Yarn源码分析之如何确定作业运行方式Uber or Non-Uber？

在MRAppMaster中，当MapReduce作业初始化时，它会通过作业状态机JobImpl中InitTransition的transition()方法，进行MapReduce作业初始化相关操作，而这其中就包括：

1、调用createSplits()方法，创建分片，并获取任务分片元数据信息TaskSplitMetaInfo数组taskSplitMetaInfo；

2、确定Map Task数目numMapTasks：分片元数据信息数组的长度，即有多少分片就有多少numMapTasks；

3、确定Reduce Task数目numReduceTasks，取作业参数mapreduce.job.reduces，参数未配置默认为0；

4、根据分片元数据信息计算输入长度inputLength，也就是作业大小；

5、根据作业大小inputLength，调用作业的makeUberDecision()方法，决定作业运行模式是Uber模式还是Non-Uber模式。

相关关键代码如下：

1. // 调用createSplits()方法，创建分片，并获取任务分片元数据信息TaskSplitMetaInfo数组taskSplitMetaInfo
2. TaskSplitMetaInfo[] taskSplitMetaInfo = createSplits(job, job.jobId);
3. // 确定Map Task数目numMapTasks：分片元数据信息数组的长度，即有多少分片就有多少numMapTasks
4. job.numMapTasks = taskSplitMetaInfo.length;
5. // 确定Reduce Task数目numReduceTasks，取作业参数mapreduce.job.reduces，参数未配置默认为0
6. job.numReduceTasks = job.conf.getInt(MRJobConfig.NUM_REDUCES, 0);
7. // 省略部分代码
8. // 根据分片元数据信息计算输入长度inputLength，也就是作业大小
9. long inputLength = 0;
10. for (int i = 0; i < job.numMapTasks; ++i) {
11. inputLength += taskSplitMetaInfo[i].getInputDataLength();
12. }
13. // 根据作业大小inputLength，调用作业的makeUberDecision()方法，决定作业运行模式是Uber模式还是Non-Uber模式
14. job.makeUberDecision(inputLength);

由此，我们可以看出，作业运行方式Uber or Non-Uber是通过Job的makeUberDecision()方法，传入作业大小inputLength来确定的，本文，我们将研究这一话题，即如何确定作业运行方式Uber or Non-Uber？

在《Yarn源码分析之MRAppMaster：作业运行方式Local、Uber、Non-Uber》一文中我们了解了Uber和Non-Uber两种作业运行方式的含义，如下：

1、Uber模式：为降低小作业延迟而设计的一种模式，所有任务，不管是Map Task，还是Reduce Task，均在同一个Container中顺序执行，这个Container其实也是MRAppMaster所在Container；

2、Non-Uber模式：对于运行时间较长的大作业，先为Map Task申请资源，当Map Task运行完成数目达到一定比例后再为Reduce Task申请资源。

在确定了解上述内容后，我们再来看下Job的makeUberDecision()方法，这个Job的实现为JobImpl类，其makeUberDecision()方法代码如下：

