Spark On Yarn的两种模式yarn-cluster和yarn-client深度剖析

Spark On Yarn的优势

每个Spark executor作为一个YARN容器(container)运行。Spark可以使得多个Tasks在同一个容器(container)里面运行

1. Spark支持资源动态共享，运行于Yarn的框架都共享一个集中配置好的资源池

2. 可以很方便的利用Yarn的资源调度特性来做分类、隔离以及优先级控制负载，拥有更灵活的调度策略

3. Yarn可以自由地选择executor数量

4. Yarn是唯一支持Spark安全的集群管理器，使用Yarn，Spark可以运行于Kerberized Hadoop之上，在它们进程之间进行安全认证

　　

我们知道Spark on yarn有两种模式：yarn-cluster和yarn-client。这两种模式作业虽然都是在yarn上面运行，但是其中的运行方式很不一样，今天就来谈谈Spark on YARN yarn-client模式作业从提交到运行的过程剖析

相关概念

• Application: Appliction都是指用户编写的Spark应用程序，其中包括一个Driver功能的代码和分布在集群中多个节点上运行的Executor代码
• Driver:  Spark中的Driver即运行上述Application的main函数并创建SparkContext，创建SparkContext的目的是为了准备Spark应用程序的运行环境，在Spark中有SparkContext负责与ClusterManager通信，进行资源申请、任务的分配和监控等，当Executor部分运行完毕后，Driver同时负责将SparkContext关闭，通常用SparkContext代表Driver
• Executor:  某个Application运行在worker节点上的一个进程，  该进程负责运行某些Task， 并且负责将数据存到内存或磁盘上，每个Application都有各自独立的一批Executor， 在Spark on Yarn模式下，其进程名称为CoarseGrainedExecutor Backend。一个CoarseGrainedExecutor Backend有且仅有一个Executor对象， 负责将Task包装成taskRunner,并从线程池中抽取一个空闲线程运行Task， 这个每一个oarseGrainedExecutor Backend能并行运行Task的数量取决与分配给它的cpu个数
• Cluter Manager：指的是在集群上获取资源的外部服务。目前有三种类型

1. 1. Standalon : spark原生的资源管理，由Master负责资源的分配
   2. Apache Mesos:与hadoop MR兼容性良好的一种资源调度框架
   3. Hadoop Yarn: 主要是指Yarn中的ResourceManager

• Worker: 集群中任何可以运行Application代码的节点，在Standalone模式中指的是通过slave文件配置的Worker节点，在Spark on Yarn模式下就是NoteManager节点
• Task: 被送到某个Executor上的工作单元，但hadoopMR中的MapTask和ReduceTask概念一样，是运行Application的基本单位，多个Task组成一个Stage，而Task的调度和管理等是由TaskScheduler负责
• Job: 包含多个Task组成的并行计算，往往由Spark Action触发生成， 一个Application中往往会产生多个Job
• Stage: 每个Job会被拆分成多组Task， 作为一个TaskSet， 其名称为Stage，Stage的划分和调度是有DAGScheduler来负责的，Stage有非最终的Stage（Shuffle Map Stage）和最终的Stage（Result Stage）两种，Stage的边界就是发生shuffle的地方
• DAGScheduler: 根据Job构建基于Stage的DAG（Directed Acyclic Graph有向无环图)，并提交Stage给TASkScheduler。 其划分Stage的依据是RDD之间的依赖的关系找出开销最小的调度方法，如下图
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• TASKSedulter: 将TaskSET提交给worker运行，每个Executor运行什么Task就是在此处分配的. TaskScheduler维护所有TaskSet，当Executor向Driver发生心跳时，TaskScheduler会根据资源剩余情况分配相应的Task。另外TaskScheduler还维护着所有Task的运行标签，重试失败的Task。下图展示了TaskScheduler的作用
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• 在不同运行模式中任务调度器具体为：

1. 1. Spark on Standalone模式为TaskScheduler
   2. YARN-Client模式为YarnClientClusterScheduler
   3. YARN-Cluster模式为YarnClusterScheduler

