Hadoop 三剑客之 —— 集群资源管理器 YARN

一、hadoop yarn 简介

Apache YARN (Yet Another Resource Negotiator) 是hadoop 2.0 引入的集群资源管理系统。用户可以将各种服务框架部署在YARN上，由YARN进行统一地管理和资源分配。

二、YARN架构

1. ResourceManager

ResourceManager通常在独立的机器上以后台进程的形式运行，它是整个集群资源的主要协调者和管理者。ResourceManager负责给用户提交的所有应用程序分配资源，它根据应用程序优先级、队列容量、ACLs、数据位置等信息，做出决策，然后以共享的、安全的、多租户的方式制定分配策略，调度集群资源。

2. NodeManager

NodeManager是YARN集群中的每个具体节点的管理者。主要负责该节点内所有容器的生命周期的管理，监视资源和跟踪节点健康。具体如下：

启动时向ResourceManager注册并定时发送心跳消息，等待ResourceManager的指令；
维护Container的生命周期，监控Container的资源使用情况；
管理任务运行时的相关依赖，根据ApplicationMaster的需要，在启动Container之前将需要的程序及其依赖拷贝到本地。

3. ApplicationMaster

在用户提交一个应用程序时，YARN会启动一个轻量级的进程ApplicationMaster。ApplicationMaster负责协调来自 ResourceManager的资源，并通过NodeManager 监视容器内资源的使用情况，同时还负责任务的监控与容错。具体如下：

根据应用的运行状态来决定动态计算资源需求；
向ResourceManager申请资源，监控申请的资源的使用情况；
跟踪任务状态和进度，报告资源的使用情况和应用的进度信息；
负责任务的容错。

4. Contain

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返回的资源是用Container表示的。YARN会为每个任务分配一个Container，该任务只能使用该Container中描述的资源。ApplicationMaster可在Container内运行任何类型的任务。例如，MapReduce ApplicationMaster请求一个容器来启动 map 或 reduce 任务，而Giraph ApplicationMaster请求一个容器来运行 Giraph 任务。

三、YARN工作原理简述

Client提交作业到YARN上；
Resource Manager选择一个Node Manager，启动一个Container并运行Application Master实例；
Application Master根据实际需要向Resource Manager请求更多的Container资源（如果作业很小, 应用管理器会选择在其自己的JVM中运行任务）；
Application Master通过获取到的Container资源执行分布式计算。

四、YARN工作原理详述

1. 作业提交

client调用job.waitForCompletion方法，向整个集群提交MapReduce作业 (第1步) 。新的作业ID(应用ID)由资源管理器分配(第2步)。作业的client核实作业的输出, 计算输入的split, 将作业的资源(包括Jar包，配置文件, split信息)拷贝给HDFS(第3步)。最后, 通过调用资源管理器的submitApplication()来提交作业(第4步)。

2. 作业初始化

当资源管理器收到submitApplciation()的请求时, 就将该请求发给调度器(scheduler), 调度器分配container, 然后资源管理器在该container内启动应用管理器进程, 由节点管理器监控(第5步)。

MapReduce作业的应用管理器是一个主类为MRAppMaster的Java应用，其通过创造一些bookkeeping对象来监控作业的进度, 得到任务的进度和完成报告(第6步)。然后其通过分布式文件系统得到由客户端计算好的输入split(第7步)，然后为每个输入split创建一个map任务, 根据mapreduce.job.reduces创建reduce任务对象。

3. 任务分配

如果作业很小, 应用管理器会选择在其自己的JVM中运行任务。

如果不是小作业, 那么应用管理器向资源管理器请求container来运行所有的map和reduce任务(第8步)。这些请求是通过心跳来传输的, 包括每个map任务的数据位置，比如存放输入split的主机名和机架(rack)，调度器利用这些信息来调度任务，尽量将任务分配给存储数据的节点, 或者分配给和存放输入split的节点相同机架的节点。

4. 任务运行

当一个任务由资源管理器的调度器分配给一个container后，应用管理器通过联系节点管理器来启动container(第9步)。任务由一个主类为YarnChild的Java应用执行，在运行任务之前首先本地化任务需要的资源，比如作业配置，JAR文件, 以及分布式缓存的所有文件(第10步。最后, 运行map或reduce任务(第11步)。

YarnChild运行在一个专用的JVM中, 但是YARN不支持JVM重用。

5. 进度和状态更新

YARN中的任务将其进度和状态(包括counter)返回给应用管理器, 客户端每秒(通mapreduce.client.progressmonitor.pollinterval设置)向应用管理器请求进度更新, 展示给用户。

6. 作业完成

除了向应用管理器请求作业进度外, 客户端每5分钟都会通过调用waitForCompletion()来检查作业是否完成，时间间隔可以通过mapreduce.client.completion.pollinterval来设置。作业完成之后, 应用管理器和container会清理工作状态， OutputCommiter的作业清理方法也会被调用。作业的信息会被作业历史服务器存储以备之后用户核查。

五、提交作业到YARN上运行

这里以提交Hadoop Examples中计算Pi的MApReduce程序为例，相关Jar包在Hadoop安装目录的share/hadoop/mapreduce目录下：

# 提交格式: hadoop jar jar包路径 主类名称 主类参数
# hadoop jar hadoop-mapreduce-examples-2.6.0-cdh5.15.2.jar pi 3 3

参考资料

更多大数据系列文章可以参见个人 GitHub 开源项目：大数据入门指南