Hadoop面试题总结

一 、介绍一下hadoop

综述:hadoop是一个适合海量数据的分布式存储和分布式计算的平台
分述:hadoop包含三大组件，分别是HDFS、MapReduce和YARN	

--HDFS(分布式文件系统)
HDFS集群由NameNode,DataNode,SecondaryNameNode构成

NameNode：主要负责接受用户请求、存储元数据（描述文件的数据，如文件名、文件大小、目录名、文件创建时间等）

DataNode：主要负责存储数据，管理用户的block,文件默认会按照每128M切分为block块存储在DataNode上，每个block块默认会有三个副本存放在不同的DataNode上,DataNode会通过心跳机制定期向NameNode汇报自身所保存的文件block块信息

SecondaryNameNode：主要负责辅助NameNode，定期合并fsimage(快照文件)和edits（日志文件），并同步一份给NameNode

--MapReduce: 分布式计算系统 	
MapReduce分为map阶段和reduce阶段，map阶段与reduce阶段中间的过程被称为shuffer

MapReduce流程：
1.文件被上传到HDFS中，默认以128M切分为一个block块
2.每个block块数据会进行逻辑上的切片，切片的大小默认与block块大小一致，为128M
3.之后根据切片的数量产生相同数量的Map任务
-------------------------------------------shuffer----------------------------------------------------------
4.Map任务会进入环形缓冲区，根据Reduce数量（默认是一个）以及数据本身的值进行分区编号（底层与哈希值有关）并进行快速排序，当写入环形缓冲区的数据达到环形缓冲区的80%，向磁盘溢写一个小文件
5.之后将溢写的小文件使用归并算法合并产生Map任务的结果文件
6.然后Reduce从结果文件拉取对应的分区编号的数据，去掉编号后，对拉取的文件数据进行归并排序
------------------------------------------------------------------------------------------------------------
7.执行Reduce逻辑，产生Reduce合并之后的结果文件


--YARN: 分布式资源调度系统
YARN：yarn由4部分组成。
1. ResourceManager主要功能是：
（1）接收用户请求
（2）管理调度资源
（3）启动管理am
（4）管理所有nm,处理nm的状态汇报，向nm下达命令。
2.Container：yarn的应用都是运行在容器上的，容器包含cpu，内存等信息。
3.NodeManager：NM是每个节点上的资源和任务管理器，它会定时地向RM汇报本节点上的资源使用情况和各个容器的运行状态；同时负责对容器的启动和停止。
4. ApplicationMaster：管理应用程序。向RM获取资源、为应用程序分配任务、 监控所有任务运行状态。

二、HDFS读写数据流程

HDFS写数据流程

1.客户端使用rpc通信框架向NameNode发送请求，NameNode接收并处理用户的请求。
2.NameNode审核用户文件的操作权限，文件路径，磁盘空间是否可用，审核通过后，NameNode会返回成功状态给DFS（分布式文件系统）
3.如果DFS接收到成功的状态，会创建一个FSDataoutputStream的对象给客户端使用
4.客户端向NameNode获取文件存储在HDFS中所需要的所有DataNode节点
5.NameNode对客户端划分的block块分配好所有的DataNode
6.客户端通过机架感知与最近的DataNode建立联系，将block块划分为2048个packet进行发送，直到所有的packet发送完毕后，则当前的block块传输完毕，开始传输下一个block块中的packet
7.DataNode之间会形成pipeline通道传输这些packet
8.传输完毕后发送确认值给客户端
9.当最后一个block中的最后一个packet传输完毕后，释放FSDataoutputStream对象，关闭DataNode之间的pipeline通道，至此，写数据完成。

HDFS读数据流程

1.使用HDFS提供的client，向远程的NameNode发起RPC请求
2.namenode会视情况返回文件的部分block块信息列表或者全部block，对于每个block，namenode都会返回该block副本的DataNode地址
3.client会选取离最近的DataNode读取block块
4.建立socket流，DataNode发送数据，以packet的单位接收，先在本地缓存，然后写入目标文件。读取完block，关闭当前的datanode连接，再寻找下一个block最佳的datanode。
5.读取完block后且文件没有读取完，client继续向namenode获取下一批block块
6.后面的block块相对于append到前面的block块，最后合成最终需要的文件
7.读取一个block都会进行checksum验证。如果读取DataNode出现错误，client会通知NameNode，然后再从下一个拥有block的DataNode继续读。