1. /**
2. * Decide whether job can be run in uber mode based on various criteria.
3. * @param dataInputLength Total length for all splits
4. */
5. private void makeUberDecision(long dataInputLength) {
6. //FIXME:  need new memory criterion for uber-decision (oops, too late here;
7. // until AM-resizing supported,
8. // must depend on job client to pass fat-slot needs)
9. // these are no longer "system" settings, necessarily; user may override
10. // 获取系统Uber模式下允许的最大Map任务数sysMaxMaps，
11. // 取参数mapreduce.job.ubertask.maxmaps，参数未配置默认为9
12. int sysMaxMaps = conf.getInt(MRJobConfig.JOB_UBERTASK_MAXMAPS, 9);
13. // 获取系统Uber模式下允许的最大Reduce任务数sysMaxReduces，
14. // 取参数mapreduce.job.ubertask.maxreduces，参数未配置默认为1
15. int sysMaxReduces = conf.getInt(MRJobConfig.JOB_UBERTASK_MAXREDUCES, 1);
16. // 获取系统Uber模式下允许的任务包含数据量最大字节数sysMaxBytes，
17. // mapreduce.job.ubertask.maxbytes，参数未配置默认为远程作业提交路径remoteJobSubmitDir所在文件系统的默认数据块大小
18. long sysMaxBytes = conf.getLong(MRJobConfig.JOB_UBERTASK_MAXBYTES,
19. fs.getDefaultBlockSize(this.remoteJobSubmitDir)); // FIXME: this is wrong; get FS from
20. // [File?]InputFormat and default block size
21. // from that
22. // 获取系统为Uber模式设置的内存资源单元槽Slot大小sysMemSizeForUberSlot，
23. // 取参数yarn.app.mapreduce.am.resource.mb，参数未配置默认为1536M
24. long sysMemSizeForUberSlot =
25. conf.getInt(MRJobConfig.MR_AM_VMEM_MB,
26. MRJobConfig.DEFAULT_MR_AM_VMEM_MB);
27. // 获取系统为Uber模式设置的CPU资源单元槽Slot大小sysCPUSizeForUberSlot，
28. // 取参数yarn.app.mapreduce.am.resource.cpu-vcores，参数未配置默认为1
29. long sysCPUSizeForUberSlot =
30. conf.getInt(MRJobConfig.MR_AM_CPU_VCORES,
31. MRJobConfig.DEFAULT_MR_AM_CPU_VCORES);
32. // 获取系统是否允许Uber模式标志位uberEnabled，
33. // 取参数mapreduce.job.ubertask.enable，参数未配置默认为false，不启用
34. boolean uberEnabled =
35. conf.getBoolean(MRJobConfig.JOB_UBERTASK_ENABLE, false);
36. // 判断Map任务数是否满足系统为Uber模式设定的限制条件，结果赋值给smallNumMapTasks
37. boolean smallNumMapTasks = (numMapTasks <= sysMaxMaps);
38. // 判断Reduce任务数是否满足系统为Uber模式设定的限制条件，结果赋值给smallNumReduceTasks
39. boolean smallNumReduceTasks = (numReduceTasks <= sysMaxReduces);
40. // 判断任务包含数据量大小是否满足系统为Uber模式设定的限制条件，结果赋值给smallInput
41. boolean smallInput = (dataInputLength <= sysMaxBytes);
42. // ignoring overhead due to UberAM and statics as negligible here:
43. // 获取系统配置的Map任务要求的内存大小requiredMapMB，
44. // 取参数mapreduce.map.memory.mb，参数未配置默认为0
45. long requiredMapMB = conf.getLong(MRJobConfig.MAP_MEMORY_MB, 0);
46. // 获取系统配置的Map任务要求的内存大小requiredReduceMB，
47. // 取参数mapreduce.reduce.memory.mb，参数未配置默认为0
48. long requiredReduceMB = conf.getLong(MRJobConfig.REDUCE_MEMORY_MB, 0);
49. // 计算要求的任务内存大小requiredMB，
50. // 取Map任务要求的内存大小requiredMapMB与Reduce任务要求的内存大小requiredReduceMB中的较大者
51. long requiredMB = Math.max(requiredMapMB, requiredReduceMB);
52. // 获取系统uber模式下Map任务要求的CPU核数requiredMapCores，
53. // 取参数mapreduce.map.cpu.vcores，参数未配置默认为1
54. int requiredMapCores = conf.getInt(
55. MRJobConfig.MAP_CPU_VCORES,
56. MRJobConfig.DEFAULT_MAP_CPU_VCORES);
57. // 获取系统uber模式下Reduce任务要求的CPU核数requiredReduceCores，
58. // 取参数mapreduce.reduce.cpu.vcores，参数未配置默认为1
59. int requiredReduceCores = conf.getInt(
60. MRJobConfig.REDUCE_CPU_VCORES,
61. MRJobConfig.DEFAULT_REDUCE_CPU_VCORES);
62. // 计算要求的任务需要CPU核数requiredCores，
63. // 取Map任务要求的CPU核数requiredMapCores与Reduce任务要求的CPU核数requiredReduceCores中的较大者
64. int requiredCores = Math.max(requiredMapCores, requiredReduceCores);
65. // 特殊处理：如果Reduce任务数目为0，即当为Map-Only任务时，
66. // 要求的内存大小、CPU核数，以Map任务要求的为准
67. if (numReduceTasks == 0) {
68. requiredMB = requiredMapMB;
69. requiredCores = requiredMapCores;
70. }
71. // 当MR作业中任务要求的内存大小requiredMB小于等于系统为Uber模式设置的内存资源单元槽Slot大小sysMemSizeForUberSlot时，
