AWS EC2 搭建 Hadoop 和 Spark 集群

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前言

本篇演示如何使用 AWS EC2 云服务搭建集群。当然在只有一台计算机的情况下搭建完全分布式集群，还有另外几种方法：一种是本地搭建多台虚拟机，好处是免费易操控，坏处是虚拟机对宿主机配置要求较高，我就一台普通的笔记本，开两三个虚拟机实在承受不起；另一种方案是使用 AWS EMR，是亚马逊专门设计的集群平台，能快速启动集群，且具有较高的灵活性和扩展性，能方便地增加机器。然而其缺点是只能使用预设的软件，如下图：

如果要另外装软件，则需要使用 Bootstrap 脚本，详见 https://docs.aws.amazon.com/zh_cn/emr/latest/ManagementGuide/emr-plan-software.html?shortFooter=true，可这并不是一件容易的事情，记得之前想在上面装腾讯的 Angel 就是死活都装不上去。另外，如果在 EMR 上关闭了集群，则里面的文件和配置都不会保存，下次使用时全部要重新设置，可见其比较适用于一次性使用的场景。

综上所述，如果使用纯 EC2 进行手工搭建，则既不会受本地资源限制，也具有较高的灵活性，可以随意配置安装软件。而其缺点就是要手工搭建要耗费较多时间，而且在云上操作和在本地操作有些地方是不一样的，只要有一步出错可能就要卡壳很久，鉴于网上用 EC2 搭建这方面资料很少，因此这里写一篇文章把主要流程记录下来。

如果之前没有使用过 EC2，可能需要花一段时间熟悉，比如注册以及创建密钥对等步骤，官方提供了相关教程。另外我的本地机和云端机使用的都是 Ubuntu 16.04 LTS 64 位，如果你的本地机是 Windows，则需要用 Git 或 PuTTY 连接云端机，详情参阅 https://docs.aws.amazon.com/zh_cn/AWSEC2/latest/UserGuide/putty.html。

创建 EC2 实例

下面正式开始，这里设立三台机器 (实例)，一台作主节点 (master node)，两台作从节点 (slaves node)。首先创建实例，选择 Ubuntu Server 16.04 LTS (HVM)，实例类型选择价格低廉的 t2.medium。如果是第一次用，就不要选价格太高的类型了，不然万一操作失误了每月账单可承受不起。

在第 3 步中，因为要同时开三台机器，Number of Instances 可以直接选择 3。但如果是每台分别开的话，下面的 Subnet 都要选择同一个区域，不然机器间无法通信，详情参阅 https://docs.aws.amazon.com/zh_cn/AWSEC2/latest/UserGuide/using-regions-availability-zones.html。

第 4 步设置硬盘大小，如果就搭个集群可能不用动，如果还要装其他软件，可能就需要在这里增加容量了，我是增加到了 15 GB：

第 5 和第 6 步直接 Next 即可，到第 7 步 Launch 后选择或新建密钥对，就能得到创建好的 3 个实例，这里可以设置名称备注，如 master、slave01、slave02 等：

开启 3 个终端窗口，ssh 连接 3 个实例，如 ssh -i xxxx.pem ubuntu@ec2-xx-xxx-xxx-xx.us-west-2.compute.amazonaws.com，其中 xxxx.pem 是你的本地密钥对名称，ec2-xx-xxx-xxx-xx.us-west-2.compute.amazonaws.com 是该实例的外部 DNS 主机名，每台实例都不一样。这里需要说明一下，因为这是和本地开虚拟机的不同之处：EC2 的实例都有 公有 IP 和 私有 IP 之分，私有 IP 用于云上实例之间的通信，而公有 IP 则用于你的本地机与实例之间的通信，因此这里 ssh 连接使用的是公有 IP (DNS)。在下面搭建集群的步骤中也有需要填写公有和私有 IP，注意不要填反了。关于二者的区别参阅 https://docs.aws.amazon.com/zh_cn/AWSEC2/latest/UserGuide/using-instance-addressing.html?shortFooter=true#using-instance-addressing-common。

