Hadoop-Yarn-框架原理及运作机制
一、YARN基本架构
YARN是Hadoop 2.0中的资源管理系统,它的基本设计思想是将MRv1中的JobTracker拆分成了两个独立的服务:一个全局的资源管理器ResourceManager和每个应用程序特有的ApplicationMaster。其中ResourceManager负责整个系统的资源管理和分配,而ApplicationMaster负责单个应用程序的管理。
二、YARN基本组成结构
YARN 总体上仍然是Master/Slave结构,在整个资源管理框架中,ResourceManager为Master,NodeManager为 Slave,ResourceManager负责对各个NodeManager上的资源进行统一管理和调度。当用户提交一个应用程序时,需要提供一个用以 跟踪和管理这个程序的ApplicationMaster,它负责向ResourceManager申请资源,并要求NodeManger启动可以占用一 定资源的任务。由于不同的ApplicationMaster被分布到不同的节点上,因此它们之间不会相互影响。在本小节中,我们将对YARN的基本组成 结构进行绍。
YARN 运行的基本架构如下图:
图描述了YARN的基本组成结构,YARN主要由ResourceManager、NodeManager、ApplicationMaster(图中给出了MapReduce和MPI两种计算框架的ApplicationMaster,分别为MR AppMstr和MPI AppMstr)和Container等几个组件构成。
1. ResourceManager(MR)
RM是一个全局的资源管理器,负责整个系统饿资源管理和分配。它主要有两个组件构成:调度器(Scheduler)和应用程序管理器(Applications Manaher,ASM)
1) 调度器
调度器根据容量、队列等限制条件(如每个队列分配一定的资源,最多执行一定数量的作业等),将系统中的资源分配给各个正在运行的应用程序。需要注意的是,该调度器是一个“纯调度器”,它不再从事任何与具体应用程序相关的工作,比如不负责监控或者跟踪应用的执行状态等,也不负责重新启动因应用执 行失败或者硬件故障而产生的失败任务,这些均交由应用程序相关的ApplicationMaster完成。调度器仅根据各个应用程序的资源需求进行资源分 配,而资源分配单位用一个抽象概念“资源容器”(Resource Container,简称Container)表示,Container是一个动态资源分配单位,它将内存、 CPU、磁盘、网络等资源封装在一起,从而限定每个任务使用的资源量。此外,该调度器是一个可插拔的组件,用户可根据自己的需要设计新的调度器,YARN 提供了多种直接可用的调度器,比如FIFO,Fair Scheduler和Capacity Scheduler等。
2) 应用程序管理器
应用程序管理器负责管理整个系统中所有应用程序,包括应用程序提交、与调度器协商资源以启动ApplicationMaster、监控ApplicationMaster运行状态并在失败时重新启动它等。
2. ApplicationMaster(AM)
用户提交的每个应用程序均包含1个AM,主要功能包括:
1) 与RM调度器协商以获取资源(用Container表示);
2) 将得到的任务进一步分配给内部的任务;
3) 与NM通信以启动/停止任务;
4) 监控所有任务运行状态,并在任务运行失败时重新为任务申请资源以重启任务。
当前YARN 自带了两个AM实现,一个是用于演示AM编写方法的实例程序distributed shell,它可以申请一定数目的Container以并行运行一个 Shell命令或者Shell脚本;另一个是运行MapReduce应用程序的AM—MRAppMaster。此外,一些其 他的计算框架对应的AM正在开发中,比如Open MPI、Spark等。
3. NodeManager(NM)
NM是每个节点上的资源和任务管理器,一方面,它会定时地向RM汇报本节点上的资源使用情况和各个Container的运行状态;另一方面,它接收并处理来自AM的Container启动/停止等各种请求。
4. Container
Container 是YARN中的资源抽象,它封装了某个节点上的多维度资源,如内存、CPU、磁盘、网络等,当AM向RM申请资源时,RM为AM返回的资源便是用 Container表示的。YARN会为每个任务分配一个Container,且该任务只能使用该Container中描述的资源。
需要注意的是,Container不同于MRv1中的slot,它是一个动态资源划分单位,是根据应用程序的需求动态生成的。截至本书完成时,YARN仅支持CPU和内存两种资源,且使用了轻量级资源隔离机制Cgroups进行资源隔离。
5. YARN 工作流程
当用户向YARN中提交一个应用程序后,YARN将分两个阶段运行该应用程序:
第一个阶段是启动ApplicationMaster;
第二个阶段是由ApplicationMaster创建应用程序,为它申请资源,并监控它的整个运行过程,直到运行完成。
YARN的工作流程分为以下几个步骤:
步骤1: 用户向YARN中提交应用程序,其中包括ApplicationMaster程序、启动ApplicationMaster的命令、用户程序等。
步骤2: ResourceManager为该应用程序分配第一个Container,并与对应的Node-Manager通信,要求它在这个Container中启动应用程序的ApplicationMaster。
步骤3: ApplicationMaster首先向ResourceManager注册,这样用户可以直接通过ResourceManager查看应用程序的运行状态,然后它将为各个任务申请资源,并监控它的运行状态,直到运行结束,即重复步骤4~7。
步骤4: ApplicationMaster采用轮询的方式通过RPC协议向ResourceManager申请和领取资源。
步骤5: 一旦ApplicationMaster申请到资源后,便与对应的NodeManager通信,要求它启动任务。
步骤6: NodeManager为任务设置好运行环境(包括环境变量、JAR包、二进制程序等)后,将任务启动命令写到一个脚本中,并通过运行该脚本启动任务。
步骤7: 各个任务通过某个RPC协议向ApplicationMaster汇报自己的状态和进度,以让ApplicationMaster随时掌握各个任务的运行状态,从而可以在任务失败时重新启动任务。在应用程序运行过程中,用户可随时通过RPC向ApplicationMaster查询应用程序的当前运行状态。
步骤8: 应用程序运行完成后,ApplicationMaster向ResourceManager注销并关闭自己。
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