
大數(shù)據(jù)和Hadoop生態(tài)圈,Hadoop發(fā)行版和基于Hadoop的企業(yè)級(jí)應(yīng)用
你可能聽別人說(shuō)過(guò),我們生活在“大數(shù)據(jù)”的環(huán)境中。技術(shù)驅(qū)動(dòng)著當(dāng)今世界的發(fā)展,計(jì)算能力飛速增長(zhǎng),電子設(shè)備越來(lái)越普遍,因特網(wǎng)越來(lái)越容易接入,與此同時(shí),比以往任何時(shí)候都多的數(shù)據(jù)正在被傳輸和收集。
企業(yè)正在以驚人的速度產(chǎn)生數(shù)據(jù)。僅Facebook每天就會(huì)收集 250 TB 的數(shù)據(jù)。Thompson Reuters News Analytics (湯普森路透社新聞分析)顯示,現(xiàn)在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的總量比2009年的1ZB(1ZB等同于一百萬(wàn) PB)多了兩倍多,到 2015 年有可能將達(dá)到7.9ZB,到 2020 年則有可能會(huì)達(dá)到35ZB。其他調(diào)查機(jī)構(gòu)甚至做出了更高的預(yù)測(cè)。
隨著企業(yè)產(chǎn)生并收集的數(shù)據(jù)量增多,他們開始認(rèn)識(shí)到數(shù)據(jù)分析的重要性。但是,他們必須先有效地管理好自己擁有的大量信息。這會(huì)產(chǎn)生新的挑戰(zhàn):怎樣才能存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)?怎樣處理它們?怎樣高效地分析它們?既然數(shù)據(jù)會(huì)增加,又如何構(gòu)建一個(gè)可擴(kuò)展的解決方案?
不僅研究人員和數(shù)據(jù)科學(xué)家要面對(duì)大數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)。幾年前,在Google+ 大會(huì)上,計(jì)算機(jī)書籍出版者Tim O’Reilly引用過(guò)Alistair Croll的話,“這些產(chǎn)生了大量的無(wú)明顯規(guī)律數(shù)據(jù)的公司,正在被那些產(chǎn)生了相對(duì)較少的有規(guī)律數(shù)據(jù)的新創(chuàng)公司取代……”。簡(jiǎn)而言之,Croll想要說(shuō),除非你的企業(yè)“理解”你擁有的數(shù)據(jù),否則你的企業(yè)無(wú)法與那些“理解”自身數(shù)據(jù)的公司抗衡。
企業(yè)已經(jīng)意識(shí)到:大數(shù)據(jù)與商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)、態(tài)勢(shì)感知、生產(chǎn)力、科學(xué)和創(chuàng)新等密切相關(guān),分析這些大數(shù)據(jù)能夠獲得巨大的效益。因?yàn)樯虡I(yè)競(jìng)爭(zhēng)正在驅(qū)動(dòng)大數(shù)據(jù)分析,所以大多數(shù)企業(yè)認(rèn)同O’Reilly和Croll的觀點(diǎn)。他們認(rèn)為當(dāng)今企業(yè)的生存依賴于存儲(chǔ)、處理和分析大量信息的能力,依賴于是否掌控了接受大數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)的能力。
如果你閱讀這本書,你將會(huì)熟悉這些挑戰(zhàn),熟悉Apache的Hadoop,并且知道Hadoop可以解決哪些問題。本章主要介紹大數(shù)據(jù)的前景和挑戰(zhàn),并且概述Hadoop及其組件生態(tài)圈。可以利用這些組件構(gòu)建可擴(kuò)展、分布式的數(shù)據(jù)分析解決方案。
由于“人力資本”是一個(gè)無(wú)形的、對(duì)成功至關(guān)重要的因素,所以多數(shù)企業(yè)都認(rèn)為他們的員工才是他們最有價(jià)值的財(cái)產(chǎn)。其實(shí)還有另外一個(gè)關(guān)鍵因素——企業(yè)所擁有的“信息”。信息可信度、信息量和信息可訪問性可以增強(qiáng)企業(yè)信息能力,從而使企業(yè)做出更好的決策。
要理解企業(yè)產(chǎn)生的大量的數(shù)字信息是非常困難的。IBM指出在過(guò)去僅僅兩年的時(shí)間里產(chǎn)生了世界90%的數(shù)據(jù)。企業(yè)正在收集、處理和存儲(chǔ)這些可能成為戰(zhàn)略資源的數(shù)據(jù)。十年前,Michael Daconta, Leo Obrst, and Kevin T.Smith (Indianapolis: Wiley, 2004)寫的一本書《The Semantic Web: A Guide to the Future of XML, Web Services, and Knowledge Management》中有句格言“只有擁有最好的信息,知道怎樣發(fā)現(xiàn)信息,并能夠最快利用信息的企業(yè)才能立于不敗之地”。