新增 Hadoop 用户、安装 Java 环境

以下以 master 节点为例。登陆实例后，默认用户为 ubuntu，首先需要创建一个 hadoop 用户：

$ sudo useradd -m hadoop -s /bin/bash   # 增加 hadoop 用户
$ sudo passwd hadoop                    # 设置密码，需要输入两次
$ sudo adduser hadoop sudo              # 为 hadoop 用户增加管理员权限
$ su hadoop                             # 切换到 hadoop 用户，需要输入密码
$ sudo apt-get update                   # 更新 apt 源

这一步完成之后，终端用户名会变为 hadoop，且 /home 目录下会另外生成一个 hadoop 文件夹。

Hadoop 依赖于 Java 环境，所以接下来需要先安装 JDK，直接从官网下载，这里下的是 Linux x64 版本 jdk-8u231-linux-x64.tar.gz，用 scp 远程传输到 master 机。注意这里只能传输到 ubuntu 用户下，传到 hadoop 用户下可能会提示权限不足。

$ scp -i xxx.pem jdk-8u231-linux-x64.tar.gz ubuntu@ec2-xx-xxx-xxx-xx.us-west-2.compute.amazonaws.com:/home/ubuntu/  # 本地执行该命令

本篇假设所有软件都安装在 /usr/lib 目录下：

$ sudo mv /home/ubuntu/jdk-8u231-linux-x64.tar.gz /home/hadoop         # 将文件移动到 hadoop 用户下
$ sudo tar -zxf /home/hadoop/jdk-8u231-linux-x64.tar.gz -C /usr/lib/   # 把 JDK 文件解压到 /usr/lib 目录下
$ sudo mv /usr/lib/jdk1.8.0_231  /usr/lib/java                         # 重命名 java 文件夹
$ vim ~/.bashrc                                                        # 配置环境变量，貌似 EC2 只能使用 vim

添加如下内容：

export JAVA_HOME=/usr/lib/java
export JRE_HOME=${JAVA_HOME}/jre
export CLASSPATH=.:${JAVA_HOME}/lib:${JRE_HOME}/lib
export PATH=${JAVA_HOME}/bin:$PATH

$ source ~/.bashrc   # 让配置文件生效
$ java -version    # 查看 Java 是否安装成功

如果出现以下提示则表示安装成功：

在 master 节点完成上述步骤后，在两个 slave 节点完成同样的步骤 (新增 hadoop 用户、安装 Java 环境)

网络配置

这一步是为了便于 Master 和 Slave 节点进行网络通信，在配置前请先确定是以 hadoop 用户登录的。首先修改各个节点的主机名，执行 sudo vim /etc/hostname，在 master 节点上将 ip-xxx-xx-xx-xx 变更为 Master。其他节点类似，在 slave01 节点上变更为 Slave01，slave02 节点上为 Slave02。

然后执行 sudo vim /etc/hosts 修改自己所用节点的 IP 映射，以 master 节点为例，添加红色区域内信息，注意这里的 IP 地址是上文所述的私有 IP：

接着在两个 slave 节点的 hosts 中添加同样的信息。完成后重启一下，在进入 hadoop 用户，能看到机器名的变化 (变成 Master 了)：

对于 ec2 实例来说，还需要配置安全组 (Security groups)，使实例能够互相访问：

选择划线区域，我因为是同时建立了三台实例，所以安全组都一样，如果不是同时建立的，这可能三台都要配置。

进入后点击 Inbound 再点 Edit，再点击 Add Rule，选择里面的 All Traffic，接着保存退出：

三台实例都设置完成后，需要互相 ping 一下测试。如果 ping 不通，后面是不会成功的：

$ ping Master -c 3   # 分别在 3 台机器上执行这三个命令
$ ping Slave01 -c 3
$ ping Slave02 -c 3

接下来安装 SSH server，SSH 是一种网络协议，用于计算机之间的加密登录。安装完 SSH 后，要让 Master 节点可以无密码 SSH 登陆到各个 Slave 节点上，在 Master 节点执行：