72. // 或者sysMemSizeForUberSlot被设定为不受限制时，
73. // 确定为小内存要求，即标志位smallMemory为true
74. boolean smallMemory =
75. (requiredMB <= sysMemSizeForUberSlot)
76. || (sysMemSizeForUberSlot == JobConf.DISABLED_MEMORY_LIMIT);
77. // 当MR作业中任务要求的CPU核数requiredCores小于等于系统为Uber模式设置的CPU资源单元槽Slot大小sysCPUSizeForUberSlot时，
78. // 确定为小CPU要求，即标志位smallCpu为true
79. boolean smallCpu = requiredCores <= sysCPUSizeForUberSlot;
80. // 确定作业是否为链式作业，并赋值给标志位notChainJob，ture表示非链式作业，false表示为链式作业
81. boolean notChainJob = !isChainJob(conf);
82. // User has overall veto power over uberization, or user can modify
83. // limits (overriding system settings and potentially shooting
84. // themselves in the head).  Note that ChainMapper/Reducer are
85. // fundamentally incompatible with MR-1220; they employ a blocking
86. // queue between the maps/reduces and thus require parallel execution,
87. // while "uber-AM" (MR AM + LocalContainerLauncher) loops over tasks
88. // and thus requires sequential execution.
89. // 判断是否为Uber模式，赋值给isUber，
90. // 判断的依据为，以下七个条件必须全部满足：
91. // 1、参数mapreduce.job.ubertask.enable配置为true，即系统允许Uber模式；
92. // 2、Map任务数满足系统为Uber模式设定的限制条件，即小于等于参数mapreduce.job.ubertask.maxmaps配置的值，如果参数未配置，则应该小于等于9；
93. // 3、Reduce任务数满足系统为Uber模式设定的限制条件，即小于等于参数mapreduce.job.ubertask.maxreduces配置的值，如果参数未配置，则应该小于等于1；
94. // 4、任务包含数据量大小满足系统为Uber模式设定的限制条件，即任务数据量小于等于参数mapreduce.job.ubertask.maxbytes配置的值，如果参数未配置，则应小于等于远程作业提交路径remoteJobSubmitDir所在文件系统的默认数据块大小；
95. // 5、MR作业中任务要求的内存大小requiredMB小于等于系统为Uber模式设置的内存资源单元槽Slot大小sysMemSizeForUberSlot时，或者sysMemSizeForUberSlot被设定为不受限制；
96. // 6、MR作业中任务要求的CPU核数requiredCores小于等于系统为Uber模式设置的CPU资源单元槽Slot大小sysCPUSizeForUberSlot；
97. // 7、作业为非链式作业；
98. isUber = uberEnabled && smallNumMapTasks && smallNumReduceTasks
99. && smallInput && smallMemory && smallCpu
100. && notChainJob;
101. if (isUber) {// 当作业为Uber模式运行时，设置一些必要的参数
102. LOG.info("Uberizing job " + jobId + ": " + numMapTasks + "m+"
103. + numReduceTasks + "r tasks (" + dataInputLength
104. + " input bytes) will run sequentially on single node.");
105. // make sure reduces are scheduled only after all map are completed
106. // mapreduce.job.reduce.slowstart.completedmaps参数设置为1，
107. // 即全部Map任务完成后才会为Reduce任务分配资源
108. conf.setFloat(MRJobConfig.COMPLETED_MAPS_FOR_REDUCE_SLOWSTART,
109. 1.0f);
110. // uber-subtask attempts all get launched on same node; if one fails,
111. // probably should retry elsewhere, i.e., move entire uber-AM:  ergo,
112. // limit attempts to 1 (or at most 2?  probably not...)
113. // Map、Reduce任务的最大尝试次数均为1
114. conf.setInt(MRJobConfig.MAP_MAX_ATTEMPTS, 1);
115. conf.setInt(MRJobConfig.REDUCE_MAX_ATTEMPTS, 1);
116. // disable speculation
117. // 禁用Map、Reduce任务的推测执行机制
118. conf.setBoolean(MRJobConfig.MAP_SPECULATIVE, false);
119. conf.setBoolean(MRJobConfig.REDUCE_SPECULATIVE, false);
120. } else {// 当作业为Non-Uber模式时，通过info级别日志，输出作业不能被判定为Uber模式的原因，根据上述7个标志位判断即可
121. StringBuilder msg = new StringBuilder();
122. msg.append("Not uberizing ").append(jobId).append(" because:");
123. if (!uberEnabled)
124. // Uber模式开关未打开，这种模式被禁用了
125. msg.append(" not enabled;");
126. if (!smallNumMapTasks)
127. // 有太多的Map任务
128. msg.append(" too many maps;");
129. if (!smallNumReduceTasks)
130. // 有太多的Reduce任务
131. msg.append(" too many reduces;");
132. if (!smallInput)
133. // 有太大的输入
134. msg.append(" too much input;");
135. if (!smallCpu)
136. // 需要占用过多的CPU
137. msg.append(" too much CPU;");
138. if (!smallMemory)
139. // 需要占用过多的内存
140. msg.append(" too much RAM;");
141. if (!notChainJob)
142. // 是一个链式作业，无法使用Uber模式
143. msg.append(" chainjob;");
144. // 记录无法使用Uber模式的日志信息
145. LOG.info(msg.toString());
146. }
147. }

