大数据物流项目：Kudu 入门使用（五）

2022-11-30 13:55:07 浏览数 (1)

Kudu 入门使用

01-[复习]-上次课程内容回顾

主要讲解：业务服务器部署数据库及数据实时采集、大数据服务器如何使用CM部署CDH架构。

  • 1）、物流系统Logistics：数据存储数据库中，使用OGG实时增量采集，发送到Topic中（JSON）
    • OGG 11g版本，实时性不是很高，有一定延迟性
  • 2）、客户关系管理系统CRM：数据存储在MySQL数据库，使用Canal实时增量采集，发送Topic中
    • Canal 1.1.x版本，支持直接发送Topic
    • 实时性很高
    • 1.1.4版本可以配置高可用集群，提供WEB 界面

此外，大数据服务器使用1台虚拟机进行安装部署，先安装CMServer，再使用CM安装部署CDH，伪分布式。

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物流大数据项目来说，业务主要有三大类：
- 第一类、离线报表和即席查询：Kudu、SparkSQL、Impala和Hue
	- 离线报表
		Kudu表、SparkSQL（DSL）
	- 即席查询
		Kudu表、Impala和Hue（SQL）
		
- 第二类、实时大屏展示和数据服务接口
	- 实时大屏展示
		ClickHouse表、NodeJs和Vue
	- 数据服务接口
		ClickHouse表、SpringCloud应用

- 第三类、快递物流信息查询
	Elasticsearch分布式搜索引擎框架：index索引
	数据服务接口对外提供查询功能

02-[了解]-第5天：课程内容提纲

主要讲解：存储引擎Kudu，类似HBase数据库，由Cloudera公司开发，目的取代HDFS和HBase框架，

  • HDFS文件系统：批量加载分析，尤其parquet列式存储
  • HBase数据库：对海量数据随机读写，速度比较快
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1、数据实时ETL流程
	选择结构化流StructuredStreaming实时消费Kafka数据，对数据进行ETL转换，存储外部系统
	
2、Kudu 入门使用
	1）、Kudu 为什么诞生，能够解决什么问题
	2）、SQL on Hadoop 框架发展史
		Kudu和Impala一对CP，Kudu存储数据，Impala 分析数据
	3）、Kudu 是什么应用场景
	4）、Kudu 架构设计和原理
	5）、Kudu 安装部署
		已经使用CM安装部署，启动及监控

03-[掌握]-数据实时ETL 处理流程图

​ 对于物流项目来说，如何对业务数据进行实时ETL存储。

  • 1）、将业务系统数据实时存储到分布式消息队列Kafka中
  • 2）、编写流式应用程序：StructuredStreaming结构化流，实时消费Kafka数据，进行ETL转换处理，最终存储到外部存储引擎（Es索引、Kudu数据库和ClickHouse数据库）。
    • 数据源Source：业务数据实时增量采集到Kafka Topic中，1个业务系统，对应1个Topic，不同业务系统Topic的分区数目不一样。
    • 数据转换ETL：消费Kafka中消息都是JSON格式字符串，需要进行解析转换处理
    • 数据终端Sink：将转换后数据存储到Kudu、ES及CK中，此时如何保存DataFrame到外部存储系统，像ES和Kudu框架自身提供与Spark集成库，直接使用接口；但是Clickhouse数据库没有提供，需要自己实现如何保存数据，与Spark集成。

