Hadoop之YARN原理解析
PM小曹2021-04-19 18:07
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Hadoop是一个能够对大量数据进行分布式处理的软件框架。具有可靠、高效、可伸缩的特点。
HDFS：全称为Hadoop分布式文件系统（Hadoop Distributed File System）,提供了高吞吐量的访问应用程序数据。Hadoop YARN：Hadoop集群资源管理框架（Yet Another Resource Negotiator）,用于作业调度和集群资源管理。Hadoop MapReduce：基于YARN的大数据集的并行处理系统。Hadoop Common：支持其他Hadoop模块的通用功能，包括序列化、Java RPC和持久化数据结构等。Ambari：是一个部署、管理和监视Apache Hadoop集群的开源框架。Hbase：可扩展的分布式列式数据库，支持大表的结构化存储。Hive：分布式数据仓库系统，提供基于类SQL的查询语言。Mathout：机器学习和数据挖掘领域经典算法的实现。Pig：一个高级数据流语言和执行环境，用来检索海量数据集。Spark：一个快速和通用的计算引擎。Spark提供了一个简单而富有表现力的编程模型，支持多种应用，包括ETL、机器学习、数据流处理和图形计算。Sqoop：在关系型数据库与Hadoop系统之间进行数据传输的工具。Tez：是从MapReduce计算框架演化而来的通用DAG计算框架，可作为MapReduce/Pig/Hive等系统的底层数据处理引擎，它天生融入Hadoop2.0的资源管理平台YARN。Zookeeper：提供Hadoop集群高性能的分布式的协调服务。以下就YARN展开进行详解。
一、YARN简介
YARN（Yet Another Resource Negotiator）是一个通用的资源管理平台，可为各类计算框架提供资源的管理和调度。YARN可以将多种计算框架（如离线处理MapReduce、在线处理的Storm、内存计算框架Spark等）部署到一个公共集群中，共享集群的资源，并提供如下功能。
（1）资源的统一管理和调度：集群中所有节点的资源（内存、CPU、磁盘、网络等）抽象为Container。在资源进行运算任务时，计算框架需要向YARN申请Container，YARN按照策略对资源进行调度，进行Container的分配。
（2）资源隔离：YARN使用了轻量级资源隔离机制Cgroup进行资源隔离，以避免相互干扰，一旦Container使用的资源量超过事先定义的上限值，就将其杀死。
YARN可以被看作是一个云操作系统，由一个ResourceManager和多个NodeManager组成，它负责管理所有NodeManger上多维度资源，并以Container（启动一个Container相当于启动一个进程）方式分配给应用程序启动ApplicationMaster（相当于主进程中运行逻辑）或运行ApplicationMaster切分的各Task（相当于子进程中运行逻辑）。
二、YARN体系架构
YARN是Master/Slave结构，主要由ResourceManager、NodeManager、ApplicationMaster和Container等几个组件构成。YARN架构如下所示。
ResourceManager（RM）：负责对各NM上的资源进行统一管理和调度。给AM分配空闲的Container并监控其运行状态。对AM申请的资源请求分配相应的空闲Container。其主要由两个组件构成：调度器和应用程序管理器。调度器（Scheduler）：调度器根据容量、队列等限制条件，将系统中的资源分配给各个正在运行的应用程序。调度器仅根据各个应用程序的资源需求进行资源分配，而资源分配单位是Container，从而限定每个任务使用的资源量。应用程序管理器（Applications Manager）：应用程序管理器负责管理整个系统中所有的应用程序，包括应用程序提交，与调度器协商资源以启动AM，监控AM运行状态并在失败时重新启动等。NodeManager（NM）：NM是每个节点上的资源和任务管理器。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；同时会接收并处理来自AM的Container启动/停止等请求。ApplicationMaster（AM）：用户提交的应用程序均包含一个AM，负责应用的监控，跟踪应用执行状态，重启失败任务等。Container：Container封装了某个节点上的多维度资源，如内存、CPU、磁盘、网络等，是YARN对资源的抽象。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。三、YARN调度模型
YARN资源调度模型YARN提供了一个资源管理平台能够将集群中的资源统一进行管理。所有节点上的多维度资源都会根据申请抽象为一个个Container。
YARN采用了双层资源调度模型：
RM中的资源调度器将资源分配给各个AM：资源分配过程是异步的。资源调度器将资源分配给一个应用程序后，不会立刻push给对应的AM，而是暂时放到一个缓冲区中，等待AM通过周期性的心跳主动来取；
AM领取到资源后再进一步分配给它内部的各个任务：不属于YARN平台的范畴，由用户自行实现。YARN目前采用的资源分配算法有三种。
（1）先来先调度FIFO：先按照优先级高低调度，如优先级相同则按照提交时间先后顺序调度，如提交时间相同则按照队列名或Application ID比较顺序调度。
（2）公平调度FAIR：该算法的思想是尽可能地公平调度，即已分配资源量少的优先级高。
（3）主资源公平调度DRF：该算法扩展了最大最小公平算法，使之能够支持多维资源，算法是配置资源百分比小的优先级高。
四、YARN的优缺点和使用场景
YARN使用了轻量级资源隔离机制Cgroups进行资源隔离以避免资源之间相互干扰，实现对CPU和内存两种资源的隔离。YARN上可以运行各种应用类型的计算框架，包括离线计算MapReduce、DAG计算框架Tez、基于内存的计算框架SPARK、实时计算框架Storm等。支持先进先出FIFO、公平调度FAIR、主资源公平调度DRF等分配算法。支持多租户资源调度，包括支持资源按比例分配、支持层级队列划分和支持资源抢占。
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