makeUberDecision()方法的逻辑十分清晰，但是涉及到的判断条件、参数比较多，总的来说，一个MapReduce是使用Uber模式还是Non-Uber模式运行，要综合考虑以下7个因素，这些条件缺一不可：

1、 参数mapreduce.job.ubertask.enable配置为true，即系统允许Uber模式，这是一个Uber模式的开关；

2、Map任务数满足系统为Uber模式设定的限制条件，即小于等于参数mapreduce.job.ubertask.maxmaps配置的值，如果参数未配置，则应该小于等于9；

3、Reduce任务数满足系统为Uber模式设定的限制条件，即小于等于参数mapreduce.job.ubertask.maxreduces配置的值，如果参数未配置，则应该小于等于1；

4、任务包含数据量大小满足系统为Uber模式设定的限制条件，即任务数据量小于等于参数mapreduce.job.ubertask.maxbytes配置的值，如果参数未配置，则应小于等于远程作业提交路径remoteJobSubmitDir所在文件系统的默认数据块大小；

5、MR作业中任务要求的内存大小requiredMB小于等于系统为Uber模式设置的内存资源单元槽Slot大小sysMemSizeForUberSlot时，或者sysMemSizeForUberSlot被设定为不受限制；

6、MR作业中任务要求的CPU核数requiredCores小于等于系统为Uber模式设置的CPU资源单元槽Slot大小sysCPUSizeForUberSlot；

7、作业为非链式作业。

前面6个条件在上面的描述和makeUberDecision()方法代码及其注释中都描述的很清晰，读者可自行查阅。

下面，我们重点看看第7个条件：作业为非链式作业，这个条件是如何判断的呢？它是通过isChainJob()方法来判断的，代码如下：

1. /**
2. * ChainMapper and ChainReducer must execute in parallel, so they're not
3. * compatible with uberization/LocalContainerLauncher (100% sequential).
4. */
5. private boolean isChainJob(Configuration conf) {
6. boolean isChainJob = false;
7. try {
8. // 获取取Map类名mapClassName，取参数mapreduce.job.map.class
9. String mapClassName = conf.get(MRJobConfig.MAP_CLASS_ATTR);
10. if (mapClassName != null) {
11. // 通过Map类名mapClassName获取Map类Class实例mapClass
12. Class<?> mapClass = Class.forName(mapClassName);
13. // 通过Class的isAssignableFrom()方法，看看mapClass是否为ChainMapper的子类，或者就是ChainMapper，
14. // 是的话，我们认为它就是一个链式作业
15. if (ChainMapper.class.isAssignableFrom(mapClass))
16. isChainJob = true;
17. }
18. } catch (ClassNotFoundException cnfe) {
19. // don't care; assume it's not derived from ChainMapper
20. } catch (NoClassDefFoundError ignored) {
21. }
22. try {
23. // 获取取Reduce类名reduceClassName，取参数mapreduce.job.reduce.class
24. String reduceClassName = conf.get(MRJobConfig.REDUCE_CLASS_ATTR);
25. if (reduceClassName != null) {
26. // 通过Reduce类名reduceClassName获取Reduce类Class实例reduceClass
27. Class<?> reduceClass = Class.forName(reduceClassName);
28. // 通过Class的isAssignableFrom()方法，看看reduceClass是否为ChainReducer的子类，或者就是ChainReducer，
29. // 是的话，我们认为它就是一个链式作业
30. if (ChainReducer.class.isAssignableFrom(reduceClass))
31. isChainJob = true;
32. }
33. } catch (ClassNotFoundException cnfe) {
34. // don't care; assume it's not derived from ChainReducer
35. } catch (NoClassDefFoundError ignored) {
36. }
37. return isChainJob;
38. }

它实际上就是看Map或Reduce是否是ChainMapper或ChainReducer的直接或间接子类，或者就是二者，通过参数mapreduce.job.map.class、mapreduce.job.reduce.class取类名并利用Class.forName构造Class实例，然后通过Class的isAssignableFrom()方法判断Map或Reduce是否是ChainMapper或ChainReducer的直接或间接子类，或者就是二者，就是这么简单。

