大数据008——YARN

1. YARN概述

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。

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是slave。Resourcemanager负责对各个nademanger上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。

2. YARN产生背景

在hadoop 1.x版本中MapReduce架构如下图所示：

存在如下缺点：

• JobTracker单点故障；
• 不易扩展：JobTracker兼具资源调度和作业调度双重职责，在任务较多时内存开销会很大。当节点数达到4000，任务数达到40000时，MapReduce 1.x 将遇到可扩展性瓶颈；
• 资源划分不合理：MapReduce 1.x中资源是以slot为分配的基本单元，并被划分为map slot和reduce slot。一个map slot仅能用于运行一个map任务，同样一个reduce slot仅能运行一个reduce任务。

3. YARN基本服务组件

​ YARN的基本组成结构，YARN主要由ResourceManager、NodeManager、ApplicationMaster和Container等几个组件构成。

3.1 ResourceManager（RM）

​ RM是一个全局的资源管理器，集群只有一个，负责整个系统的资源管理和分配，包括处理客户端请求、启动/监控APP master、监控nodemanager、资源的分配与调度。它主要由两个组件构成：调度器（Scheduler）和应用程序管理器（Applications Manager，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。

（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。

3.2 ApplicationMaster（AM）

​ Nodemanager整个集群有多个，负责每个节点上的资源和使用。功能：

• 单个节点上的资源管理和任务；
• 处理来自于resourcemanager的命令；
• 处理来自域app master的命令。

​ Nodemanager管理着抽象容器，这些抽象容器代表着一些特定程序使用针对每个节点的资源。Nodemanager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（cpu和内存等资源）。

3.3 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。

3.4 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。目前为止，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。

4. 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。

如下图所示，YARN的工作流程分为以下几个步骤：

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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。

5. 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。

6. 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。

7. 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。

8. 步骤8——应用程序运行完成后，ApplicationMaster向ResourceManager注销并关闭自己。