设计一个系统,存放URL,IP,访问时间。数据量达到1000亿条记录
1）指定访问时间段，对于给定的URL，统计该URL访问量。
2）指定访问时间段，对于给定的IP，统计该IP的访问量
使用hadoop进行大规模数据的全局排序（转自baidu官方博客）
1. Hellow hadoop~~!
Hadoop（某人儿子的一只虚拟大象的名字）是一个复杂到极致，又简单到极致的东西。
说它复杂，是因为一个hadoop集群往往有几十台甚至成百上千台low cost的计算机组成，你运行的每一个任务都要在这些计算机上做任务的分发，执行中间数据排序以及最后的汇总，期间还包含节点发现，任务的重试，故障节点替换等等等等的维护以及异常情况处理。谁叫hadoop集群往往都是由一些平民计算机组成，没事儿罢个工什么的，实在是再寻常不过的事情。
而说其简单，则是因为，上面说到的那些，你通通不用管，你所需要做的，就是写一个程序，当然也可以是脚本，从标准输入读入一条数据，处理完之后，把结果输出到标准输出。
现在，或许你就明白了，hadoop就是一个计算模型。一个分布式的计算模型。
1.1Map和reduce
天下大事，分久必合、合久必分。
所谓分布式计算，就是把一大堆用于计算的数据材料切了，扔到多个锅里面，该焯水的焯水，该油炸的油炸。然后都准备的差不多了，按着一定的先后顺序，比如不好熟的先放，好熟的后放什么的，一块下锅炒成一盘菜出来，端出来上桌。
前面的步骤，就是map，分发。Map的作用就是把输入数据打散，做简单的处理，输出。而hadoop则要先将中间数据排序，这个称为shuffle，然后由reduce把中间数据合并到一起。将最终结果输出。
举个简单的例子：公安局要根据数据库内身份证号获得全国每个地市人口数情况（好吧，这个应该是统计局做的），这个任务落到你的头上了，你应该先把所有的身份证号导出到文件中，每行一个，然后把这些文件交给map。Map中的要做的就是截取身份证号的前面六位，把这六位数字直接输出。然后hadoop会把这些身份证号的前六位排序，把相同的数据都排到一起，交给reduce，reduce判断每次输入的号码是否与上一个处理的相同，相同则累加，不同则把之前的号码，和统计的数值输出。这样，你就获得了各地市的人口数统计。
下面这个图就是map和reduce处理的图示。
上图是MapReduce的数据处理视图。分为map，shuffle，reduce三个部分。各map任务读入切分后的大规模数据进行处理并将数据作为一系列key:value对输出，输出的中间数据按照定义的方式通过shuffle程序分发到相应的reduce任务。Shuffle程序还会按照定义的方式对发送到一个reduce任务的数据进行排序。Reduce进行最后的数据处理。
MapReduce计算框架适用于超大规模的数据（100TB量级）且各数据之间相关性较低的情况。
1.2HDFS
之前，或许你听说过NTFS，VFS，NFS等等等等，没错，HDFS就是hadoop file system。
为什么需要一种专门的文件系统呢？
这是因为hadoop使用过网络松散（说其松散，是因为hadoop集群中的任意一个计算机故障了或是不相干了，都不会对集群造成影响）的组合到一起的。多个计算机需要一个统一的文件访问方式。也就是根据一个路径，不同的计算机可以定位同一个文件。
HDFS就是这样一种分布式文件系统，提供了较好的容错功能和扩展性。
1.3节点与槽位
Hadoop集群是由很多low cost的计算机组成的，这些计算机被称为节点。组成hadoop的计算机通常都是全功能的，没有特别的专门用于计算和存储的部分。
这样带来的好处是明显的，因为特别大的硬盘和特别快的cpu，总是意味着难以接受的价格。而且这样一个配置“特别的”节点计算机挂掉了，找个他的替身将是很困难的事情。
计算节点和存储节点统一的另一个好处是，任务在计算过程中产生的文件，可以直接放在本机的存储节点上，减少网络带宽占用和延迟。
在衡量hadoop的map和reduce的处理能力的时候通常都是以槽位为单位的。槽位就是集群内每个计算机的cpu并发数（cpu数*核心数*超线程数）的总和。每个任务都会安排在一个槽位内允许，安排不到槽位的任务则会等待。
2. Hadoop应用实例：大规模数据的排序
