任务12：使用Hadoop Streaming解压NCDC天气原始数据

任务描述

知识点：

• NCDC原始的气象数据上传到HDFS
• MapReduce程序处理NCDC原始数据

重? 点：

• 熟练使用HDFS基础命令
• 查看HDFS文件块的分布情况
• 掌握Linux系统Shell脚本的编写
• 熟练使用MapReduce程序解压缩文件
• 使用MapReduce程序处理NCDC气象数据

内? 容：

• NCDC气象数据上传至HDFS
• 检查HDFS文件块的分布情况
• 编写Linux Shell脚本生成input文件
• 编写Shell脚本处理原始的NCDC数据文件，并将其存储在HDFS中
• 使用MapReduce程序运行Shell脚本，处理NCDC数据

任务指导

以上一步中下载的2021和2022两年的数据为例。学生参照下面的步骤可以自行处理其他年份的数据。

1. NCDC气象数据

1）原始的NCDC气象数（noaa/isd-ite数据）据实际是一组经过gzip压缩的gz文件。每个年份的所有气象站的数据单独放在一个文件中。

2）每个gzip压缩文件中包含，描述某一气象站在一年中的所有天气数据记录。

3）气象要素包括：气温、气压、露点、风向风速、云量、降水量等。

• 例如：

• 各字段的含义如下：

年	月	日	时间	温度	露点温度	气压	风向	风速	云量	1小时雨量	6小时雨量
2021	01	01	00	80	-94	10285	50	60	1	-9999	-9999

2. NCDC气象数据上传过程

• 准备数据集
• 在HDFS上新建文件夹用于存放气象数据
• 将本地存储NCDC气象数据上传到HDFS中
• 查看文件块的分布情况

3.?Hadoop处理NCDC原始数据

在Hadoop集成环境中处理这些原理数据，气象站数以万计，整个数据集实际是一组经过gzip压缩的gz文件，每个年份的所有气象站的数据单独放在一个文件中，所以在本例中需要将每个年度的所有气象站数据（.gz文件）解压缩到以年份命名的文件夹中。上述操作可由一个MapReduce程序来完成，以充分利用其并行处理能力的优势。下面具体演示这个程序。

4.?处理NCDC原始数据实现过程

1）新建generate_input_list.sh脚本，生成MapReduce的input文件

• input文件包含要处理的文件列表
• 为generate_input_list.sh添加执行能力
• 运行generate_input_list.sh脚本，生成包含需要处理的文件夹列表的ncdc_files.txt文件

2）利用bash脚本处理原始的NCDC数据文件，并将其存储在HDFS中

• 新建load_ncdc_map.sh文件
• 给load_ncdc_map.sh添加运行权限
• 使用hadoop-streaming作业运行上面的bash脚本
• 程序运行完成，在HDFS的/GSOD_ALL目录下生成对应年份目录

• 在每个目录下，包含该年份所有气象站的数据文件

任务实现

以上一个任务中下载的2021和2022两年的数据为例。学生参照下面的步骤可以自行处理其他年份的数据。

1. 将NCDC原始的气象数据上传到HDFS上，步骤如下（在master节点上）：

1）将下载到本地的NCDC气象数（noaa/isd-ite数据）文件上传到master节点服务器上。（当前项目环境已在对应路径位置提供相应数据，已上传到master节点服务器。）

2）将master节点（NameNode所在的节点）服务器上的本地文件上传到Hadoop集群的HDFS中。

• 在HDFS上新建 GSOD 文件夹保存所有原始气象数据文件

#?hdfs??dfs??-mkdir??/GSOD

• 在HDFS上新建 GSOD_ALL文件夹来保存重新处理后的气象数据文件

#?hdfs??dfs??-mkdir??/GSOD_ALL

• 查看文件夹是否建立

#?hdfs??dfs??-ls??/

输出结果，如下所示：

• 将master节点（NameNode所在的节点）服务器上本地的ncdc文件夹里的气象数据文件上传到HDFS

# hdfs dfs -put /usr/local/data/ncdc/isd-lite/* /GSOD

• 查看是否已经上传到HDFS

# hdfs dfs -ls /GSOD

输出结果，如下所示：

• 可以通过如下命令查看文件块的分布情况

# hdfs fsck /GSOD -files -blocks -racks

输出结果类似：

0.   BP-1861083552-192.168.137.10-1420535325500:blk_1073742813_2006 len=88842240   repl=3 [/default-rack/192.168.137.13:50010,   /default-rack/192.168.137.12:50010, /default-rack/192.168.137.11:50010]

...   略 ...

Status: HEALTHY
Total size:    92855723 B
Total dirs:    3
Total files:   2083
Total symlinks:                0
Total blocks (validated):      2083 (avg. block size 44577 B)
Minimally replicated blocks:   2083 (100.0 %)
Over-replicated blocks:        0 (0.0 %)
Under-replicated blocks:       0 (0.0 %)
Mis-replicated blocks:         0 (0.0 %)
Default replication factor:    2
Average block replication:     2.0
Corrupt blocks:                0
Missing replicas:              0 (0.0 %)
Number of data-nodes:          2
Number of racks:               1
FSCK ended at Mon Mar 13 15:38:44 CST 2023 in 53 milliseconds

参数解释：

参数	详细信息
status	代表这次hdfs上block检测的结果
Total size	代表检测目录下文件总大小
Total dirs	代表检测的目录下总共有多少个目录
Total files	代表检测的目录下总共有多少文件
Total symlinks	代表检测的目录下有多少个符号连接
Total blocks(validated)	代表检测的目录下有多少个block块是有效的
Minimally replicated blocks	代表拷贝的最小block块数
Over-replicated blocks	指的是副本数大于指定副本数的block数量
Under-replicated blocks	指的是副本数小于指定副本数的block数量
Mis-replicated blocks	指丢失的block块数量
Default replication factor	1 指默认的副本数是1份（自身一份）
Missing replicas	丢失的副本数
Number of data-nodes	有多少个节点
Number of racks	有多少个机架

