YARN原理
一、YARN是什么
- 概述：yarn是一个资源调度平台，负责为运算的程序提供运算所需的资源，相当于一个分布式的操作系统，而MapReduce就相当于运行在操作系统上的一个应用程序。
- 来由：yarn是hadoop2.0加入的一个框架，用来取代hadoop1.0中的 JobTracker。
二、为什么要YARN
2.1 第一代Hadoop如何运行
- 组成：众所周知，yarn是hadoop2.0版本加入的。而hadoop1.0版本由分布式文件系统HDFS，分布式计算框架MapReduce组成。HDFS由一个NameNode和多个DataNode组成；MapReduce由一个JobTracker和多个TaskTracker组成。
- 运行：当client提交作业后，JobTracker会将作业加入队列并调度，默认调度规则是FIFO；TaskTracker会主动向JobTracker询问是否有任务可做(心跳机制)，这个任务可以是map任务也可以是reduce任务；申请到任务后，TaskTracker会拷贝代码和任务信息到本地，并启动JVM运行；任务运行的过程中。首先将自己的状态汇报给TaskTracker，然后由TaskTracker告知JobTracker；JobTracker在接收最后一个任务完成后才算完成，并清理临时数据。
2.2 JobTracker的缺点
- 单点故障：与HDFS中的NameNode类似，JobTracker是集群事务的集中处理点，存在单点故障；
- 任务集中：JobTracker既要负责资源管理，又要负责作业调度，以及job和task的状态；
- 资源调度不周全(OOM)：在TaskTracker端，用map/reduce task作为资源的表示过于简单，没有考虑CPU、内存等资源的情况；如果把两个需要消耗大内存的task调度到一起，就很容易出现OOM；
- 资源利用不足(slot)：每个job申请资源以slot为单位。并且map task使用map slot，reduce task使用reduce slot，容易造成资源利用不足。
三、YARN的组成
3.1 ResourceManager
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由来：yarn将 JobTracker的资源管理和作业控制功能分开，分别由ResourceManager和ApplicationMaster来实现。
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组成：
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调度器 Scheduler：负责给application分配资源，只是根据资源的使用情况进行调度；周期性的接收来自nodemanager的资源使用率的监控信息；调度方式有FIFO、Capacity Scheduler、 Fair Scheduler等，也可以自定义。
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应用程序管理器 ApplicationsManager(AsM)：负责处理client提交的job，以及协商第一个container，以供ApplicationMaster(AM)运行；管理系统中所有AM的生命周期，并在AM失败后重启AM。
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作用：ResourceManager（RM）负责全局所有应用程序的资源分配。RM会跟踪集群中有多少活动的节点和资源，协调用户提交的那些应用程序(Job)应该在何时获取这些资源。RM是唯一拥有这些信息的进程。
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高可用：RM与NameNode一样，也存在单点故障问题，但是目前还没有很好的实现，不过CDH4.4之后实现了一个简单的高可用，与NameNode的HA类似。
3.2 ApplicationMaster
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作用：ApplicationMaster（AM）仅负责一个应用程序 (Job)内的所有任务的执行，包括监视任务、重启失败的任务等。AM可以在容器内运行任何类型的任务。例如MapReduce ApplicationMaster请求一容器来启动map和reduce任务，而Giraph AM请求一个容器来运行Giraph任务。也可以自定义。
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中间人：AM负责向ResourceManager索要NodeManager执行任务所需的资源容器，起到中间人的作用；以及跟踪这些资源的使用情况，和任务进度的监控。
3.3 NodeManager
- 来由：NodeManager是TaskTracker的一种更加普通和高效的版本。没有固定数量的map/reduce slot，而是拥有许多动态创建的资源容器(Container)。
- 作用：NodeManager（NM）是客户端框架。负责Container，监控它们的资源使用并上报给RM；只会监视资源，不会监视任务；
- 资源本地化：在启动container时，NM会设置一些必要的环境变量，以及将container运行所需的jar包、文件等从HDFS下载到本地。
3.3.1 Container
- 作用：Container是yarn中对系统资源的抽象，同时它也是系统分配资源的基本单位；与MRv1中slot不同的是，container是一个动态的资源划分单位，其里边描述的CPU、内存等资源是根据实际应用程序的需求而变的，而slot是一个静态的资源抽象单位；Container是AM、Map/Reduce Task的运行容器。
四、YARN的运行过程
4.1 YARN可以运行的分布式应用程序：
- YARN的可扩展性：ResourceManager、NodeManager和Container都不关心应用程序的类型，所有特定于应用程序框架的代码都会转移到ApplicationMaster，以便任何分布式框架都可以受yarn支持。
- 可运行的应用程序：得益于YARN的可扩展性，Hadoop YARN集群可以运行许多不同类型的分布式分布式计算模型，例如：MapReduce、Giraph、Storm、Spark等。
4.2 运行过程（以MapReduce为例）
- 首先由driver向resourcemanager提交请求运行一个job的命令：job.waitForCompletion()；
- RM同意后，返回给client一个jobid和存储切片、jar文件的位置；
- client根据返回的信息将切片和jar文件上传到hdfs的指定位置中，都是临时文件；
- drive申请一个容器，运行AM进程。RM同意后，生成容器任务，放进资源队列；
- 当任务开始执行时，创建任务容器，MRAppMaster加载任务信息；
- driver发送启动命令，运行程序，MRAppMaster接收命令，加载配置信息；
- 并向RM申请container运行mapTask；
- mapTask领到资源后，根据MRAppMaster加载的任务信息，下载jar包和切片，配置文件等；
- 运行mapTask；
- 当MapTask运行结束后，MRAppMaster向RM申请新的容器，运行reduceTask；
- reduceTask开始运行；
- 当所有的任务执行完毕后，MRAppMaster向RM注销本次job，并退出程序。
4.3 流程图
- 步骤1：用户向Yarn提交应用程序，其中包括用户程序、相关文件、启动ApplicationMaster命令、ApplicationMaster程序等。
- 步骤2：ResourceManager为该应用程序分配第一个Container，并且与Container所在的NodeManager通信，并且要求该NodeManager在这个Container中启动应用程序对应的ApplicationMaster。
- 步骤3：ApplicationMaster首先会向ResourceManager注册，这样用户才可以直接通过ResourceManager查看到应用程序的运行状态，然后它为准备为该应用程序的各个任务申请资源，并监控它们的运行状态直到运行结束，即重复后面4~7步骤。
- 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。
- 步骤5：一旦ApplicationMaster申请到资源后，便会与申请到的Container所对应的NodeManager进行通信，并且要求它在该Container中启动任务。
- 步骤6：任务启动。NodeManager为要启动的任务配置好运行环境，包括环境变量、JAR包、二进制程序等，并且将启动命令写在一个脚本里，通过该脚本运行任务。
- 步骤7：各个任务通过RPC协议向其对应的ApplicationMaster汇报自己的运行状态和进度，以让ApplicationMaster随时掌握各个任务的运行状态，从而可以再任务运行失败时重启任务。
- 步骤8：应用程序运行完毕后，其对应的ApplicationMaster会向ResourceManager通信，要求注销和关闭自己。