Hadoop平台没有提供全局数据排序，而在大规模数据处理中进行数据的全局排序是非常普遍的需求。大量的将大规模数据任务切分成小数据规模的数据处理任务都必须先将大规模数据进行全局排序。例如处理两组大的数据集的属性合并，可以对两组数据进行全局排序然后分解成一系列小的二路归并问题实现。
2.1应用hadoop进行大规模数据全局排序的方法
使用hadoop进行大量的数据排序排序最直观的方法是把文件所有内容给map之后，map不做任何处理，直接输出给一个reduce，利用hadoop的自己的shuffle机制，对所有数据进行排序，而后由reduce直接输出。
然而这样的方法跟单机毫无差别，完全无法用到多机分布式计算的便利。因此这种方法是不行的。
利用hadoop分而治之的计算模型，可以参照快速排序的思想。在这里我们先简单回忆一下快速排序。快速排序基本步骤就是需要现在所有数据中选取一个作为支点。然后将大于这个支点的放在一边，小于这个支点的放在另一边。
设想如果我们有N个支点（这里可以称为标尺），就可以把所有的数据分成N+1个part，将这N+1个part丢给reduce，由hadoop自动排序，最后输出N+1个内部有序的文件，再把这N+1个文件首尾相连合并成一个文件，收工。
由此我们可以归纳出这样一个用hadoop对大量数据排序的步骤：
1） 对待排序数据进行抽样；
2） 对抽样数据进行排序，产生标尺；
3） Map对输入的每条数据计算其处于哪两个标尺之间；将数据发给对应区间ID的reduce
4） Reduce将获得数据直接输出。
这里使用对一组url进行排序来作为例子：
这里还有一点小问题要处理：如何将数据发给一个指定ID的reduce？hadoop提供了多种分区算法。这些算法根据map输出的数据的key来确定此数据应该发给哪个reduce（reduce的排序也依赖key）。因此，如果需要将数据发给某个reduce，只要在输出数据的同时，提供一个key（在上面这个例子中就是reduce的ID+url），数据就该去哪儿去哪儿了。
2.2注意事项
1) 标尺的抽取应该尽可能的均匀，这与快速排序很多变种算法均是强调支点的选取是一致的。
2) HDFS是一种读写性能很不对称的文件系统。应该尽可能的利用其读性能很强的特点。减少对写文件和shuffle操作的依赖。举例来说，当需要根据数据的统计情况来决定对数据的处理的时候。将统计和数据处理分成两轮map-reduce比将统计信息合并和数据处理都放到一个reduce中要快速的多。
3. 总结
Hadoop实际是一种以数据为驱动的计算模型，结合MapReduce和HDFS，将任务运行在数据存放的计算节点上，充分利用了计算节点的存储和计算资源，同时也大大节省了网络传输数据的开销。
Hadoop提供了简便利用集群进行并行计算的平台。各种可以隔离数据集之间相关性的运算模型都能够在Hadoop上被良好应用。之后会有更多的利用Hadoop实现的大规模数据基础计算方法的介绍。
1、海量日志数据，提取出某日访问百度次数最多的那个IP。
首先是这一天，并且是访问百度的日志中的IP取出来，逐个写入到一个大文件中。注意到IP是32位的，最多有个2^32个IP。同样可以采用映射的方法，比如模1000，把整个大文件映射为1000个小文件，再找出每个小文中出现频率最大的IP（可以采用hash_map进行频率统计，然后再找出频率最大的几个）及相应的频率。然后再在这1000个最大的IP中，找出那个频率最大的IP，即为所求。
算法思想：分而治之+Hash
1.IP地址最多有2^32=4G种取值情况，所以不能完全加载到内存中处理；
2.可以考虑采用“分而治之”的思想，按照IP地址的Hash(IP)24值，把海量IP日志分别存储到1024个小文件中。这样，每个小文件最多包含4MB个IP地址；
3.对于每一个小文件，可以构建一个IP为key，出现次数为value的Hash map，同时记录当前出现次数最多的那个IP地址；
4.可以得到1024个小文件中的出现次数最多的IP，再依据常规的排序算法得到总体上出现次数最多的IP；
2、搜索引擎会通过日志文件把用户每次检索使用的所有检索串都记录下来，每个查询串的长度为1-255字节。
假设目前有一千万个记录（这些查询串的重复度比较高，虽然总数是1千万，但如果除去重复后，不超过3百万个。一个查询串的重复度越高，说明查询它的用户越多，也就是越热门。），请你统计最热门的10个查询串，要求使用的内存不能超过1G。