$ sudo apt-get install openssh-server
$ ssh localhost                                         # 使用 ssh 登陆本机，需要输入 yes 和 密码
$ exit                                                  # 退出刚才的 ssh localhost, 注意不要退出 hadoop 用户
$ cd ~/.ssh/                                            # 若没有该目录，请先执行一次 ssh localhost
$ ssh-keygen -t rsa                                     # 利用 ssh-keygen 生成密钥，会有提示，疯狂按回车就行
$ cat ./id_rsa.pub >> ./authorized_keys                 # 将密钥加入授权
$ scp ~/.ssh/id_rsa.pub Slave01:/home/hadoop/           # 将密钥传到 Slave01 节点
$ scp ~/.ssh/id_rsa.pub Slave02:/home/hadoop/           # 将密钥传到 Slave02 节点

接着在 Slave01 和 Slave02 节点上，将 ssh 公匙加入授权：

$ mkdir ~/.ssh       # 如果不存在该文件夹需先创建，若已存在则忽略
$ cat ~/id_rsa.pub >> ~/.ssh/authorized_keys

这样，在 Master 节点上就可以无密码 SSH 到各个 Slave 节点了���可在 Master 节点上执行如下命令进行检验，如下图所示变为 Slave01 了，再按 exit 可退回到 Master：

至此网络配置完成。

安装 Hadoop

去到镜像站 https://archive.apache.org/dist/hadoop/core/ 下载，我下载的是 hadoop-2.8.4.tar.gz。在 Master 节点上执行：

$ sudo tar -zxf /home/ubuntu/hadoop-2.8.4.tar.gz -C /usr/lib     # 解压到 /usr/lib 中
$ cd /usr/lib/
$ sudo mv ./hadoop-2.8.4/ ./hadoop                               # 将文件夹名改为 hadoop
$ sudo chown -R hadoop ./hadoop                                  # 修改文件权限

将 hadoop 目录加到环境变量，这样就可以在任意目录中直接使用 hadoop、hdfs 等命令。执行 vim ~/.bashrc，加入一行：

export PATH=$PATH:/usr/lib/hadoop/bin:/usr/lib/hadoop/sbin

保存后执行 source ~/.bashrc 使配置生效。

完成后开始修改 Hadoop 配置文件(这里也顺便配置了 Yarn)，先执行 cd /usr/lib/hadoop/etc/hadoop，共有 6 个需要修改 —— hadoop-env.sh、slaves、core-site.xml、hdfs-site.xml、mapred-site.xml、yarn-site.xml。

1、文件 hadoop-env.sh 中把 export JAVA_HOME=${JAVA_HOME} 修改为 export JAVA_HOME=/usr/lib/java，即 Java 安装路径。

2、文件 slaves 把里面的 localhost 改为 Slave01 和 Slave02。

3、core-site.xml 改为如下配置：

<configuration>
        <property>
                <name>fs.defaultFS</name>
                <value>hdfs://Master:9000</value>
        </property>
        <property>
                <name>hadoop.tmp.dir</name>
                <value>file:/usr/lib/hadoop/tmp</value>
                <description>Abase for other temporary directories.</description>
        </property>
</configuration>

4、hdfs-site.xml 改为如下配置：

<configuration>
        <property>
                <name>dfs.namenode.secondary.http-address</name>
                <value>Master:50090</value>
        </property>
        <property>
                <name>dfs.replication</name>
                <value>2</value>
        </property>
        <property>
                <name>dfs.namenode.name.dir</name>
                <value>file:/usr/lib/hadoop/tmp/dfs/name</value>
        </property>
        <property>
                <name>dfs.datanode.data.dir</name>
                <value>file:/usr/lib/hadoop/tmp/dfs/data</value>
        </property>
</configuration>

5、文件 mapred-site.xml (可能需要先重命名，默认文件名为 mapred-site.xml.template)：

<configuration>
        <property>
                <name>mapreduce.framework.name</name>
                <value>yarn</value>
        </property>
        <property>
                <name>mapreduce.jobhistory.address</name>
                <value>Master:10020</value>
        </property>
        <property>
                <name>mapreduce.jobhistory.webapp.address</name>
                <value>Master:19888</value>
        </property>
</configuration>

6、文件 yarn-site.xml：

<configuration>
        <property>
                <name>yarn.resourcemanager.hostname</name>
                <value>Master</value>
        </property>
        <property>
                <name>yarn.nodemanager.aux-services</name>
                <value>mapreduce_shuffle</value>
        </property>
</configuration>

