc = Ordering.by[(String, Int), Int](_._2)
println(tokenCounts.top(20)(oreringDesc).mkString("\n"))
val stopwords = Set(
"the","a","an","of","or","in","for","by","on","but","is","not","with","as","was","if","they","are","this","and","it","have","from","at","my","be","that","to"
)//停用词表
//过滤掉停用词
val tokenCountsFilteredStopWords = tokenCounts.filter{  case (k,v) => ! stopwords.contains(k) }
//过滤掉仅仅含有一个字符的单词
val tokenCountsFilteredSize = tokenCountsFilteredStopWords.filter{case (k,v) => k.size >= 2}
//基于频率去除单词：去掉在整个文本库中出现频率很低的单词
val oreringAsc = Ordering.by[(String, Int), Int](- _._2)//新建一个排序器，将单词，次数对按照次数从小到大排序
//将所有出现次数小于2的单词集合拿到
val rareTokens = tokenCounts.filter{ case (k, v) => v < 2 }.map{ case (k, v) => k }.collect().toSet
//过滤掉所有出现次数小于2的单词
val tokenCountsFilteredAll = tokenCountsFilteredSize.filter{ case (k, v) => !rareTokens.contains(k) }
println(tokenCountsFilteredAll.top(20)(oreringAsc).mkString(","))
println(tokenCountsFilteredAll.count)//打印不同的单词

　　首先执行基本的分词，然后把不是单词的字符过滤掉，我们可以使用正则表达式切分原始文档来移除这些非单词字符；然后手动去掉停用词，过滤掉停用词，过滤掉仅含有一个字符的单词，去掉整个文本库中出现频率很低的单词,过滤掉所有出现次数小于2的单词。

　　为什么知道该这么操作呢？每一个转换操作之后，我们都可以打印一下当前数据的形式，查看需要对现在的RDD执行什么过滤操作。我将程序设置为本地模式运行后，打印出过滤过程的一系列结果。

6.1.3 训练TF-IDF模型

val dim = math.pow(2, 18).toInt
val hashingTF = new HashingTF(dim)
//HashingTF的transform函数把每个输入文档（即词项的序列）映射到一个MLlib的Vector对象。
val tf = hashingTF.transform(tokens)
tf.cache()//把数据保持在内存中加速之后的操作
val v = tf.first().asInstanceOf[SV]
println("tf的第一个向量大小:" + v.size)//262144
println("非0项个数：" + v.values.size)//706
println("前10列的下标：" + v.values.take(10).toSeq)
//WrappedArray(1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 2.0, 1.0, 1.0, 2.0, 1.0, 1.0)
println("前10列的词频：" + v.indices.take(10).toSeq)
//WrappedArray(313, 713, 871, 1202, 1203, 1209, 1795, 1862, 3115, 3166)

　　HashingTF使用特征哈希把每个输入文本的词映射为一个词频向量的下标，每个词频向量的下标是一个哈希值（依次映射到特征向量的某个维度），词项的值是本身的TF-IDF权重。可以看到每一个词频的稀疏向量的维度是262144（2\^18）.然而向量中的非0项只有706个。

　　下面分析TF-IDF权重，并计算整个文档的TF-IDF最小和最大权值。

val idf = new IDF().fit(tf)
//transform将词频向量转为TF_IDF向量
val tfidf = idf.transform(tf)
val v2 = tfidf.first().asInstanceOf[SV]
val minMaxVals = tfidf.map{ v => val sv = v.asInstanceOf[SV]
  (sv.values.min, sv.values.max)
}
val globalMinMax = minMaxVals.reduce{ case ( (min1, max1), (min2, max2)) =>
  (math.min(min1, min2), math.max(max1, max2))
}

6.1.4 朴素贝叶斯算法

val newsgroupMap = news_groups.distinct().collect().zipWithIndex.toMap
val zipped = news_groups.zip(tfidf)
val train = zipped.map{ case (topic, vector) =>
  LabeledPoint(newsgroupMap(topic), vector)
}

　　从新闻组RDD开始，其中每个元素是一个话题，使用zipWithIndex,给每个类赋予一个数字下标.使用zip函数把话题和由TF-IDF向量组成的tiidf RDD组合，其中每个label是一个类下标，特征就是IF-IDF向量。

//加载测试集数据
val testRDD = sc.wholeTextFiles(args(1))
val testLabes = testRDD.map{  case (file, text) =>
  val topic = file.split("/").takeRight(2).head
  newsgroupMap(topic) }//根据类别得到此类别的标号
val testTf = testRDD.map{ case (file, text) => hashingTF.transform(tokenize(text)) }
val testTfIdf = idf.transform(testTf)//将MLlib的Vector对象转化为tf-idf向量
val zippedTest = testLabes.zip(testTfIdf)//将类型和向量打包
//将类型和向量打包转换为LabeledPoint对象
val test = zippedTest.map{  case (topic, vector) => LabeledPoint(topic, vector) }
val predictionAndLabel = test.map(p => (model.predict(p.features), p.label))
//使用模型预测
val accuracy = 1.0 * predictionAndLabel.filter(x => x._1 == x._2).count() / test.count()
val metrics = new MulticlassMetrics(predictionAndLabels = predictionAndLabel)
//计算加权F指标，是一个综合了准确率和召回率的指标（这里类似于ROC曲线下的面积，当接近1时有较好的表现），并通过类之间加权平均整合
println("准确率=" + accuracy)

　　将每个文件的内容进行分词处理，HashingTF的transform函数把每个输入文档（即词项的序列）映射到一个MLlib的Vector对象。得到结果如下所示：

　　因数据集太少(训练集200，测试集6)，只是为了节约时间而抛出结果，所以结果不理想。

6.2 Job运行分析

　　提交任务到集群：

　　打开http://master:4040查看Job运行状态如下。4040界面详细给出了每一个Job的运行情况，正在运行的以及运行完成，这些运行在不同集群的Job组成Spark任务。

　　打开http://master:8080查看spark的WEB集成界面，在这里显示了Spark任务的情况，正在运行的任务，已经完成的任务，以及worker的ID和资源状态一目了然。

　　下面是Spark Job的状态、存储等界面，也是详细给出了各部分的运行时状态。

　　等到任务运行完毕后，4040端口随着SparkContext的停止而停止，任务的状态也由Runing转化成为了Completed。

　　任务最终完成的结果。

七、部分博客参考

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