• 将这些术语串起来的运行层次图如下：
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• Job=多个stage，Stage=多个同种task, Task分为ShuffleMapTask和ResultTask，Dependency分为ShuffleDependency和NarrowDependency

Spark运行模式：

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• Spark的运行模式多种多样，灵活多变，部署在单机上时，既可以用本地模式运行，也可以用伪分布模式运行，而当以分布式集群的方式部署时，也有众多的运行模式可供选择，这取决于集群的实际情况，底层的资源调度即可以依赖外部资源调度框架，也可以使用Spark内建的Standalone模式。
• 对于外部资源调度框架的支持，目前的实现包括相对稳定的Mesos模式，以及hadoop YARN模式
• 本地模式：常用于本地开发测试，本地还分别 local 和 local cluster

YARN-Client

在Yarn-client中，Driver运行在Client上，通过ApplicationMaster向RM获取资源。本地Driver负责与所有的executor container进行交互，并将最后的结果汇总。结束掉终端，相当于kill掉这个spark应用。

因为Driver在客户端，所以可以通过webUI访问Driver的状态，默认是http://hadoop1:4040访问，而YARN通过http:// hadoop1:8088访问

• YARN-client的工作流程步骤为：

• Spark Yarn Client向YARN的ResourceManager申请启动Application Master。同时在SparkContent初始化中将创建DAGScheduler和TASKScheduler等，由于我们选择的是Yarn-Client模式，程序会选择YarnClientClusterScheduler和YarnClientSchedulerBackend
• ResourceManager收到请求后，在集群中选择一个NodeManager，为该应用程序分配第一个Container，要求它在这个Container中启动应用程序的ApplicationMaster，与YARN-Cluster区别的是在该ApplicationMaster不运行SparkContext，只与SparkContext进行联系进行资源的分派
• Client中的SparkContext初始化完毕后，与ApplicationMaster建立通讯，向ResourceManager注册，根据任务信息向ResourceManager申请资源（Container）
• 一旦ApplicationMaster申请到资源（也就是Container）后，便与对应的NodeManager通信，要求它在获得的Container中启动CoarseGrainedExecutorBackend，CoarseGrainedExecutorBackend启动后会向Client中的SparkContext注册并申请Task
• client中的SparkContext分配Task给CoarseGrainedExecutorBackend执行，CoarseGrainedExecutorBackend运行Task并向Driver汇报运行的状态和进度，以让Client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
• 应用程序运行完成后，Client的SparkContext向ResourceManager申请注销并关闭自己

因为是与Client端通信，所以Client不能关闭。

客户端的Driver将应用提交给Yarn后，Yarn会先后启动ApplicationMaster和executor，另外ApplicationMaster和executor都 是装载在container里运行，container默认的内存是1G，ApplicationMaster分配的内存是driver- memory，executor分配的内存是executor-memory。同时，因为Driver在客户端，所以程序的运行结果可以在客户端显 示，Driver以进程名为SparkSubmit的形式存在。

Yarn-Cluster

• 在YARN-Cluster模式中，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：

1. 第一个阶段是把Spark的Driver作为一个ApplicationMaster在YARN集群中先启动；
2. 第二个阶段是由ApplicationMaster创建应用程序，然后为它向ResourceManager申请资源，并启动Executor来运行Task，同时监控它的整个运行过程，直到运行完成

应用的运行结果不能在客户端显示（可以在history server中查看），所以最好将结果保存在HDFS而非stdout输出，客户端的终端显示的是作为YARN的job的简单运行状况，下图是yarn-cluster模式