2.?Hadoop处理NCDC原始数据

在Hadoop集成环境中处理这些原理数据，气象站数以万计，整个数据集实际是一组经过gzip压缩的gz文件，每个年份的所有气象站的数据单独放在一个文件中，所以在本例中需要将每个年度的所有气象站数据（.gz文件）解压缩到以年份命名的文件夹中。上述操作可由一个MapReduce程序来完成，以充分利用其并行处理能力的优势。下面具体演示这个程序。

该程序只有一个map函数，无reduce函数，因为map函数可并行处理所有文件操作，无需整合步骤。这项处理任务能够用一个Unix脚本进行处理，因而在这里使用Hadoop面向MapReduce的Streaming接口比较合适。

1）新建generate_input_list.sh脚本，用于生成一个MapReduce的input文件，该文件包含要处理的文件夹列表

• 首先创建/home/shell目录作为shell脚本工作目录，然后通过cd命令切换到工作目录

# mkdir /home/shell
# cd /home/shell

• 新建一个generate_input_list.sh来生成MapReduce的input文件，代码如下：

#!/bin/bash
a=$1
if [ -e "ncdc_files.txt" ]
then
        rm ncdc_files.txt
        hdfs dfs -rm /ncdc_file.txt
fi
while [ $a -le $2 ]
do
        filename="/GSOD/${a}/"
        echo -e "$filename" >> ncdc_files.txt
        a=`expr $a + 1`
done
hdfs dfs -put ncdc_files.txt /

• 给generate_input_list.sh添加执行能力，命令如下：

# chmod +x generate_input_list.sh

• 生成在本例中包含需要处理的文件夹列表的ncdc_files.txt文件，命令如下：

注意：本次仅演示2021-2022年气象数据，参照下面的步骤可以自行处理其他年份的数据

# ./generate_input_list.sh 2021 2022

• 查看ncdc_files.txt文件，命令如下：

# more ncdc_files.txt 

输出结果，如下所示：

2）利用bash脚本处理原始的NCDC数据文件，并将其存储在HDFS中

创建load_ncdc_map.sh使其可以在MapReduce的Streaming上正常运行。在MapReduce中将读取ncdc_files.txt作为入参，读入的格式是NLineInputFormat。

• 在/home/shell目录下新建一个load_ncdc_map.sh文件，代码如下所示：

#!/bin/bash
read offset hdfs_file
echo -e "$offset\t$hdfs_file"
# RetrievefilefromHDFStolocaldisk
echo "reporter:status:Retrieving" $hdfs_file >&2
/home/hadoop/hadoop-2.9.2/bin/hdfs dfs -get $hdfs_file .
#Createlocaldirectory
target=`basename $hdfs_file`
#Unzipeachstationfileandconcatintoonefile
echo "reporter:status:Un-gzipping $target" >&2
for file in $target/*
do
        gunzip $file
        echo "reporter:status:Processed$file" >&2
done
#PutgzippedversionintoHDFS
echo "report:status:file $target and putting in HDFS" >&2
rm -rf $target/*.gz
/home/hadoop/hadoop-2.9.2/bin/hdfs dfs -put $target/ /GSOD_ALL/
rm -rf $target

文件说明：

处理过程简单说来，首先将HDFS数据下载到本地目录

对每个年度中的气象数据（.gz文件）进行解压缩；

将解压好的文件重新上传到HDFS的/GSOD_ALL目录中；

状态消息输出到“标准错误”（以reporter:status为前缀），输出内容为MapReduce的状态更新，说明该Hadoop脚本正在运行并未挂起。

• 给load_ncdc_map.sh添加运行权限。

# chmod +x load_ncdc_map.sh

• 通过如下命令查看结果是否正确。

# ll load_ncdc_map.sh

输出结果，如下所示：

3）使用hadoop-streaming作业运行上面的bash脚本

• 运行Streaming作业的脚本结果如下：

# hadoop jar /home/hadoop/hadoop-2.9.2/share/hadoop/tools/lib/hadoop-streaming-2.9.2.jar \
-D mapreduce.job.reduces=0 \
-D mapreduce.map.speculative=false \
-D mapreduce.task.timeout=12000000 \
-inputformat org.apache.hadoop.mapred.lib.NLineInputFormat \
-input /ncdc_files.txt \
-output /output/1 \
-mapper /home/shell/load_ncdc_map.sh \
-file /home/shell/load_ncdc_map.sh

这是一个“只有map”的作业，因为reduce任务数为0。 以上脚本还关闭了推测执行(speculative execution)，因此重复的任务不会写相同的文件。任务超时参数被设置为一个比较大的值，使得Hadoop不会杀掉那些运行时间较长的任务（例如在解档文件、将文件复制到HDFS或者当进展状态未被报告时）。

• 作业提交后屏幕显示如下：? ? ?

• 提示运行完毕后使用如下命令查看目标文件是否生成。

# hdfs dfs -ls /GSOD_ALL

输出结果，如下所示：

• 在每个文件夹下是解压后的数据文件（以2021年前10个文件为例进行展示）。

# hadoop fs -ls /GSOD_ALL/2021 | head -n 10

• 运行命令查看目录（可选步骤）。

# hadoop fs -ls /output/1

• 使用cat命令查看文件内容（可选步骤）。

# hadoop fs -cat /output/1/part-00000
# hadoop fs -cat /output/1/part-00001

输出结果，如下所示：

在结果中，“12”表示输入行的offset，“/GSOD/2022/”是数据路径。

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