在Azure HDInsight中创建R服务器，并利用Spark集群进行分布式R分析

关于R语言

R作为一种编程语言和软件运行环境，近年来被数据科学家广泛使用。它是一种解释性语言，在R library中自带很多统计学方法(statistical methods)和图形算法，例如线性回归分析，决策树，经典统计学测验等等。另外，通过Functions和Extensions，也可以很容易的对R进行扩展，增加数据模型和分析算法。R Studio是一个R语言的集成开发环境(IDE)：



我们也可以通过R Console 编辑和运行R脚本。例如:

> x <- c(1,2,3,4,5,6)   # Create ordered collection (vector)
> y <- x^2              # Square the elements of x
> print(y)              # print (vector) y
[1] 1 4 9 16 25 36

关于Azure HDInsight中的R服务器(R Server)

R本身是开源的，很多厂商对于Open source R进行封装和扩展后，提供R商用系统（例如Revolution R, Oracle和IBM的大数据分析系统等）。微软的Azure HDInsight提供了R Server for HDInsight，它将企业级R分析软件和Hadoop Spark集群相结合，提供了一个大规模、高性能的R分析(R Analytics)环境。在写这篇文章的时候，R Server for HDInsight在中国Azure(www.windowsazure.cn)还没有上线，读者只能通过海外Azure平台(www.windowsazure.com)使用。要了解更多R
Server for HDInsight，可以访问: https://azure.microsoft.com/zh-cn/services/hdinsight/r-server/ 。

在HDInsight集群中创建R Server，并通过设置不同的Compute Context观察性能差异

下面是我们即将开始的试验的架构图:

 第一步：创建R Server Cluster

1. 登录到global azure (http://portal.azure.com) 

2. 选择NEW, Intelligence+ Analytics，然后选HDInsight




3. 为集群指定一个名称



4. 选择Cluster Configuration，在ClusterConfiguration这一项，cluster type选择R-Server，版本选择最新，其余的保持默认设置即可，然后点击select。Microsoft R-Server release
notes: https://msdn.microsoft.com/en-us/microsoft-r/notes/r-server-notes.



5. 选择Credentials，设置集群登录用户名和认证信息。为集群登录用户admin设置一个登录密码，设置一个名为remoteuser的ssh用户，认证方式选择sshkey，导入用cygwin生成的id_rsa.pub文件。如何生成请参照文档最后生成ssh
key章节。



6. 选择DataSource，这里我们用Azure Storage作为cluster的Data
Source



7. 选择NodePricing Tiers，设置节点数量和配置，这里用的是默认设置.



8. 设置ResourceGroup，选择一个已有的或者新建一个，这里我们新建了一个Resource
Group



9. 点击create，等待cluster创建完成。

第二步：在R Server边缘节点上(Edge Node)运行一个运算逻辑(R Analytics Job)。

1. 首先我们到azure上找到edge node的连接方式，如下图:



2. 打开ssh客户端，用上面的连接地址连接到edge node。我这里用的是xshell。连接需要用到我们之前用cygwin生成的private key，如下图:





3. 连接成功后，输入R回车打开R console



4. 用下面命令创建一个RxSparkcompute context，注意替换private key的路径和edge node的地址

myNameNode <- "default"
myPort <- 0

mySshHostname  <- 'rkrrehdi1-ed-ssh.azurehdinsight.net'  # HDI secure shell hostname
mySshUsername  <- 'remoteuser'# HDI SSH username
mySshSwitches  <- '-i /cygdrive/c/Data/R/davec'   # HDI SSH private key

myhdfsShareDir <- paste("/user/RevoShare", mySshUsername, sep="/")
myShareDir <- paste("/var/RevoShare" , mySshUsername, sep="/")

mySparkCluster <- RxSpark(
hdfsShareDir = myhdfsShareDir,
shareDir     = myShareDir,
sshUsername  = mySshUsername,
sshHostname  = mySshHostname,
sshSwitches  = mySshSwitches,
sshProfileScript = '/etc/profile',
nameNode     = myNameNode,
port         = myPort,
consoleOutput= TRUE
)

5. 下载样例数据:

