hadoop的1TB排序

主题：hadoop的1TB排序

作者 yunsamzhang

1、1TB（或1分钟）排序的冠军
作为分布式数据处理的框架，集群的数据处理能力究竟有多快？或许1TB排序可以作为衡量的标准之一。

1TB排序，就是对1TB（1024GB，大约100亿行数据）的数据进行排序。2008年，Hadoop赢得1TB排序基准评估第一名，排序1TB数据耗时209秒。后来，1TB排序被1分钟排序所取代，1分钟排序指的是在一分钟内尽可能多的排序。2009年，在一个1406个节点组成的hadoop集群，在59秒里对500GB完成了排序；而在1460个节点的集群，排序1TB数据只花了62秒。

这么惊人的数据处理能力，是不是让你印象深刻呢？呵呵

下面我们来看看排序的过程吧。


2、排序的过程

1TB的数据？100亿条数据？都是什么样的数据呢？让我们来看几条：

.t^#\|v$2\         0AAAAAAAAAABBBBBBBBBBCCCCCCCCCCDDDDDDDDDDEEEEEEEEEEFFFFFFFFFFGGGGGGGGGGHHHHHHHH
75@~?'WdUF         1IIIIIIIIIIJJJJJJJJJJKKKKKKKKKKLLLLLLLLLLMMMMMMMMMMNNNNNNNNNNOOOOOOOOOOPPPPPPPP
w[o||:N&H,         2QQQQQQQQQQRRRRRRRRRRSSSSSSSSSSTTTTTTTTTTUUUUUUUUUUVVVVVVVVVVWWWWWWWWWWXXXXXXXX
^Eu)<n#kdP         3YYYYYYYYYYZZZZZZZZZZAAAAAAAAAABBBBBBBBBBCCCCCCCCCCDDDDDDDDDDEEEEEEEEEEFFFFFFFF
+l-$$OE/ZH         4GGGGGGGGGGHHHHHHHHHHIIIIIIIIIIJJJJJJJJJJKKKKKKKKKKLLLLLLLLLLMMMMMMMMMMNNNNNNNN
LsS8)|.ZLD         5OOOOOOOOOOPPPPPPPPPPQQQQQQQQQQRRRRRRRRRRSSSSSSSSSSTTTTTTTTTTUUUUUUUUUUVVVVVVVV
le5awB.$sm         6WWWWWWWWWWXXXXXXXXXXYYYYYYYYYYZZZZZZZZZZAAAAAAAAAABBBBBBBBBBCCCCCCCCCCDDDDDDDD
q__[fwhKFg         7EEEEEEEEEEFFFFFFFFFFGGGGGGGGGGHHHHHHHHHHIIIIIIIIIIJJJJJJJJJJKKKKKKKKKKLLLLLLLL
;L+!2rT~hd         8MMMMMMMMMMNNNNNNNNNNOOOOOOOOOOPPPPPPPPPPQQQQQQQQQQRRRRRRRRRRSSSSSSSSSSTTTTTTTT
M^*dDE;6^<         9UUUUUUUUUUVVVVVVVVVVWWWWWWWWWWXXXXXXXXXXYYYYYYYYYYZZZZZZZZZZAAAAAAAAAABBBBBBBB

.t^#\|v$2\         0AAAAAAAAAABBBBBBBBBBCCCCCCCCCCDDDDDDDDDDEEEEEEEEEEFFFFFFFFFFGGGGGGGGGGHHHHHHHH
75@~?'WdUF         1IIIIIIIIIIJJJJJJJJJJKKKKKKKKKKLLLLLLLLLLMMMMMMMMMMNNNNNNNNNNOOOOOOOOOOPPPPPPPP
w[o||:N&H,         2QQQQQQQQQQRRRRRRRRRRSSSSSSSSSSTTTTTTTTTTUUUUUUUUUUVVVVVVVVVVWWWWWWWWWWXXXXXXXX
^Eu)<n#kdP         3YYYYYYYYYYZZZZZZZZZZAAAAAAAAAABBBBBBBBBBCCCCCCCCCCDDDDDDDDDDEEEEEEEEEEFFFFFFFF
+l-$$OE/ZH         4GGGGGGGGGGHHHHHHHHHHIIIIIIIIIIJJJJJJJJJJKKKKKKKKKKLLLLLLLLLLMMMMMMMMMMNNNNNNNN
LsS8)|.ZLD         5OOOOOOOOOOPPPPPPPPPPQQQQQQQQQQRRRRRRRRRRSSSSSSSSSSTTTTTTTTTTUUUUUUUUUUVVVVVVVV
le5awB.$sm         6WWWWWWWWWWXXXXXXXXXXYYYYYYYYYYZZZZZZZZZZAAAAAAAAAABBBBBBBBBBCCCCCCCCCCDDDDDDDD
q__[fwhKFg         7EEEEEEEEEEFFFFFFFFFFGGGGGGGGGGHHHHHHHHHHIIIIIIIIIIJJJJJJJJJJKKKKKKKKKKLLLLLLLL
;L+!2rT~hd         8MMMMMMMMMMNNNNNNNNNNOOOOOOOOOOPPPPPPPPPPQQQQQQQQQQRRRRRRRRRRSSSSSSSSSSTTTTTTTT
M^*dDE;6^<         9UUUUUUUUUUVVVVVVVVVVWWWWWWWWWWXXXXXXXXXXYYYYYYYYYYZZZZZZZZZZAAAAAAAAAABBBBBBBB

