Flink 架构：三层架构体系、运行时组件

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Flink架构体系

Flink三层体系架构

在Flink整个软件架构体系中，遵循了分层的架构设计理念，在降低系统耦合度的同时也为上层用户构建Flink应用提供了丰富且友好的借口。从上图可以看出Flink的架构体系基本上可以分为以下三层

• API & Libraries层
• Runtime核心层
• 物理部署层
  
  

API & Libraries层

作为分布式数据处理框架，Flink同时提供了支持流计算和批计算的借口，同时在此基础之上抽象出不同的应用类型的组件库，如基于流处理的CEP（复杂事件处理库）、SQL&Table库和基于批处理的FlinkML（机器学习库）、Gelly（图处理库）等。

API层包括构建流计算应用的DataStream API和批计算应用的DataSet API，两者都提供给用户丰富的数据处理高级API，例如Map、FlatMap操作等，同时也提供比较低级的Process Function API，用户可以直接操作状态和时间等底层数据。

Runtime核心层

该层主要负责对上层不同接口提供基础服务，也是Flink分布式计算框架的核心实现层，支持分布式Stream作业的执行、JobGraph到ExecutionGraph的映射转换、任务调度等。

物理部署层

该层主要涉及Flink的部署模式，目前Flink支持多种部署模式：本地、集群（Standalone/YARN）、云（GCE/EC2）、Kubenetes。Flink能够通过该层能够支持不同的部署，用户可以根据需要选择使用对应的部署模式

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Flink运行时组件

Flink系统主要由以下四个组件组成

• JobManager（任务管理器）
• TaskManager（作业管理器）
• ResourceManger（资源管理器）
• Dispatcher（分发器）。

Flink本身是用Java和Scala实现的，因此所有组件都基于**JVM（Java虚拟机）**运行。

Flink任务调度原理

JobManager

Flink遵循Master-Slave（主从）架构设计原则，JobManager为Master节点，TaskManager为Slave节点，并且所有组件之间的通信都借助Akka，包括任务的状态以及CheckPoint（检查点）触发等信息。

• 作为主进程（Master Process），JobManager控制着单个应用程序的执行，也就是每个应用都由一个不同的JobManager管理。
• JobManager可以接受需要执行的应用，该应用会包含一个所谓的Job Graph（任务图），即逻辑Dataflow Graph（数据流图），以及一个打包了全部所需类、库以及其他资源的JAR文件。
• JobManager将JobGraph转化为名为Execution Graph（执行图）的物理Dataflow Graph，其中包含了所有可以并发实行的任务。
• JobManager会从ResourceManager申请执行任务的必要资源——TaskManager slot，一旦它收到了足够数量的TaskManager slot，它就会将Execution Graph中的任务分发给TaskManager来执行。在执行过程中，JobManager还要负责所有需要集中协调的操作，如创建CheakPoint等。

TaskManager

• TaskManager是Flink的工作进程（Worker Process），在Flink的搭建过程中要启动多个TaskManager。每个TaskManager提供一定数量的slot（处理槽），slot的数量限制了TaskManager可执行的任务数。
• TaskManager在启动之后会向ResourceManager注册它的slot，当接收到ResourceManager的指示时，TaskManager会向JobManager提供一个或者多个slot。之后JobManager就可以向slot中分配任务来执行。
• 在执行过程中，运行同一应用的不同任务的TaskManager之间会产生数据交换。

ResourceManger

• Flink为不同的环境和资源提供者（如YARN、Kubernetes、Stand-alone）提供了不同的ResourceManger。
• ResourceManger负责管理Flink的处理资源单元——TaskManager Slot。
• 当JobManager申请TaskManager slot时，ResourceManger会指示一个拥有空闲slot的TaskManager将其slot提供给JobManager。如果ResourceManger的slot数无法满足JobManager的请求，则ResourceManger可以与资源提供者通信，让他们提供额外的容器来启动更多的TaskManager进程。同时，ResourceManger还负责终止空闲进程的TaskManager以释放计算资源。

Dispatcher

• Dispatcher在会跨多个作业运行，它提供了一个REST接口来让我们提交需要执行的应用，一旦某个应用提交执行，则Dispatcher会启动一个JobManager并将应用转交给它。

• REST接口意味着Dispatcher这一集群的HTTP入口可以受到防火墙的保护。

• Dispatcher同时还会启动一个Web UI，用来展示和监控有关作业执行的信息。

• Dispatcher并不是必需的组件，某些应用提交执行的方式可能用不到Dispatcher。

任务提交流程

任务提交流程（YARN模式）