配置好后，将 Master 上的 /usr/lib/hadoop 文件夹复制到各个 slave 节点上。在 Master 节点上执行：

$ cd /usr/lib
$ tar -zcf ~/hadoop.master.tar.gz ./hadoop   # 先压缩再复制
$ scp ~/hadoop.master.tar.gz Slave01:/home/hadoop
$ scp ~/hadoop.master.tar.gz Slave02:/home/hadoop

分别在两个 slave 节点上执行：

$ sudo tar -zxf ~/hadoop.master.tar.gz -C /usr/lib
$ sudo chown -R hadoop /usr/lib/hadoop

安装完成后，首次启动需要先在 Master 节点执行 NameNode 的格式化：

$ hdfs namenode -format       # 首次运行需要执行初始化，之后不需要

成功的话，会看到“successfully formatted”和“Exitting with status 0”的提示，若为“Exitting with status 1”则是出错。

接着可以启动 Hadoop 和 Yarn 了，启动需要在 Master 节点上进行：

$ start-dfs.sh
$ start-yarn.sh
$ mr-jobhistory-daemon.sh start historyserver

通过命令 jps 可以查看各个节点所启动的进程。正确的话，在 Master 节点上可以看到 NameNode、ResourceManager、SecondrryNameNode、JobHistoryServer 进程，如下图所示：

在 Slave 节点可以看到 DataNode 和 NodeManager 进程，如下图所示：

通过命令 hdfs dfsadmin -report 可查看集群状态，其中 Live datanodes (2) 表明两个从节点都已正常启动，如果是 0 则表示不成功：

可以通过下列三个地址查看 hadoop 的 web UI，其中 ec2-xx-xxx-xxx-xx.us-west-2.compute.amazonaws.com 是该实例的外部 DNS 主机名，50070、8088、19888 分别是 hadoop、yarn、JobHistoryServer 的默认端口：

ec2-xx-xxx-xxx-xx.us-west-2.compute.amazonaws.com:50070
ec2-xx-xxx-xxx-xx.us-west-2.compute.amazonaws.com:8088
ec2-xx-xxx-xxx-xx.us-west-2.compute.amazonaws.com:19888

执行 Hadoop 分布式实例

$ hadoop fs -mkdir -p /user/hadoop   # 在 hdfs 上创建 hadoop 账户
$ hadoop fs -mkdir input
$ hadoop fs -put /usr/lib/hadoop/etc/hadoop/*.xml input  # 将 hadoop 配置文件复制到 hdfs 中
$ hadoop jar /usr/lib/hadoop/share/hadoop/mapreduce/hadoop-mapreduce-examples-*.jar grep input output 'dfs[a-z.]+'  # 运行实例

如果成功可以看到以下输出：

最后关闭 Hadoop 集群需要执行以下命令：

$ stop-yarn.sh
$ stop-dfs.sh
$ mr-jobhistory-daemon.sh stop historyserver

安装 Spark

去到镜像站 https://archive.apache.org/dist/spark/ 下载，由于之前已经安装了 Hadoop，所以我下载的是无 Hadoop 版本的，即 spark-2.3.3-bin-without-hadoop.tgz。在 Master 节点上执行：

$ sudo tar -zxf /home/ubuntu/spark-2.3.3-bin-without-hadoop.tgz -C /usr/lib  # 解压到 /usr/lib 中
$ cd /usr/lib/
$ sudo mv ./spark-2.3.3-bin-without-hadoop/ ./spark  # 将文件夹名改为 spark
$ sudo chown -R hadoop ./spark                        # 修改文件权限

将 spark 目录加到环境变量，执行 vim ~/.bashrc 添加如下配置：

export SPARK_HOME=/usr/lib/spark
export PATH=$PATH:$SPARK_HOME/bin:$SPARK_HOME/sbin