描述一下：每一行，是一条数据。每一条，由2部分组成，前面是一个由10个随即字符组成的key，后面是一个80个字符组成的value。

排序的任务：按照key的顺序排。

那么1TB的数据从何而来？答案是用程序随即生成的，用一个只有map，没有reduce的MapReduce job，在整个集群上先随即生成100亿行数据。然后，在这个基础上，再运行排序的MapReduce job，以测试集群排序性能。


3、排序的原理

先说明一点，熟悉MapReduce的人都知道：排序是MapReduce的天然特性！在数据达到reducer之前，mapreduce框架已经对这些数据按键排序了。

所以，在这个排序的job里，不需要特殊的Mapper和Reducer类。用默认的
IdentityMapper和IdentityReducer即可。

既然排序是天然特性，那么1TB排序的难点在哪里呢？？答：100亿行的数据随即分散在1000多台机器上，mapper和reducer都是Identity的，这个难点就在MapReduce的shuffle阶段！关键在如何取样和怎么写Partitioner。

好在这个排序的源代码已近包含在hadoop的examples里了，下面我们就来分析一下。


4、取样和partition的过程

面对对这么大量的数据，为了partition的更均匀。要先“取样”：

1) 对Math.min(10, splits.length)个split（输入分片）进行随机取样，对每个split取10000个样，总共10万个样
2) 10万个样排序，根据reducer的数量(n)，取出间隔平均的n-1个样
3) 将这个n-1个样写入partitionFile(_partition.lst，是一个SequenceFile)，key是取的样，值是nullValue
4) 将partitionFile写入DistributedCache

接下来，正式开始执行MapReduce job：
5) 每个map节点：
          a.根据n-1个样，build一棵类似于B-数的“索引树”：
                    * 每个非叶子节点，都有256个子节点。
                    * 不算根节点的非叶子节点有1层，加上根节点和叶子节点，共3层。
                    * 非叶子节点代表key的“byte path”
                    * 每个叶子节点代表key的前2个bytes path
                    * 叶子节点上，保存的是partition number的范围，有多少个reducer就有多少partition number

          b.前缀相同的key，被分配到同一个叶子节点。
          c.一个子节点上，可能有多个reducer
          d.比第i个样小的key，被分配到第i个reducer，剩下的被分配到最后一个reducer。

6) 针对一个key，partition的过程：

          a. 首选判断key的第1个byte，找到第1层非叶子节点
          b. 再根据key的第2个byte，叶子节点
          c. 每个叶子节点可能对应多个取样(即多个reducer)，再逐个和每个样比较，确定分配给哪一个reducer


5、图解partition的“索引树”

对上面的文字描述可能比较难理解，etongg 同学建议我画个图。所有才有了下面这些文字。感谢etongg和大家对本帖的关注。

“索引树”的作用是为了让key快速找到对应的reducer。下图是我画的索引树示意图：




对上面的图做一点解释：
1、为了简单，我只画了A、B、C三个节点，实际的是有256个节点的。
2、这个图假设有20个reducer（下标0到19），那么我们最终获得n-1个样，即19个样（下标为18的为最后一个样）
3、图中的圆圈，代表索引树上的节点，索引树共3层。
4、叶子节点下面的长方形代表取样数组。红色的数字代表取样的下标。
5、每个节点都对应取样数组上的一个下标范围（更准备的说，是对应一个partition number的范围，每个partition number代表一个reducer）。这个范围在途中用蓝色的文字标识。


前面文中有一句话：
比第i个样小的key，被分配到第i个reducer，剩下的被分配到最后一个reducer

这里做一个小小的纠正，应该是：
小于或者等于第i个样的key，被分配到第i个reducer，剩下的被分配到最后一个reducer。

下面开始partition：
如果key以"AAA"开头，被分配到第“0”个reducer。
如果key以"ACA"开头，被分配到第“4”个reducer。
如果key以"ACD"开头，被分配到第“4”个reducer。
如果key以"ACF"开头，被分配到第“5”个reducer。

那么，
如果key以"ACZ"开头，被分配到第几个reducer？？
答案是：被分配到第“6”个reducer。

同理，
如果key以"CCZ"开头，被分配到第“19”个reducer，也就是最后一个reducer。


6、为什么不用HashPartitioner？


还需要再说明的一点：
上面自定义的Partitinoner的作用除了快速找到key对应的reducer，更重要的一点是：这个Partitioner控制了排序的总体有序！

上文中提到的“排序是MapReduce的天然特性！”这句话有点迷惑性。更准确的说，这个“天然特性”只保证了：a) 每个map的输出结果是有序的； b) 每个reduce的输入是有序的（参考下面的图）。而1TB的整体有序还需要靠Partitioner的帮助！


Partitioner控制了相似的key(即前缀相同)落在同一个reducer里，然后mapreduce的“天然特性”再保证每个reducer的输入（在正式执行reduce函数前，有一个排序的动作）是有序的！


这样就理解了为什么不能用HashPartitioiner了。因为自定义的Partitioner要保证排序的“整体有序”大方向。


另外，推荐一篇关于partitioner博文：Hadoop Tutorial Series, Issue #2: Getting Started With (Customized) Partitioning

再贴《Hadoop.The.Definitive.Guide》中一张图，更有利于理解了：


*** THE END ***