YARN 设计理念与基本架构

YARN 的基本组成结构

一. ResourceManager

ResourceManager 是一个全局的资源管理器，负责整个集群的资源管理和分配。它主要由两个组件构成：调度器（Scheduler）和应用程序管理器（Applications Master，ASM）。

①调度器 该调度器是一个 "纯调度器"，不再参与任何与具体应用程序逻辑相关的工作，而仅根据各个应用程序的资源需求进行分配，资源分配的单位用一个资源抽象概念 "Container" 来表示。Container 封装了内存和 CPU。此外，调度器是一个可插拔的组件，用户可根据自己的需求设计新的调度器，YARN 自身提供了 Fair Scheduler 和 Capacity Scheduler。

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，包括应用程序的提交、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。

二. ApplicationMaster

用户提交的每个 Application 都要包含一个 ApplicatioNMaster，主要功能包括：

• 向 RM 调度器申请资源（用 Container 表示）
• 将从 RM 分配的资源分配给 Applcation 内部的任务
• 与 NM 通信请求 启动/停止 任务
• 监控所有任务的运行状态，并在失败时重新为任务申请资源以重启任务

三. NodeManager

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 等各种命令。

四. Container

Container 是 YARN 中资源抽象，它封装了某个节点上的内存和 CPU，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 是使用轻量级资源隔离机制 Cgroups 进行资源隔离的。

YARN 通信协议

在 YARN 中，任何两个需要相互通信的组件之间仅有一个 RPC 协议，而对于任何一个 RPC 协议，通信双方有一端是 Client，另一端是 Server，且 Client 总是主动连接 Server。YARN 中有以下几个主要的 RPC 协议：

• JobClient 与 RM 之间的协议：ApplicationClientProtocol，JobClient 通过该 RPC 协议提交应用程序、查询应用程序状态等
• Admin（管理员）与 RM 之间的协议：ResourceManagerAdministrationProtocol，Admin 通过该 RPC 协议更新系统配置文件，比如节点黑白名单、用户队列权限等
• AM 与 RM 之间的协议：ApplicationMasterProtocol，AM 通过该 RPC 协议向 RM 注册并撤销自己，并为各个人物申请资源
• NM 与 RM 之间的协议：ResourceTracker，NM 通过该协议向 RM 注册，并定时发送心跳信息汇报当前节点的资源使用情况和 Container 运行情况，并接收来自 AM 的命令
• AM 与 NM 之间的协议：ContainerManagermentProtocol，AM 通过该 RPC 协议要求 NM 启动或者停止 Container

YARN 工作流程

YARN 的工作流程如上所示：

1. Client 向 YARN 提交应用程序，其中包括 ApplicationMaster 程序及启动 ApplicationMaster 的命令
2. ResourceManager 为该 ApplicationMaster 分配第一个 Container，并与对应的 NodeManager 通信，要求它在这个 Container 中启动应用程序的 ApplicationMaster
3. ApplicationMaster 首先向 ResourceManager 注册
4. ApplicationMaster 为 Application 的任务申请并领取资源
5. 领取到资源后，要求对应的 NodeManager 在 Container 中启动任务
6. NodeManager 收到 ApplicationMaster 的请求后，为任务设置好运行环境（包括环境变量、JAR 包、二进制程序等），将任务启动脚本写到一个脚本中，并通过运行该脚本启动任务
7. 各个任务通过 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，从而可以在失败时重启任务
8. 应用程序完成后，ApplicationMaster 向 ResourceManager 注销并关闭自己

需要注意的是，实际情况中，集群可能并没有那么多资源来满足 ApplicationMaster 的资源请求，这是 ApplicationMaster 会采用轮循的方式不断申请资源，直到申请到资源或 Application 结束为止。

参考：《Hadoop 技术内幕：深入解析 YARN 架构设计与实现原理》