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大数据HCIA笔记1

article 2024/12/2 4:34:13

概述

当下主流的流计算使用Flink

Hadoop

Hadoop的核心组件：HDFS(分布式文件系统)、Yarn(资源调度)、MapReduce(批量计算引擎)

HDFS

HDFS -- Hadoop Distributed File System

HDFS核心进程（组件）：NameNode，DataNode

NameNode：名称节点主要存放元数据 eg文件的名称路径大小副本数量权限所属用户等

DataNode：数据节点存放数据本身打开文件看到的内容

随着操作次数的增加，Editlog占用的存储空间会越来越大，为了保证元数据不丢失，Editlog和FsImage会定期合并

元数据既保存在内存中也在磁盘中 HDFS服务启动后会把磁盘中的元数据加载到内存中

200MB的文件，在HDFS中通过两个block块[抽象的块]保存。每个block都是128MB

第一个块：128MB

第二个块：也是128MB 虽然block显示128MB，其实只会占用真实大小，也就是72MB

硬盘容量1T，但是实际能用的没有这么多，block id、datanode都会占用存储空间

单节点容易出现单点故障，企业一般用HA（会用到zookeeper）

元数据持久化：为了保证内存的元数据不丢失，会定时将内存的元数据保存到磁盘对应路径

HDFS联邦（Federation）：为了解决nn横向扩展能力因为nn保存了很多元数据，但是nn的内存是有限的，为了能够存放更多的元数据，因此使用联邦机制

服务器数量更多，应用于超大规模的数据场景各nn负责自己所属目录(与Linux挂载磁盘到目录类似)，各nn间元数据不共享，每个nn都有对应的standby

对客户端来说无感知

HA和联邦的关系

数据副本机制：为了保证数据不丢失

数据很重要就多备份，但都备份到一个地方和没做一样(上图3个机架15台服务器)

上图反映的HDFS副本基本策略是：

第一个副本存放在与客户端最近的节点（服务器）

第二个副本存放在与客户端相邻机架的任意一个节点

第三个副本存放在与客户端相同机架的任意一个节点

其他的副本根据节点的容量任意存放

数据存储分为：集中式存储，分布式存储

集中式存储主要通过raid技术，保证数据安全性

分布式存储主要通过block块存储的方式保证数据安全性

一个文件200MB，由两个块组成，一个block128MB，另一个72MB（逻辑大小128），那么每一个块都会有4个副本

当设定文件的副本数量是4个时，假如有一个或多个副本出现损坏，HDFS能够定时监控到，并将缺失的副本数根据副本存放策略进行补充

HDFS通过distance来判断副本距离客户端的远近，为了能更快的访问到需要的数据，所以会判断距离，优先将距离近的数据提供给客户端

安全模式：两种情况会出现安全模式

第一种在HDFS启动时，元数据还没有加载到内存中，直到元数据大约有99.98%都成功加载到内存时，才会退出安全模式

第二种当datanode节点损坏数量变多

在linux操作系统上对HDFS的操作

HDFS dfs ..

Zookeeper

分布式协调服务

HA中组件多了两个进程：

JN：实时同步两个namenode元数据信息，保证元数据的一致性

ZKFC：实时监控active namenode状态，当发现active nn出现异常情况，就会将standby nn马上切换为active状态，对外提供服务

启动时选举出leader

容灾哪里：不挂一半就没什么问题（建议奇数台奇偶数容灾能力一样）

HBase

列式数据库实时响应速度毫秒级

HBase的元数据存储在HBase表中的元数据表（metadata meta表）

实时检索项目一般使用hbase 通过hbase和elasticsearch结合起来实现

行列列族行键

key是字典序查找看key 可以存稀疏数据

插入的数据需要指定rowkey info(列族) name(列限定符)