知識(shí)就是力量。問題是,隨著收集的數(shù)據(jù)越來(lái)越多,傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)工具將不能管理,并且快速處理這些數(shù)據(jù)。這將導(dǎo)致企業(yè)“淹沒”在自己的數(shù)據(jù)中:不能有效利用數(shù)據(jù),不能理解數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系,不能理解數(shù)據(jù)潛在的巨大力量。
人們用“大數(shù)據(jù)”來(lái)描述過(guò)于龐大的數(shù)據(jù)集,這些數(shù)據(jù)集一般無(wú)法使用傳統(tǒng)的用于存儲(chǔ)、管理、搜索和分析等過(guò)程的工具來(lái)處理。大數(shù)據(jù)有眾多來(lái)源,可以是結(jié)構(gòu)型的,也可以是非結(jié)構(gòu)型的;通過(guò)處理和分析大數(shù)據(jù),可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)部規(guī)律和模式,從而做出明智選擇。
什么是大數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)?怎么存儲(chǔ)、處理和分析如此大的數(shù)據(jù)量,從而從海量數(shù)據(jù)中獲取有用信息?
分析大數(shù)據(jù),需要大量的存儲(chǔ)空間和超級(jí)計(jì)算處理能力。在過(guò)去的十年中,研究人員嘗試了各種的方法來(lái)解決數(shù)字信息增加帶來(lái)的問題。首先,把重點(diǎn)放在了給單個(gè)計(jì)算機(jī)更多的存儲(chǔ)、處理能力和內(nèi)存等上面,卻發(fā)現(xiàn)單臺(tái)計(jì)算機(jī)的分析能力并不能解決問題。隨著時(shí)間的推移,許多組織實(shí)現(xiàn)了分布式系統(tǒng)(通過(guò)多臺(tái)計(jì)算機(jī)分布任務(wù)),但是分布式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析解決方案往往很復(fù)雜,并且容易出錯(cuò),甚至速度不夠快。
在2002年,Doug Cutting和Mike Cafarella開發(fā)一個(gè)名為Nutch的項(xiàng)目(專注于解決網(wǎng)絡(luò)爬蟲、建立索引和搜索網(wǎng)頁(yè)的搜索引擎項(xiàng)目),用于處理大量信息。在為Nutch項(xiàng)目解決存儲(chǔ)和處理問題的過(guò)程中,他們意識(shí)到,需要一個(gè)可靠的、分布式計(jì)算方法,為Nutch收集大量網(wǎng)頁(yè)數(shù)據(jù)。
一年后,谷歌發(fā)表了關(guān)于谷歌文件系統(tǒng)(GFS)和MapReduce的論文,MapReduce是一個(gè)用來(lái)處理大型數(shù)據(jù)集的算法和分布式編程平臺(tái)。當(dāng)意識(shí)到集群的分布式處理和分布式存儲(chǔ)的前景后,Cutting和Cafarella把這些論文作為基礎(chǔ),為Nutch構(gòu)建分布式平臺(tái),開發(fā)了我們所熟知的Hadoop分布式文件系統(tǒng)(HDFS)和MapReduce。
在2006年,Yahoo在為搜索引擎建立大量信息的索引的過(guò)程中,經(jīng)歷了“大數(shù)據(jù)”挑戰(zhàn)的掙扎之后,看到了Nutch項(xiàng)目的前景,聘請(qǐng)了Doug Cutting,并迅速?zèng)Q定采用Hadoop作為其分布式架構(gòu),用來(lái)解決搜索引擎方面的問題。雅虎剝離出來(lái)Nutch項(xiàng)目的存儲(chǔ)和處理部分,形成Apache基金的一個(gè)開源項(xiàng)目Hadoop,與此同時(shí)Nutch的網(wǎng)絡(luò)爬蟲項(xiàng)目保持自己獨(dú)立性。此后不久,雅虎開始使用Hadoop分析各種產(chǎn)品應(yīng)用。該平臺(tái)非常有效,以至于雅虎把搜索業(yè)務(wù)和廣告業(yè)務(wù)合并成一個(gè)單元,從而更好地利用Hadoop技術(shù)。
在過(guò)去的10年中,Hadoop已經(jīng)從搜索引擎相關(guān)的平臺(tái),演變?yōu)樽盍餍型ㄓ玫挠?jì)算平臺(tái),用于解決大數(shù)據(jù)帶來(lái)的挑戰(zhàn)。它正在快速成為下一代基于數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序的基礎(chǔ)。市場(chǎng)研究公司IDC預(yù)計(jì),到2016年,Hadoop驅(qū)動(dòng)的大數(shù)據(jù)市場(chǎng)將超過(guò)23億美元。自從2008年建立第一家以Hadoop為中心的公司Cloudera之后,幾十家基于Hadoop的創(chuàng)業(yè)公司吸引了數(shù)億美元的風(fēng)險(xiǎn)投資。簡(jiǎn)而言之,Hadoop為企業(yè)提供了一個(gè)行之有效的方法,來(lái)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析。