面试题：为什么使用StructuredStreaming实时ETL，而不是SparkStreaming或者Flink呢？

  • 第一、StructuredStreaming 优势
    • Spark 2.0开始诞生新的针对结构化流式数据处理模块，取代SparkStreaming，底层重用SparkSQL中Catalyst分析引擎，进行更多优化，性能提升。
    • 此外，数据结构：DataFrame，更好知道内部结构，方便处理数据。Spark2.2发布Release版本，可以用于生产环境，Spark 2.3版本提供持续流处理。
    • 在设计之初保证端到端精确一次性语义功能。
      • Source数据源：偏移量offset、数据处理：WAL和Checkpoint、数据终端：支持幂等性
  • 第二、SparkStreaming 缺陷
    • 底层基于RDD数据结构进行数据处理，需要开发人员更好理解RDD，调用合适API方法，处理分析数据。某些流式数据处理功能不能实现，比如窗口分析是基于处理时间ProcessingTime；实时计算无状态，如果进行状态计算，需要自己管理状态，调用API（updateStateByKey或mapWithState）等。
    • SparkStreaming从2.0开始进入维护状态，一直没有新的功能，官方建议时用StructuredStreaming。
  • 第三、对比Flink计算引擎
    • 物流项目来说，对实时性要求不是很高，使用StructuredStreaming完全可以满足
    • Flink中流式计算使用DataStream API，比较底层，没有StructuredStreaming编程简单方便
    • Spark框架目前相当成熟稳定，很多外部存储系统都与Spark进行集成，比如Es和Kudu提供集成库，直接调用API就可以读写数据，进行分析处理保存。

04-[理解]-为什么使用Kudu(两大应用场景)

​ Kudu存储引擎诞生以后，在国内使用较早小米和网易公司，使用Kudu主要2大应用场景：

  • 1）、【数据库数据】上的快速分析
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将原有业务数据（MySQL、Oracle数据库）实时同步到Kudu存储引擎，Kudu对外提供实时查询分析和数据变更操作。

  • 2）、【用户行为日志】的快速分析

在没有使用Kudu之前，为了满足业务需求，用户行为日志数据处理处理如下所示：

引入 Kudu 以后，大家看，数据的导入和查询都是在线实时的：

Kudu存储数据以后，可以快速查询分析（即席查询，与Impala集成）和报表分析（SparkSQL）。 Kudu诞生之初（设计目标）就是为取代HDFS文件系统和HBase数据库，既能够实现随机读写，又能够批量加载分析，所以Kudu属于HBase和HDFS折中产品。

05-[理解]-SQL on Hadoop 技术发展

​ 大数据技术框架中（领域中），SQL框架目前越来越多，从最开始Hive框架，到现在Flink SQL，至少10种以上框架出现，但是使用较多：Hive、Impala、Presto、SparkSQL、FlinkSQL（正在迅速发展）。

  • 1）、Hive 数仓框架，建立在HDFS和HBase之上，提供SQL分析数据
  • 2）、Impala 内存分析引擎，取代Hive底层MapReduce，使用内存分析数据

Cloudera公司依据Google论文：Dremel 论文，开发基于内存分析引擎Impala。

  • 3）、Impala集成Kudu，在快速数据之上建立快速分析

​ Cloudera公司，如果公司既要求对数据进行随机读写查询，又要对数据进行批量加载快速分析，需要将数据存储到HDFS（PARQUET）和HBase，能不能一个框架存储引擎实现2个功能：Kudu。

​ Kudu和Impala都是使用C 语言编写，使用内存进行数据存储和分析，速度比较快的，很多金融公司、证券公司或游戏公司，都会使用此种大数据技术，进行存储数据和分析数据。

​ Kudu 在一个系统中融合了 OLTP 型随机读写能力与 OLAP 型分析能力，填补了 Hadoop存储层的缺憾，是 Hadoop 生态的一大生力军。

06-[理解]-Kudu 是什么及应用场景

Apache Kudu是由Cloudera开源的存储引擎，可以同时提供低延迟的随机读写和高效的数据分析能力。

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1、Kudu是一种非洲的大羚羊，中文名叫“捻角羚”；

2、Impala是另一种非洲的羚羊，叫做“黑斑羚”，也叫“高角羚”；

不知道Cloudera公司为什么这么喜欢羚羊，也许是因为羚羊的速度快。

在Kudu之前，大数据主要以两种方式存储：

如果对业务数据既需要随机读写，有需要批量加载快速分析，实现如下架构：

上述架构：数据冗余性比较大、技术框架复杂性比较高、数据实时性降低。 为了解决上述架构的这些问题，Kudu应运而生。Kudu的定位是Fast Analytics on Fast Data，是一个既支持随机读写、又支持 OLAP 分析的大数据存储引擎。

