1.2　Hadoop项目及其结构

现在Hadoop已经发展成为包含很多项目的集合。虽然其核心内容是MapReduce和Hadoop分布式文件系统，但与Hadoop相关的Common、Avro、Chukwa、Hive、HBase等项目也是不可或缺的。它们提供了互补性服务或在核心层上提供了更高层的服务。图1-1是Hadoop的项目结构图。

下面将对Hadoop的各个关联项目进行更详细的介绍。

1）Common：Common是为Hadoop其他子项目提供支持的常用工具，它主要包括FileSystem、RPC和串行化库。它们为在廉价硬件上搭建云计算环境提供基本的服务，并且会为运行在该平台上的软件开发提供所需的API。2）Avro：Avro是用于数据序列化的系统。它提供了丰富的数据结构类型、快速可压缩的二进制数据格式、存储持久性数据的文件集、远程调用RPC的功能和简单的动态语言集成功能。其中代码生成器既不需要读写文件数据，也不需要使用或实现RPC协议，它只是一个可选的对静态类型语言的实现。Avro系统依赖于模式（Schema），数据的读和写是在模式之下完成的。这样可以减少写入数据的开销，提高序列化的速度并缩减其大小；同时，也可以方便动态脚本语言的使用，因为数据连同其模式都是自描述的。在RPC中，Avro系统的客户端和服务端通过握手协议进行模式的交换，因此当客户端和服务端拥有彼此全部的模式时，不同模式下相同命名字段、丢失字段和附加字段等信息的一致性问题就得到了很好的解决。3）MapReduce：MapReduce是一种编程模型，用于大规模数据集（大于1TB）的并行运算。映射（Map）、化简（Reduce）的概念和它们的主要思想都是从函数式编程语言中借鉴而来的。它极大地方便了编程人员—即使在不了解分布式并行编程的情况下，也可以将自己的程序运行在分布式系统上。MapReduce在执行时先指定一个Map（映射）函数，把输入键值对映射成一组新的键值对，经过一定处理后交给Reduce，Reduce对相同key下的所有value进行处理后再输出键值对作为最终的结果。图1-2是MapReduce的任务处理流程图，它展示了MapReduce程序将输入划分到不同的Map上、再将Map的结果合并到Reduce、然后进行处理的输出过程。详细介绍请参考本章1.3节。

4）HDFS：HDFS是一个分布式文件系统。因为HDFS具有高容错性（fault-tolerent）的特点，所以它可以设计部署在低廉（low-cost）的硬件上。它可以通过提供高吞吐率（high throughput）来访问应用程序的数据，适合那些有着超大数据集的应用程序。HDFS放宽了对可移植操作系统接口（POSIX，Portable Operating System Interface）的要求，这样可以实现以流的形式访问文件系统中的数据。HDFS原本是开源的Apache项目Nutch的基础结构，最后它却成为了Hadoop基础架构之一。

以下几个方面是HDFS的设计目标： 检测和快速恢复硬件故障。硬件故障是计算机常见的问题。整个HDFS系统由数百甚至数千个存储着数据文件的服务器组成。而如此多的服务器则意味着高故障率，因此，故障的检测和快速自动恢复是HDFS的一个核心目标。 流式的数据访问。HDFS使应用程序流式地访问它们的数据集。HDFS被设计成适合进行批量处理，而不是用户交互式处理。所以它重视数据吞吐量，而不是数据访问的反应速度。 简化一致性模型。大部分的HDFS程序对文件的操作需要一次写入，多次读取。一个文件一旦经过创建、写入、关闭就不需要修改了。这个假设简化了数据一致性问题和高吞吐量的数据访问问题。 通信协议。所有的通信协议都是在TCP/IP协议之上的。一个客户端和明确配置了端口的名字节点（NameNode）建立连接之后，它和名字节点的协议便是客户端协议（Client Protocal）。数据节点（DataNode）和名字节点之间则用数据节点协议（DataNode Protocal）。关于HDFS的具体介绍请参考本章1.3节。5）Chukwa：Chukwa是开源的数据收集系统，用于监控和分析大型分布式系统的数据。Chukwa是在Hadoop的HDFS和MapReduce框架之上搭建的，它继承了Hadoop的可扩展性和健壮性。Chukwa通过HDFS来存储数据，并依赖MapReduce任务处理数据。Chukwa中也附带了灵活且强大的工具，用于显示、监视和分析数据结果，以便更好地利用所收集的数据。6）Hive：Hive最早是由Facebook设计的，是一个建立在Hadoop基础之上的数据仓库，它提供了一些用于对Hadoop文件中的数据集进行数据整理、特殊查询和分析存储的工具。Hive提供的是一种结构化数据的机制，它支持类似于传统RDBMS中的SQL语言的查询语言，来帮助那些熟悉SQL的用户查询Hadoop中的数据，该查询语言称为Hive QL。与此同时，传统的MapReduce编程人员也可以在Mapper或Reducer中通过Hive QL查询数据。Hive编译器会把Hive QL编译成一组MapReduce任务，从而方便MapReduce编程人员进行Hadoop系统开发。7）HBase：HBase是一个分布式的、面向列的开源数据库，该技术来源于Google论文《Bigtable：一个结构化数据的分布式存储系统》。如同Bigtable利用了Google文件系统（Google File System）提供的分布式数据存储方式一样，HBase在Hadoop之上提供了类似于Bigtable的能力。HBase不同于一般的关系数据库，原因有两个：其一，HBase是一个适合于非结构化数据存储的数据库；其二，HBase是基于列而不是基于行的模式。HBase和Bigtable使用相同的数据模型。用户将数据存储在一个表里，一个数据行拥有一个可选择的键和任意数量的列。由于HBase表是疏松的，用户可以为行定义各种不同的列。HBase主要用于需要随机访问、实时读写的大数据（Big Data）。具体介绍请参考第12章。8）Pig：Pig是一个对大型数据集进行分析、评估的平台。Pig最突出的优势是它的结构能够经受住高度并行化的检验，这个特性使得它能够处理大型的数据集。目前，Pig的底层由一个编译器组成，它在运行的时候会产生一些MapReduce程序序列，Pig的语言层由一种叫做Pig Latin的正文型语言组成。有关Pig的具体内容请参考第14章。9）ZooKeeper：ZooKeeper是一个为分布式应用所设计的开源协调服务。它主要为用户提供同步、配置管理、分组和命名等服务，减轻分布式应用程序所承担的协调任务。ZooKeeper的文件系统使用了我们所熟悉的目录树结构。ZooKeeper是使用Java编写的，但是它支持Java和C两种编程语言。有关ZooKeeper的具体内容请参考第15章。上面讨论的9个项目在本书中都有相应的章节进行详细的介绍。