1.1.1 Hadoop:迎接大數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)
Apache的Hadoop通過(guò)簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)密集型、高度并行的分布式應(yīng)用的實(shí)現(xiàn),以此迎接大數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)。世界各地的企業(yè)、大學(xué)和其它組織都在使用Hadoop,Hadoop把任務(wù)分成任務(wù)片,分布在數(shù)千臺(tái)計(jì)算機(jī)上,從而進(jìn)行快速分析,并分布式存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)。Hadoop利用大量廉價(jià)的計(jì)算機(jī),提供了一個(gè)可擴(kuò)展強(qiáng),可靠性高的機(jī)制;并利用廉價(jià)的方式來(lái)存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。Hadoop還提供了新的和改進(jìn)的分析技術(shù),從而使大量結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的復(fù)雜分析變?yōu)榭赡堋?/span>
Hadoop與以前的分布式方法的區(qū)別:
此外,Hadoop隱藏了復(fù)雜的分布式實(shí)現(xiàn)過(guò)程,提供了一種簡(jiǎn)單的編程方法。從而,Hadoop得以提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析機(jī)制,包括以下內(nèi)容:
對(duì)于大多數(shù)Hadoop用戶而言,Hadoop最重要的特征是,將業(yè)務(wù)規(guī)劃和基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)進(jìn)行了清晰的劃分。為那些專注于商業(yè)業(yè)務(wù)的用戶,隱藏了Hadoop的基礎(chǔ)設(shè)施的復(fù)雜性,并提供了一個(gè)易于使用的平臺(tái),從而使復(fù)雜的分布式計(jì)算的問題簡(jiǎn)單化。
1.1.2 商業(yè)界的數(shù)據(jù)科學(xué)
Hadoop的存儲(chǔ)和處理大數(shù)據(jù)的能力經(jīng)常與“數(shù)據(jù)科學(xué)”掛鉤。雖然該詞是由彼得·諾爾在20世紀(jì)60年代提出的,但是直到最近才引起人們廣泛關(guān)注。美國(guó)雪域大學(xué)杰弗里·斯坦頓德教授把“數(shù)據(jù)科學(xué)”定義為“一個(gè)專注于搜集、分析、可視化、管理和大量信息保存的新興領(lǐng)域”。
通常將“數(shù)據(jù)科學(xué)”這一術(shù)語(yǔ)用在商業(yè)業(yè)務(wù)分析中,與實(shí)際中的“大數(shù)據(jù)”學(xué)科有很大的不同。在數(shù)據(jù)科學(xué)中,業(yè)務(wù)分析師通過(guò)研究現(xiàn)有商業(yè)運(yùn)作模式,來(lái)提升業(yè)務(wù)。
數(shù)據(jù)科學(xué)的目標(biāo)是從數(shù)據(jù)提取出數(shù)據(jù)的真正含義。數(shù)據(jù)科學(xué)家基于數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)分析、模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)、高性能計(jì)算和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)等來(lái)工作,通過(guò)分析數(shù)據(jù)來(lái)發(fā)現(xiàn)事物發(fā)展趨勢(shì),并基于收集到的信息開發(fā)新業(yè)務(wù)。
在過(guò)去的幾年中,許多數(shù)據(jù)庫(kù)和編程方面的業(yè)務(wù)分析師成為了數(shù)據(jù)科學(xué)家。他們?cè)?a href='/map/hadoop/' style='color:#000;font-size:inherit;'>Hadoop生態(tài)圈中,使用高級(jí)的SQL工具(比如:Hive或者實(shí)時(shí)Hadoop查詢工具)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,以做出明智的業(yè)務(wù)決策。
不只是“一個(gè)大數(shù)據(jù)庫(kù)”