​ 从上图可以看出，KUDU 是一个折中的产品，在 HDFS 和 HBase 这两个偏科生中平衡了随机读写和批量分析的性能。 Kudu相比与以往的系统，CPU使用降低了，I/O的使用提高了，RAM的利用更充分了。

Kudu 应用场景：

07-[掌握]-Kudu 数据存储模型

​ KUDU 的数据模型与传统的关系型数据库类似：一个 KUDU 集群由多个表组成，每个表由多个字段组成，一个表必须指定一个由若干个（>=1）字段组成的主键。

​ KUDU 表中的每个字段是强类型的，而不是 HBase 那样所有字段都认为是 bytes。好处是可以对不同类型数据进行不同的编码，节省空间。同时，因为 KUDU 的使用场景是 OLAP 分析，有一个数据类型对下游的分析工具也更加友好。

  • 1）、Table表：Schema信息（字段名称和字段类型）、主键约束（PrimaryKey）
  • 2）、Tablet：表的一个数据片段，类似HBase中Region
    • 在Kudu中将表划分为多个Tablet，每个Tablet存储自己数据
    • Tablet 副本机制，1个副本为leader，其他副本为Follower，类似Kafka Topic中分区Partition。
    • 副本之间，基于Raft协议，实现高可用HA，当leader挂掉以后，从Follower中选取leader。
    • 副本数必须为奇数，例如为3个副本等

08-[掌握]-Kudu 分区策略及列式存储

​ 在Kudu存储引擎中，如何将一个表Table数据划分为多个Tablet？？？有哪些分区策略： 在Kudu中，每个表的分区Tablet需要在创建表的时候指定，表创建以后不能被修改。

  • 1）、范围分区：Range Partitioning，类似HBase表划分
    • 按照字段值范围进行分区，HBase 就采用了这种方式。
  • 2）、Hash Partitioning，按照字段的 Hash 值进行分区，Cassandra 采用了这个方式。
  • 3）、多级分区，可以指定范围，再指定哈希或者指定多个哈希分析

KUDU 支持用户对一个表指定一个范围分区规则和多个 Hash 分区规则，如下图：

多级散列分区组合，如下图所示：

KUDU 是一个列式存储的存储引擎，其数据存储方式如下：

列式存储的数据库很适合于 OLAP 场景，其特点如下：

09-[掌握]-Kudu 框架整体架构设计

KUDU 中存在两个角色：基于Raft协议实现一致性，所以不依赖Zookeeper

  • 1、Master Server：负责集群管理、元数据管理等功能，类似HBase Master
  • 2、Tablet Server：负责数据存储，并提供数据读写服务，类似HBase RegionServer

在 KUDU 中都可以设置特定数量（3 或 5）的副本。各副本间通过 Raft 协议来保证数据一致性。Raft 协议与 ZAB 类似，都是 Paxos 协议的工程简化版本。

  • 1）、Kudu Master通常3个节点，1个是leader，其余2个是Follower
  • 2）、表的每个Tablet副本通常3个副本，1个leader，其余2个时Follower，各个副本存储在不同TabletServer机器。

​ Tablet server 的任务非常繁重, 其负责和数据相关的所有操作, 包括存储, 访问, 压缩, 其还负责将数据复制到其它机器。 因为 Tablet server`特殊的结构, 其任务过于繁重, 所以有如下限制：