文中，给出的最终算法是：
第一步、先对这批海量数据预处理，在O（N）的时间内用Hash表完成统计
第二步、借助堆这个数据结构，找出Top K，时间复杂度为N‘logK。
即，借助堆结构，我们可以在log量级的时间内查找和调整/移动。因此，维护一个K(该题目中是10)大小的小根堆，然后遍历300万的Query，分别和根元素进行对比所以，我们最终的时间复杂度是：O（N） + N'*O（logK），（N为1000万，N’为300万）。
或者：采用trie树，关键字域存该查询串出现的次数，没有出现为0。最后用10个元素的最小推来对出现频率进行排序。
3、有一个1G大小的一个文件，里面每一行是一个词，词的大小不超过16字节，内存限制大小是1M。返回频数最高的100个词。
方案：顺序读文件中，对于每个词x，取hash(x)P00，然后按照该值存到5000个小文件（记为x0,x1,...x4999）中。这样每个文件大概是200k左右。
如果其中的有的文件超过了1M大小，还可以按照类似的方法继续往下分，直到分解得到的小文件的大小都不超过1M。
对每个小文件，统计每个文件中出现的词以及相应的频率（可以采用trie树/hash_map等），并取出出现频率最大的100个词（可以用含100个结点的最小堆），并把100个词及相应的频率存入文件，这样又得到了5000个文件。下一步就是把这5000个文件进行归并（类似与归并排序）的过程了。
4、有10个文件，每个文件1G，每个文件的每一行存放的都是用户的query，每个文件的query都可能重复。要求你按照query的频度排序。
还是典型的TOP K算法，解决方案如下：
方案1：
顺序读取10个文件，按照hash(query)的结果将query写入到另外10个文件（记为）中。这样新生成的文件每个的大小大约也1G（假设hash函数是随机的）。
找一台内存在2G左右的机器，依次对用hash_map(query, query_count)来统计每个query出现的次数。利用快速/堆/归并排序按照出现次数进行排序。将排序好的query和对应的query_cout输出到文件中。这样得到了10个排好序的文件（记为）。
对这10个文件进行归并排序（内排序与外排序相结合）。
方案2：
一般query的总量是有限的，只是重复的次数比较多而已，可能对于所有的query，一次性就可以加入到内存了。这样，我们就可以采用trie树/hash_map等直接来统计每个query出现的次数，然后按出现次数做快速/堆/归并排序就可以了。
方案3：
与方案1类似，但在做完hash，分成多个文件后，可以交给多个文件来处理，采用分布式的架构来处理（比如MapReduce），最后再进行合并。
5、给定a、b两个文件，各存放50亿个url，每个url各占64字节，内存限制是4G，让你找出a、b文件共同的url？
方案1：可以估计每个文件安的大小为5G×64=320G，远远大于内存限制的4G。所以不可能将其完全加载到内存中处理。考虑采取分而治之的方法。
遍历文件a，对每个url求取hash(url)00，然后根据所取得的值将url分别存储到1000个小文件（记为a0,a1,...,a999）中。这样每个小文件的大约为300M。
遍历文件b，采取和a相同的方式将url分别存储到1000小文件（记为b0,b1,...,b999）。这样处理后，所有可能相同的url都在对应的小文件（a0vsb0,a1vsb1,...,a999vsb999）中，不对应的小文件不可能有相同的url。然后我们只要求出1000对小文件中相同的url即可。
求每对小文件中相同的url时，可以把其中一个小文件的url存储到hash_set中。然后遍历另一个小文件的每个url，看其是否在刚才构建的hash_set中，如果是，那么就是共同的url，存到文件里面就可以了。
方案2：如果允许有一定的错误率，可以使用Bloom filter，4G内存大概可以表示340亿bit。将其中一个文件中的url使用Bloom filter映射为这340亿bit，然后挨个读取另外一个文件的url，检查是否与Bloom filter，如果是，那么该url应该是共同的url（注意会有一定的错误率）。