那么问题又来了，什么是链式作业？为什么继承了ChainMapper或ChainReducer就不能在Uber模式下运行？下面我们一一解答。

首先，链式作业是什么呢？有些时候，你会发现，一个单独的MapReduce Job无法实现你的业务需求，你需要更多的MapReduce Job来处理你的数据，而此时，将多个MapReduce Job串成一条链就形成一个更大的MapReduce Job，这就是链式作业。而链式作业实现的一个根本条件就是其Mapper或Reducer分别继承自ChainMapper和ChainReducer。

那么，为什么继承了ChainMapper或ChainReducer就不能在Uber模式下运行？连同什么是ChainMapper、ChainReducer这个问题，我们一起来做一个最直接最简单的解答，更多详细内容请查看关于专门介绍ChainMapper或ChainReducer的文章。

首先看下ChainMapper的实现，在其内部，有一个Chain类型的成员变量chain，定义并在setup()方法中初始化如下：

1. private Chain chain;
2. protected void setup(Context context) {
3. chain = new Chain(true);
4. chain.setup(context.getConfiguration());
5. }

而Chain中有两个最关键的变量，Mapper列表mappers和Thread列表threads如下：

1. private List<Mapper> mappers = new ArrayList<Mapper>();

1. private List<Thread> threads = new ArrayList<Thread>();

在ChainMapper的run()方法内，会将Chain的mappers中每个Mapper通过chain的addMapper()方法添加至chain中，而chain的addMapper()方法本质上就是基于每个Mapper生成一个MapRunner线程，然后添加到threads列表内，然后再由Mapper启动chain中所有线程threads，关键代码如下：

ChainMapper的run()方法

1. public void run(Context context) throws IOException, InterruptedException {
2. setup(context);
3. int numMappers = chain.getAllMappers().size();
4. if (numMappers == 0) {
5. return;
6. }
7. ChainBlockingQueue<Chain.KeyValuePair<?, ?>> inputqueue;
8. ChainBlockingQueue<Chain.KeyValuePair<?, ?>> outputqueue;
9. if (numMappers == 1) {
10. chain.runMapper(context, 0);
11. } else {
12. // add all the mappers with proper context
13. // add first mapper
14. outputqueue = chain.createBlockingQueue();
15. chain.addMapper(context, outputqueue, 0);
16. // add other mappers
17. for (int i = 1; i < numMappers - 1; i++) {
18. inputqueue = outputqueue;
19. outputqueue = chain.createBlockingQueue();
20. chain.addMapper(inputqueue, outputqueue, context, i);
21. }
22. // add last mapper
23. chain.addMapper(outputqueue, context, numMappers - 1);
24. }
25. // start all threads
26. chain.startAllThreads();
27. // wait for all threads
28. chain.joinAllThreads();
29. }

Chain的其中一个addMapper()方法

1. /**
2. * Add mapper that reads and writes from/to the queue
3. */
4. @SuppressWarnings("unchecked")
5. void addMapper(ChainBlockingQueue<KeyValuePair<?, ?>> input,
6. ChainBlockingQueue<KeyValuePair<?, ?>> output,
7. TaskInputOutputContext context, int index) throws IOException,
8. InterruptedException {
9. Configuration conf = getConf(index);
10. Class<?> keyClass = conf.getClass(MAPPER_INPUT_KEY_CLASS, Object.class);
11. Class<?> valueClass = conf.getClass(MAPPER_INPUT_VALUE_CLASS, Object.class);
12. Class<?> keyOutClass = conf.getClass(MAPPER_OUTPUT_KEY_CLASS, Object.class);
13. Class<?> valueOutClass = conf.getClass(MAPPER_OUTPUT_VALUE_CLASS,
14. Object.class);
15. RecordReader rr = new ChainRecordReader(keyClass, valueClass, input, conf);
16. RecordWriter rw = new ChainRecordWriter(keyOutClass, valueOutClass, output,
17. conf);
18. MapRunner runner = new MapRunner(mappers.get(index), createMapContext(rr,
19. rw, context, getConf(index)), rr, rw);
20. threads.add(runner);
21. }

可以看出，ChainMapper实际上实现了一种多重Mapper，即multiple Mapper，它不再依托一个单独的Map Task，执行一种Map任务，而是依托多个Map Task，执行多种Map任务，所以，它肯定不适合Uber模式，因为Uber模式只限于Map、Reduce等各个任务的单线程串行执行。
        ChainReducer也是如此，不再做特别的说明。