三、 HDFS的federation（联邦机制）

HDFS Federation设计可解决单一命名空间存在的以下几个问题：
（1）HDFS集群扩展性。多个NameNode分管一部分目录，使得一个集群可以扩展到更多节点。
（2）性能更高效。多个NameNode管理不同的数据，且同时对外提供服务，将为用户提供更高的读写吞吐率。
（3）良好的隔离性。用户可根据需要将不同业务数据交由不同NameNode管理，这样不同业务之间影响很小。

四、 yarn执行流程

yarn执行流程:
1. 作业提交
首先我们将任务提交给JobClient,JobClient会向RM获取一个appId。 然后我们的JobClient会对作业进行处理, 切分InputSplit, 将作业的Jar包, 配置文件和拷贝InputSplit信息拷贝到HDFS。 最后, 通过调用RM的submitApplication()来提交作业。

2. 作业初始化
当RM收到submitApplciation()的请求时, 就将该请求发给调度器, 调度器分配第一个容器, 然后RM在该容器内启动applicationmaster进程。该进程上运行着一个MRAppMaster的Java应用。其通过创造一些bookkeeping对象来监控作业的进度。 然后通过hdfs得到由JobClient已经处理好的作业信息。为每个Inputsplit创建一个map任务, 并创建相应的reduce任务。然后applicationmaster会对整个作业量进行判断，如果作业量很小, applicationmaster会选择在其自己的JVM中运行任务, 这种作业称作是uber task的方式。在任务运行之前, 作业的setup方法被调用来创建输出路径。

3. 任务分配
如果不是小作业, 那么applicationmaster向RM请求更多的容器来运行所有的map和reduce任务，每个容器只能对应一个任务。这些请求是通过心跳来传输的, 包括每个map任务的数据位置, 比如Inputsplit的主机名和机架。调度器利用这些信息来调度任务, 尽量将任务分配给有存储数据的节点, 或者分配给和存放Inputsplit的节点相同机架的节点。

4. 任务运行
当一个任务由RM的调度器分配了一个容器后, applicationmaster与NM通信来启动容器。任务由一个为YarnChild的Java应用执行。在运行任务之前首先本地化任务需要的资源, 比如作业配置, JAR文件, 以及hdfs中保存的任务所需的所有文件。最后, map任务或者reduce运行在一个叫YarnChild的进程当中。

5. 进度和状态更新
每个NM会想applicationmaster汇报自己的工作状态，JobClient会每秒轮训检测applicationmaster，这样就能随时收到更新信息。 

6. 作业完成
除了向applicationmaster请求作业进度外, JobClient每5分钟都会通过调用waitForCompletion()来检查作业是否完成。作业完成之后,applicationmaster和NM会清理工作状态, OutputCommiter的作业清理方法也会被调用. 作业的信息会被作业历史服务器存储以备之后用户核查.

yarn对异常task的处理（推测执行）？
   推测执行是在分布式环境下，因为某种原因造成同一个job的多个task运行速度不一致，有的task运行速度明显慢于其他task，则这些task拖慢了整个job的执行进度，为了避免这种情况发生，Hadoop会为该task启动备份任务，让该speculative task与原始task同时处理一份数据，哪个先运行完，则将谁的结果作为最终结果。推测执行优化机制采用了典型的以空间换时间的优化策略，它同时启动多个相同task（备份任务）处理相同的数据块，哪个完成的早，则采用哪个task的结果，这样可防止拖后腿Task任务出现，进而提高作业计算速度，但是，这样却会占用更多的资源。

五、 yarn执行策略

yarn调度器的策略？
    yarn默认是计算能力调度
    FifoScheduler:根据先进先出排队，最简单的调度器。
    CapacityScheduler(计算能力调度)、FairScheduler(公平调度)：
    相同点：(1)都是多队列。
            (2)都有资源最大最小上线限制。
            (3)都是资源共享，每个队列剩余的资源可以给其他队列使用。
    不同点：(1)队列排序算法不同：计算能力调度资源使用量小的优先。公平调度根据公平排序算法排序。
            (2)应该用选择算法不同：计算能力调度是先进先出。公平调度先进先出或者公平排序算法。
            (3)资源抢占：公平调度如果当前队列有新应用提交后，会把共享出去的资源抢夺回来。

六、shuffle优化：

配置方面：(1)增大map阶段的缓冲区大小。
        (2)map阶段输出结果使压缩；压缩算法使用lzo。
        (3)增加reduce阶段copy数据线程数。
        (4)增加副本数，从而提高计算时的数据本地化。
程序方面：(1)在不影响计算结果的情况下建议使用combiner。
        (2)输出结果的序列化类型尽量选择占用字节少的类型。

架构方面：将http改为udp,因为http还要进行3次握手操作。