在本書后面會(huì)深入講解Hadoop,但在此之前,讓我們先消除這樣的誤區(qū)——Hadoop僅僅是數(shù)據(jù)分析師使用的工具。因?yàn)閷?duì)于那些熟悉數(shù)據(jù)庫(kù)查詢的人,Hadoop工具(如Hive和實(shí)時(shí)Hadoop查詢)提供了較低的門檻,所以一些人認(rèn)為Hadoop僅僅是以數(shù)據(jù)庫(kù)為中心的工具。
此外,如果你正在試圖解決的問題超出了數(shù)據(jù)分析的范疇,并涉及到真正的“科學(xué)數(shù)據(jù)”的問題,這時(shí),SQL數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)將明顯變得不再實(shí)用。例如,大多數(shù)問題的解決,需要用到線性代數(shù)和其它復(fù)雜的數(shù)學(xué)應(yīng)用程序,然而,這些問題都不能用SQL很好地解決。
這意味著,使用Hadoop工具是解決這類問題的最好辦法。利用Hadoop的MapReduce編程模型,不但解決了數(shù)據(jù)科學(xué)的問題,而且明顯簡(jiǎn)化了企業(yè)級(jí)應(yīng)用創(chuàng)建和部署的過(guò)程。可以通過(guò)多種方式做到這一點(diǎn)——可以使用一些工具,這些工具往往要求開發(fā)者具備軟件開發(fā)技能。例如,通過(guò)使用基于Oozie的應(yīng)用程序進(jìn)行協(xié)調(diào)(在本書后面將詳細(xì)介紹Oozie),可以簡(jiǎn)化多個(gè)應(yīng)用程序的匯集過(guò)程,并非常靈活地鏈接來(lái)自多個(gè)工具的任務(wù)。在本書中,你會(huì)看到Hadoop在企業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用,以及什么時(shí)候使用這些工具。
目前Hadoop的開發(fā),主要是為了更好地支持?jǐn)?shù)據(jù)科學(xué)家。Hadoop提供了一個(gè)強(qiáng)大的計(jì)算平臺(tái),擁有高擴(kuò)展性和并行執(zhí)行能力,非常適合應(yīng)用于新一代功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)科學(xué)和企業(yè)級(jí)應(yīng)用。并且,Hadoop還提供了可伸縮的分布式存儲(chǔ)和MapReduce編程模式。企業(yè)正在使用Hadoop解決相關(guān)業(yè)務(wù)問題,主要集中在以下幾個(gè)方面:
類似的例子數(shù)不勝數(shù)。企業(yè)正在逐步使用Hadoop進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,從而作出更好的戰(zhàn)略決策。總而言之,數(shù)據(jù)科學(xué)已經(jīng)進(jìn)入了商界。
不僅僅是針對(duì)商業(yè)的大數(shù)據(jù)工具
雖然這里的大多數(shù)例子針對(duì)于商業(yè),但是Hadoop也被廣泛應(yīng)用在科學(xué)界和公有企業(yè)。
最近一項(xiàng)由美國(guó)科技基金會(huì)進(jìn)行的研究指出,醫(yī)療研究人員已經(jīng)證明,大數(shù)據(jù)分析可以被用于分析癌癥患者的信息,以提高治療效果(比如,蘋果創(chuàng)始人喬布斯的治療過(guò)程)。警察部門正在使用大數(shù)據(jù)工具,來(lái)預(yù)測(cè)犯罪可能的發(fā)生時(shí)間和地點(diǎn),從而降低了犯罪率。同樣的調(diào)查也表明,能源方面的官員正在利用大數(shù)據(jù)工具,分析相關(guān)的能量損耗和潛在的電網(wǎng)故障問題。
通過(guò)分析大數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)模型和趨勢(shì),提高效率,從而用新方法來(lái)作出更好的決策。
架構(gòu)師和開發(fā)人員通常會(huì)使用一種軟件工具,用于其特定的用途軟件開發(fā)。例如,他們可能會(huì)說(shuō),Tomcat是Apache Web服務(wù)器,MySQL是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)工具。
然而,當(dāng)提到Hadoop的時(shí)候,事情變得有點(diǎn)復(fù)雜。Hadoop包括大量的工具,用來(lái)協(xié)同工作。因此,Hadoop可用于完成許多事情,以至于,人們常常根據(jù)他們使用的方式來(lái)定義它。
對(duì)于一些人來(lái)說(shuō),Hadoop是一個(gè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。他們認(rèn)為Hadoop是數(shù)據(jù)分析的核心,匯集了結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)分布在傳統(tǒng)的企業(yè)數(shù)據(jù)棧的每一層。對(duì)于其他人,Hadoop是一個(gè)大規(guī)模并行處理框架,擁有超級(jí)計(jì)算能力,定位于推動(dòng)企業(yè)級(jí)應(yīng)用的執(zhí)行。還有一些人認(rèn)為Hadoop作為一個(gè)開源社區(qū),主要為解決大數(shù)據(jù)的問題提供工具和軟件。因?yàn)?a href='/map/hadoop/' style='color:#000;font-size:inherit;'>Hadoop可以用來(lái)解決很多問題,所以很多人認(rèn)為Hadoop是一個(gè)基本框架。