#Set the HDFS (WASB) location of example data
bigDataDirRoot <-"/example/data"
# create a local folder forstoraging data temporarily
source <-"/tmp/AirOnTimeCSV2012"
dir.create(source)
# Download data to the tmp folder
remoteDir <-"http://packages.revolutionanalytics.com/datasets/AirOnTimeCSV2012"
download.file(file.path(remoteDir,"airOT201201.csv"), file.path(source, "airOT201201.csv"))
download.file(file.path(remoteDir,"airOT201202.csv"), file.path(source, "airOT201202.csv"))
download.file(file.path(remoteDir,"airOT201203.csv"), file.path(source, "airOT201203.csv"))
download.file(file.path(remoteDir,"airOT201204.csv"), file.path(source, "airOT201204.csv"))
download.file(file.path(remoteDir,"airOT201205.csv"), file.path(source, "airOT201205.csv"))
download.file(file.path(remoteDir,"airOT201206.csv"), file.path(source, "airOT201206.csv"))
download.file(file.path(remoteDir,"airOT201207.csv"), file.path(source, "airOT201207.csv"))
download.file(file.path(remoteDir,"airOT201208.csv"), file.path(source, "airOT201208.csv"))
download.file(file.path(remoteDir,"airOT201209.csv"), file.path(source, "airOT201209.csv"))
download.file(file.path(remoteDir,"airOT201210.csv"), file.path(source, "airOT201210.csv"))
download.file(file.path(remoteDir,"airOT201211.csv"), file.path(source, "airOT201211.csv"))
download.file(file.path(remoteDir,"airOT201212.csv"), file.path(source, "airOT201212.csv"))
# Set directory in bigDataDirRootto load the data into
inputDir <-file.path(bigDataDirRoot,"AirOnTimeCSV2012")
# Make the directory
rxHadoopMakeDir(inputDir)
# Copy the data from source toinput
rxHadoopCopyFromLocal(source, bigDataDirRoot)

6. 定义两个数据源，一个local计算时用，一个在cluster上计算时用。

# Define the HDFS (WASB) file system
hdfsFS <- RxHdfsFileSystem()
# Create info list for the airline data
airlineColInfo <- list(
DAY_OF_WEEK = list(type = "factor"),
ORIGIN = list(type = "factor"),
DEST = list(type = "factor"),
DEP_TIME = list(type = "integer"),
ARR_DEL15 = list(type = "logical"))

# get all the column names
varNames <- names(airlineColInfo)

# Define the text data source in hdfs
airOnTimeData <- RxTextData(inputDir, colInfo = airlineColInfo, varsToKeep = varNames, fileSystem = hdfsFS)
# Define the text data source in local system
airOnTimeDataLocal <- RxTextData(source, colInfo = airlineColInfo, varsToKeep = varNames)

# formula to use
formula = "ARR_DEL15 ~ ORIGIN + DAY_OF_WEEK + DEP_TIME + DEST"

7. 在R Server的边缘节点上执行分析任务:

# Set a local compute context
rxSetComputeContext("local")
# Run a logistic regression
system.time(
modelLocal <- rxLogit(formula, data = airOnTimeDataLocal)
)
# Display a summary
summary(modelLocal)

8. 在Spark Cluster中执行分析任务：

# Define the Spark compute context
mySparkCluster <- RxSpark()
# Set the compute context
rxSetComputeContext(mySparkCluster)
# Run a logistic regression
system.time(
modelSpark <- rxLogit(formula, data = airOnTimeData)
)
# Display a summary
summary(modelSpark)

 在7和8运行结束后，我们会得到类似下面的运行结果:

第三步：两种Compute Context运行环境的比较

1. 当我们第一次在R Server的边缘节点上执行时，消耗了7分钟:



2. 第一次在Spark Cluster中执行时，耗时不到1分钟:



从上面的结果中，我们并不能武断的下结论：对于任何R分析，利用Spark cluster一定比用R Server的边缘节点本身快。实际上，当我们反复在R Server edge node上运行同样的R语句，会发现它的速度有可能比Spark Cluster更快。原因可能包含:
a. Linux本地文件系统的磁盘IO比HDFS快
b. 对于repeated analysis来说，运行在本地Edge Node上比Spark Cluster快。因为本地计算只有第一次发生数据传输，并且R会保留部分中间结果。

但是，当数据量很大，仅仅将数据复制到Edge Node就需要很长的时间（有些情况甚至是不可能的）。这时，我们必须借助Spark Cluster来对HDFS中的数据和文件直接进行分布式处理。

SSH Key的一种生成方法

1. 首先安装cygwin，默认是不安装OpenSSH的，需要手动选择，在Net类别下选上OpenSSH和OpenSSL两项。



2. 运行ssh-keygen -t rsa -b 2048，生成sshkey。生成的文件在cygwin安装目录的home目录下可以找到。



3. 创建R-Server时，导入id_rsa.pub，如前文所述。

4. 登录到R-Server的edge node，我们要把生成的private key上传到R-Server的node上去，这要用到lrzsz，登录到edge
node，先运行

rpm -qa|grep lrzsz

检查是否已经安装。未安装的话，按命令提示安装好，然后运行rz命令，将生成的id_rsa文件上传到remoteuser的用户目录。



5. 使用chmod 600修改上传的privatekey文件权限