保存后执行 source ~/.bashrc 使配置生效。

接着需要配置了两个文件，先执行 cd /usr/lib/spark/conf。

1、配置 slaves 文件

mv slaves.template slaves  # 将 slaves.template 重命名为 slaves

slaves 文件设置从节点。编辑 slaves 内容, 把默认内容 localhost 替换成两个从节点的名字：

Slave01
Slave02

2、配置 spark-env.sh 文件

mv spark-env.sh.template spark-env.sh

编辑 spark-env.sh 添加如下内容：

export SPARK_DIST_CLASSPATH=$(/usr/lib/hadoop/bin/hadoop classpath)
export HADOOP_CONF_DIR=/usr/lib/hadoop/etc/hadoop
export SPARK_MASTER_IP=172.31.40.68   # 注意这里填的是 Master 节点的私有 IP 
export JAVA_HOME=/usr/lib/java

配置好后，将 Master 上的 /usr/lib/spark 文件夹复制到各个 slave 节点上。在 Master 节点上执行：

$ cd /usr/lib
$ tar -zcf ~/spark.master.tar.gz ./spark
$ scp ~/spark.master.tar.gz Slave01:/home/hadoop
$ scp ~/spark.master.tar.gz Slave02:/home/hadoop

然后分别在两个 slave 节点上执行：

$ sudo tar -zxf ~/spark.master.tar.gz -C /usr/lib
$ sudo chown -R hadoop /usr/lib/spark

在启动 Spark 集群之前，先确保启动了 Hadoop 集群：

$ start-dfs.sh
$ start-yarn.sh
$ mr-jobhistory-daemon.sh start historyserver
$ start-master.sh  # 启动 spark 主节点
$ start-slaves.sh  # 启动 spark 从节点

可通过 ec2-xx-xxx-xxx-xx.us-west-2.compute.amazonaws.com:8080 访问 spark web UI。

执行 Spark 分布式实例

1、通过命令行提交 JAR 包：

$ spark-submit --class org.apache.spark.examples.SparkPi --master spark://Master:7077 /usr/lib/spark/examples/jars/spark-examples_2.11-2.3.3.jar 100 2>&1 | grep "Pi is roughly" 

结果如下说明成功：

2、通过 IDEA 远程连接运行程序：

可以在 本地 IDEA 中编写代码，远程提交到云端机上执行，这样比较方便调试。需要注意的是 Master 地址填云端机的公有 IP 地址。下面以一个 WordVec 程序示例，将句子转换为向量形式：

import org.apache.spark.{SparkConf, SparkContext}
import org.apache.log4j.{Level, Logger}
import org.apache.spark.ml.feature.Word2Vec
import org.apache.spark.ml.linalg.Vector
import org.apache.spark.sql.Row
import org.apache.spark.sql.SparkSession
 
object Word2Vec {def main(args: Array[String]) {Logger.getLogger("org").setLevel(Level.ERROR)  // 控制输出信息
    Logger.getLogger("com").setLevel(Level.ERROR)
 
    val conf = new SparkConf()
      .setMaster("spark://ec2-54-190-51-132.us-west-2.compute.amazonaws.com:7077")  // 填公有 DNS 或公有 IP 地址都可以
      .setAppName("Word2Vec")
      .set("spark.cores.max", "4")
      .set("spark.executor.memory", "2g")
    val sc = new SparkContext(conf)
 
    val spark = SparkSession
      .builder
      .appName("Word2Vec")
      .getOrCreate()
 
    val documentDF = spark.createDataFrame(Seq("Hi I heard about Spark".split(""),"I wish Java could use case classes".split(" "),"Logistic regression models are neat".split(" ")
    ).map(Tuple1.apply)).toDF("text")
 
    val word2Vec = new Word2Vec()
      .setInputCol("text")
      .setOutputCol("result")
      .setVectorSize(3)
      .setMinCount(0)
    val model = word2Vec.fit(documentDF)
 
    val result = model.transform(documentDF)
    result.collect().foreach { case Row(text: Seq[_], features: Vector) =>
      println(s"Text: [${text.mkString(", ")}] => \nVector: $features\n") }
  }
}

IDEA 控制台输出：

关闭 Spark 和 Hadoop 集群有以下命令：

$ stop-master.sh
$ stop-slaves.sh
$ stop-yarn.sh
$ stop-dfs.sh
$ mr-jobhistory-daemon.sh stop historyserver

当然最后也是最重要的是，使用完后不要忘了关闭 EC2 实例，不然会 24 小时不间断产生费用的。