雖然Hadoop提供了這么多的功能,但是仍然應(yīng)該把它歸類為多個(gè)組件組成的Hadoop生態(tài)圈,這些組件包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)處理和其它進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的專門工具。
隨著時(shí)間的推移,Hadoop生態(tài)圈越來(lái)越大,圖1-1給出了Hadoop核心組件。
圖1:Hadoop生態(tài)圈的核心組成組件
從圖1-1的底部開始,Hadoop生態(tài)圈由以下內(nèi)容組成:
HDFS—— Hadoop生態(tài)圈的基本組成部分是Hadoop分布式文件系統(tǒng)(HDFS)。HDFS是一種數(shù)據(jù)分布式保存機(jī)制,數(shù)據(jù)被保存在計(jì)算機(jī)集群上。數(shù)據(jù)寫入一次,讀取多次。HDFS為HBase等工具提供了基礎(chǔ)。
MapReduce——Hadoop的主要執(zhí)行框架是MapReduce,它是一個(gè)分布式、并行處理的編程模型。MapReduce把任務(wù)分為map(映射)階段和reduce(化簡(jiǎn))。開發(fā)人員使用存儲(chǔ)在HDFS中數(shù)據(jù)(可實(shí)現(xiàn)快速存儲(chǔ)),編寫Hadoop的MapReduce任務(wù)。由于MapReduce工作原理的特性, Hadoop能以并行的方式訪問數(shù)據(jù),從而實(shí)現(xiàn)快速訪問數(shù)據(jù)。
Hbase——HBase是一個(gè)建立在HDFS之上,面向列的NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù),用于快速讀/寫大量數(shù)據(jù)。HBase使用Zookeeper進(jìn)行管理,確保所有組件都正常運(yùn)行。
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2025-07-08LSTM 輸出不確定的成因、影響與應(yīng)對(duì)策略? 長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)(LSTM)作為循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(RNN)的一種變體,憑借獨(dú)特的門控機(jī)制,在 ...
2025-07-07統(tǒng)計(jì)學(xué)方法在市場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)中的深度應(yīng)用? 市場(chǎng)調(diào)研是企業(yè)洞察市場(chǎng)動(dòng)態(tài)、了解消費(fèi)者需求的重要途徑,而統(tǒng)計(jì)學(xué)方法則是市場(chǎng)調(diào)研數(shù) ...
2025-07-07CDA數(shù)據(jù)分析師證書考試全攻略? 在數(shù)字化浪潮席卷全球的當(dāng)下,數(shù)據(jù)已成為企業(yè)決策、行業(yè)發(fā)展的核心驅(qū)動(dòng)力,數(shù)據(jù)分析師也因此成為 ...
2025-07-07剖析 CDA 數(shù)據(jù)分析師考試題型:解鎖高效備考與答題策略? CDA(Certified Data Analyst)數(shù)據(jù)分析師考試作為衡量數(shù)據(jù)專業(yè)能力的 ...
2025-07-04SQL Server 字符串截取轉(zhuǎn)日期:解鎖數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵技能? 在數(shù)據(jù)處理與分析工作中,數(shù)據(jù)格式的規(guī)范性是保證后續(xù)分析準(zhǔn)確性的基礎(chǔ) ...
2025-07-04CDA 數(shù)據(jù)分析師視角:從數(shù)據(jù)迷霧中探尋商業(yè)真相? 在數(shù)字化浪潮席卷全球的今天,數(shù)據(jù)已成為企業(yè)決策的核心驅(qū)動(dòng)力,CDA(Certifie ...
2025-07-04CDA 數(shù)據(jù)分析師:開啟數(shù)據(jù)職業(yè)發(fā)展新征程? ? 在數(shù)據(jù)成為核心生產(chǎn)要素的今天,數(shù)據(jù)分析師的職業(yè)價(jià)值愈發(fā)凸顯。CDA(Certified D ...
2025-07-03