10-[掌握]-Kudu 服务启动及相关配置

​ 大数据所有技术框架都是安装在node2.itcastn.cn机器上，基于CM安装CDH组件，所以已经安装完成。

  • 1）、登录CM管理界面，启动Kudu 服务组件即可
    • http://node2.itcast.cn:7180/cmf admin/admin
    • 由于单机版本，伪分布式安装，启动基本上会成功，如果集群的话，Kudu对集群机器时间同步要求很高，使用ntp进行同步时间。最好配置，虚拟机与宿主机时间同步
    • 记住，设置虚拟机与网络时间同步，虚拟机必须联网。 [root@node2 ~]# ntpdate ntp1.aliyun.com
  • 2）、Kudu Master提供Web UI界面：http://node2.itcast.cn:8051/
  • 3）、Kudu配置文件：/etc/kudu/conf

  • 4）、Kudu 存储数据目录：/var/lib/kudu/master，/var/lib/kudu/tserver
  • 5）、Kudu 日志存储：/var/log/kudu/
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[root@node2 ~]# ps -ef|grep kudu
kudu      2878  2865  1 11:53 ?        00:00:06 /opt/cloudera/parcels/CDH-6.2.1-1.cdh6.2.1.p0.1425774/lib/kudu/sbin/kudu-master --location_mapping_cmd=/var/run/cloudera-scm-agent/process/6-kudu-KUDU_MASTER/topology.py --flagfile=/var/run/cloudera-scm-agent/process/6-kudu-KUDU_MASTER/gflagfile
kudu      2879  2865  0 11:53 ?        00:00:00 /usr/bin/python2 /opt/cloudera/cm-agent/bin/cm redactor --fds 3 5
kudu      2890  2864  6 11:53 ?        00:00:26 /opt/cloudera/parcels/CDH-6.2.1-1.cdh6.2.1.p0.1425774/lib/kudu/sbin/kudu-tserver --tserver_master_addrs=node2.itcast.cn --flagfile=/var/run/cloudera-scm-agent/process/5-kudu-KUDU_TSERVER/gflagfile
kudu      2891  2864  0 11:53 ?        00:00:00 /usr/bin/python2 /opt/cloudera/cm-agent/bin/cm redactor --fds 3 5

Kudu Master还是Kudu TabletServer都有很多配置属性，可以进行配置：https://kudu.apache.org/docs/configuration.html

11-[掌握]-Kudu 使用方式及KuduPlus 工具

Kudu提供三种方式，操作Kudu数据库，进行DDL操作和DML操作：

  • 1）、方式一：可通过Java client、C client、Python client操作Kudu表，要构建Client并编写应用程序；
    • https://kudu.apache.org/docs/developing.html#developing-applications-with-apache-kudu
  • 2）、方式二：可通过Impala的shell对Kudu表进行交互式的操作，因为Impala2.8及以上的版本已经集成了对Kudu的操作。
    • 直接定义Impala表数据存储在Kudu中，内部集成
  • 3）、方式三：通过Kudu-Spark包集成Kudu与Spark，并编写Spark应用程序来操作Kudu表
    • KuduContext，类似SparkContext，进行DDL操作和DML操作
    • SparkSession操作Kudu表数据，CRUD操作

无论是Java Client API使用，还是Kudu集成Spark使用，添加Maven 依赖：

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<dependency>
  <groupId>org.apache.kudu</groupId>
  <artifactId>kudu-client</artifactId>
  <version>1.9.0-cdh6.2.1</version>
</dependency>

<dependency>
  <groupId>org.apache.kudu</groupId>
  <artifactId>kudu-spark_2.11</artifactId>
  <version>1.9.0-cdh6.2.1</version>
</dependency>

Kudu 框架本身提供命令kudu管理Kudu集群，位于$KUDU_HOME/bin目录

​ KUDU Client 在与服务端交互时，先从 Master Server 获取元数据信息，然后去 Tablet Server读写数据，如下图：

伟大网友提供KuduPlus工具，可视化工具，连接KuduMaster，创建表、删除表查询数据

Kudu-Plus一款针对Kudu可视化工具，GitHub地址：https://github.com/Xchunguang/kudu-plus

KuduPlus直接点击exe文件安装，启动工具，创建连接，设置KuduMaster地址：node2.itcast.cn:7051

存储 数据处理 数据结构 hbase TDSQLMySQL版

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