执行过程：

• Spark Yarn Client向YARN中提交应用程序，包括ApplicationMaster程序、启动ApplicationMaster的命令、需要在Executor中运行的程序等
• ResourceManager收到请求后，在集群中选择一个NodeManager，为该应用程序分配第一个Container，要求它在这个Container中启动应用程序的ApplicationMaster，其中ApplicationMaster进行SparkContext等的初始化
• ApplicationMaster向ResourceManager注册，这样用户可以直接通过ResourceManage查看应用程序的运行状态，然后它将采用轮询的方式通过RPC协议为各个任务申请资源，并监控它们的运行状态直到运行结束
• 一旦ApplicationMaster申请到资源（也就是Container）后，便与对应的NodeManager通信，要求它在获得的Container中启动CoarseGrainedExecutorBackend，而Executor对象的创建及维护是由CoarseGrainedExecutorBackend负责的，CoarseGrainedExecutorBackend启动后会向ApplicationMaster中的SparkContext注册并申请Task。这一点和Standalone模式一样，只不过SparkContext在Spark Application中初始化时，使用CoarseGrainedSchedulerBackend配合YarnClusterScheduler进行任务的调度，其中YarnClusterScheduler只是对TaskSchedulerImpl的一个简单包装，增加了对Executor的等待逻辑等
• ApplicationMaster中的SparkContext分配Task给CoarseGrainedExecutorBackend执行，CoarseGrainedExecutorBackend运行Task并向ApplicationMaster汇报运行的状态和进度，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
• 应用程序运行完成后，ApplicationMaster向ResourceManager申请注销并关闭自己

比以前的更多的理解： 
（1）Application Master所在的NodeManager是Yarn随机分配的，不是在主节点上，下图是实验室集群上跑得一个Spark程序，tseg0是主节点，tseg1~tseg4是workers，IP10.103.240.29指的是tseg3:

（2）在上图还可以看出，executor的容器和AM容器是可以共存的，它们的封装都是容器； 
（3）AM是Yarn启动的第一个容器； 
（4）AM所在的NodeManager就是平常说的Driver端，因为这个AM启动了SparkContext，之前实验室说的“谁初始化的SparkContext谁就是Driver端”一直理解错了，以为这句话是相对于机器说的，但其实是相对于Cluster和Client的集群模式来说的（不知道其他模式Mesos、standalone是不是也是这样）。 
（5）在Application提交到RM上之后，Client就可以关闭了，集群会继续运行提交的程序，在实际使用时，有时候会看到这样一种现象，关闭Client会导致程序终止，其实这个Application还没有提交上去，关闭Client打断了提交的过程，Application当然不会运行。

YARN-Cluster和YARN-Client的区别

• 理解YARN-Client和YARN-Cluster深层次的区别之前先清楚一个概念：Application Master。在YARN中，每个Application实例都有一个ApplicationMaster进程，它是Application启动的第一个容器。它负责和ResourceManager打交道并请求资源，获取资源之后告诉NodeManager为其启动Container。从深层次的含义讲YARN-Cluster和YARN-Client模式的区别其实就是ApplicationMaster进程的区别
• YARN-Cluster模式下，Driver运行在AM(Application Master)中，它负责向YARN申请资源，并监督作业的运行状况。当用户提交了作业之后，就可以关掉Client，作业会继续在YARN上运行，因而YARN-Cluster模式不适合运行交互类型的作业
• YARN-Client模式下，Application Master仅仅向YARN请求Executor，Client会和请求的Container通信来调度他们工作，也就是说Client不能离开

（1）YarnCluster的Driver是在集群的某一台NM上，但是Yarn-Client就是在RM的机器上； 
（2）而Driver会和Executors进行通信，所以Yarn_cluster在提交App之后可以关闭Client，而Yarn-Client不可以； 
（3）Yarn-Cluster适合生产环境，Yarn-Client适合交互和调试。

下表是Spark Standalone与Spark On Yarn模式下的比较

 

Reference

1. 《Spark技术内幕-深入解析Spark内核、架构设计与实现原理》
2. Spark Yarn-cluster与Yarn-client
3. Spark：Yarn Cluster 和Yarn Client的区别和联系
4. Spark on YARN两种运行模式介绍
5. Apache Spark Resource Management and YARN App Models