HReginServer中的核心组件： HLog：预写日志WAL，所有写入hbase的数据都会写入hlog中

memStore：写入内存，hbase在写入数据时，会直接写入到内存，当数据写入到内存成功就会给客户端返回写入成功的信息

HRegin：用来保存hbase的数据

store：和列族有对应关系

storeFile(HFile)：写入磁盘，将hbase数据写入磁盘，是为了数据持久化，当内存数据占比80%时，会自动启动flush操作，将内存的数据刷入磁盘，刷入成功后，会将hlog这部分的数据删除

zookeeper帮助选举出一个hmaster(管理用户对表的操作、实现不同hregionserver间的负载均衡、在region分裂或合并后负责重新调整region分布、对发生故障失效的hrs上的r进行迁移)作为集群的总管，并保证在任何时刻总有唯一一个hmaster在运行，这就避免了hmaster的‘单点失效’问题

hregionserver是hbase最核心的模块，负责存储、维护hregion，处理来自client的读写请求

按行键索引，搜索很快

拆分策略默认c.. 单region上限10G

热点region(行键的设置策略)：

Hive

数据分析(数仓)

HDFS分布式文件系统用于海量数据的存放

HBase列式数据库（no sql）解决了HDFS读写数据较慢的缺点，支持毫秒级别的读写

而Hive作为数据仓库，仍然依赖于Hadoop组件，主要作用是数据分析

HDFS中的数据，程序员通过Java编程，编写MapReduce程序进行数据分析，但会编程的工程师占比不高，会sql的相对较高

hive与hadoop之间的关系

hive的元数据与数据是解耦合的，元数据和数据不在一个地方存放

hive的元数据默认保存在derby数据库，derby是一个轻量型的数据库，小到同时只允许一个客服端登录，不适合生产环境，所以使用其他关系型数据库代替derby保存元数据

通常使用MySQL作为hive存放元数据的数据库，hive的元数据有表名，表中数据存放的路径等

Hive内部表与外部表的区别：

内部表：在创建时是create table

在删除表时，表结构和表中数据都会被清除

外部表：在创建时时create external table

在删除表时，只会删除表结构，表中数据仍然存在

在加载原始数据时，都会使用外部表在加载原始数据时使用外部表可以保护数据的完整性和安全性，并提高数据处理的效率

在进行数据分析时，一般使用内部表在进行数据分析时使用内部表则可以提供更便捷的数据操作、更强的事务支持和更高的数据完整性保障

数仓分层：ODS(original)原始数据层（读取ODS层数据用的都是外部表），DWD(wish)数据清洗层，DWS(server)轻度汇总层，ADS(analysis server)高度汇总层（需求分析年度季度汇总用内部表）

SQL语句分类：

DDL语句对表，数据库本身的CRUD

DML语句数据导入导出，将数据导入表中，或将表中的数据导出到HDFS或local

DQL语句数据查询，select、where、join、group by having、order by、row number()、union等

DCL语句与授权、安全相关语句，grant、revoke等

Spark

（在华为上只支持spark on Yarn）

现在的项目比较少用MapReduce了，多用Spark处理离线，用Flink处理实时(Flink流批一体)

spark(原生语言scale 执行效率最快)是一种基于内存的快速、通用、可扩展的大数据计算引擎（MapReduce基于磁盘）

目前用的比较多的是批处理(RDD弹性分布式数据集并行只读)，交互式查询(SQL、DataFrames、Datasets)

spark打造了一站式解决平台，包含了批处理、实时处理、图处理、机器学习

批处理 spark core，它的核心概念就是RDD，RDD是不可变的，能够平行计算，因此比常量的效率高。要进行数据分析时，都需要先将数据转换成RDD，spark实现了一些方式将数据转换为rdd，eg通过txtfile可以将hadoop读取的数据转换为rdd，可以将数组array、列表list、元组tuple、集合collection转换为rdd进行计算

实时处理，以前是spark streaming，现在是被structured streaming替代，因为spark streaming的实时设计理念是批处理，效率不高，已经停止运维

图计算，spark用于图和图并行计算的一个新组件在高层次上，GraphX通过引入一个新的图抽象扩展spark rdd(一个有向多图有向多图是指一个图中可以包含多个方向相同的边，即从同一个起点到同一个终点可以有多条边。这种图在描述某些复杂关系时非常有用，比如社交网络中的朋友关系、交通网络中的路线等)，其属性附加到每个顶点和边上

交互式查询spark sql，通过sql形式进行计算和分析，类似于Hive；能够连接Hive或者HBase，直接读取它们的数据，进行计算核心是DataFrames

MLlib是spark的机器学习库，目标是使机器学习具有可扩展性和简单性，在高层次上提供了算法库、特征化、pipeline、持久性和实用程序等工具