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YARN源码分析(一)—–ApplicationMaster详解大数据

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前言

在之前两周主要学了HDFS中的一些模块知识,其中的许多都或多或少有我们借鉴学习的地方,现在将目光转向另外一个块,被誉为MRv2,就是yarn,在Yarn中,解决了MR中JobTracker单点的问题,将此拆分成了ResourceManager和NodeManager这样的结构,在每个节点上,还会有ApplicationMaster来管理应用程序的整个生命周期,的确在Yarn中,多了许多优秀的设计,而今天,我主要分享的就是这个ApplicationMaster相关的一整套服务,他是隶属于ResoureManager的内部服务中的.了解了AM的启动机制,你将会更进一步了解Yarn的任务启动过程.

ApplicationMaster管理涉及类

ApplicationMaster管理涉及到了4大类,ApplicationMasterLauncher,AMLivelinessMonitor,ApplicationMasterService,以及ApplicationMaster自身类.下面介绍一下这些类的用途,在Yarn中,每个类都会有自己明确的功能模块的区分.

1.ApplicationMasterLauncher–姑且叫做AM启动关闭事件处理器,他既是一个服务也是一个处理器,在这个类中,只处理2类事件,launch和cleanup事件.分别对应启动应用和关闭应用的情形.

2.AMLivelinessMonitor–这个类从名字上可以看出他是监控类,监控的对象是AM存活状态的监控类,检测的方法与之前的HDFS一样,都是采用heartbeat的方式,如果有节点过期了,将会触发一次过期事件.

3.ApplicationMasterService–AM请求服务处理类.AMS存在于ResourceManager,中,服务的对象是各个节点上的ApplicationMaster,负责接收各个AM的注册请求,更新心跳包信息等.

4.ApplicationMaster–节点应用管理类,简单的说,ApplicationMaster负责管理整个应用的生命周期.

简答的描述完AM管理的相关类,下面从源码级别分析一下几个流程.

AM启动

要想让AM启动,启动的背景当然是有用户提交了新的Application的时候,之后ApplicationMasterLauncher会生成Launch事件,与对应的nodemanager通信,让其准备启动的新的AM的Container.在这里,就用到了ApplicationMasterLauncher这个类,之前在上文中已经提到,此类就处理2类事件,Launch启动和Cleanup清洗事件,先来看看这个类的基本变量设置

[java] 
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  1. //Application应用事件处理器  
  2. public class ApplicationMasterLauncher extends AbstractService implements  
  3.     EventHandler<AMLauncherEvent> {  
  4.   private static final Log LOG = LogFactory.getLog(  
  5.       ApplicationMasterLauncher.class);  
  6.   private final ThreadPoolExecutor launcherPool;  
  7.   private LauncherThread launcherHandlingThread;  
  8.     
  9.   //事件队列  
  10.   private final BlockingQueue<Runnable> masterEvents  
  11.     = new LinkedBlockingQueue<Runnable>();  
  12.   //资源管理器上下文  
  13.   protected final RMContext context;  
  14.     
  15.   public ApplicationMasterLauncher(RMContext context) {  
  16.     super(ApplicationMasterLauncher.class.getName());  
  17.     this.context = context;  
  18.     //初始化线程池  
  19.     this.launcherPool = new ThreadPoolExecutor(10, 10, 1,   
  20.         TimeUnit.HOURS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>());  
  21.     //新建处理线程  
  22.     this.launcherHandlingThread = new LauncherThread();  
  23.   }  

还算比较简单,有一个masterEvents事件队列,还有执行线程以及所需的线程池执行环境。在RM相关的服务中，基本都是继承自AbstractService这个抽象服务类的。ApplicationMasterLauncher中主要处理2类事件,就是下面的展示的

[java] 
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  1. @Override  
  2.   public synchronized void  handle(AMLauncherEvent appEvent) {  
  3.     AMLauncherEventType event = appEvent.getType();  
  4.     RMAppAttempt application = appEvent.getAppAttempt();  
  5.     //处理来自ApplicationMaster获取到的请求，分为启动事件和清洗事件2种  
  6.     switch (event) {  
  7.     case LAUNCH:  
  8.       launch(application);  
  9.       break;  
  10.     case CLEANUP:  
  11.       cleanup(application);  
  12.     default:  
  13.       break;  
  14.     }  
  15.   }  

然后调用具体的实现方法，以启动事件launch事件为例

[java] 
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  1. //添加应用启动事件  
  2.   private void launch(RMAppAttempt application) {  
  3.     Runnable launcher = createRunnableLauncher(application,   
  4.         AMLauncherEventType.LAUNCH);  
  5.     //将启动事件加入事件队列中  
  6.     masterEvents.add(launcher);  
  7.   }  

这些事件被加入到事件队列之后，是如何被处理的呢，通过消息队列的形式，在一个独立的线程中逐一被执行

[java] 
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  1. //执行线程实现  
  2.   private class LauncherThread extends Thread {  
  3.       
  4.     public LauncherThread() {  
  5.       super(“ApplicationMaster Launcher”);  
  6.     }  
  7.   
  8.     @Override  
  9.     public void run() {  
  10.       while (!this.isInterrupted()) {  
  11.         Runnable toLaunch;  
  12.         try {  
  13.           //执行方法为从事件队列中逐一取出事件  
  14.           toLaunch = masterEvents.take();  
  15.           //放入线程池池中进行执行  
  16.           launcherPool.execute(toLaunch);  
  17.         } catch (InterruptedException e) {  
  18.           LOG.warn(this.getClass().getName() + ” interrupted. Returning.”);  
  19.           return;  
  20.         }  
  21.       }  
  22.     }  
  23.   }  

如果论到事件的具体执行方式，就要看具体AMLauch是如何执行的，AMLauch本身就是一个runnable实例。

[java] 
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  1. /** 
  2.  * The launch of the AM itself. 
  3.  * Application事件执行器 
  4.  */  
  5. public class AMLauncher implements Runnable {  
  6.   
  7.   private static final Log LOG = LogFactory.getLog(AMLauncher.class);  
  8.   
  9.   private ContainerManagementProtocol containerMgrProxy;  
  10.   
  11.   private final RMAppAttempt application;  
  12.   private final Configuration conf;  
  13.   private final AMLauncherEventType eventType;  
  14.   private final RMContext rmContext;  
  15.   private final Container masterContainer;  

在里面主要的run方法如下，就是按照事件类型进行区分操作

[java] 
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  1. @SuppressWarnings(“unchecked”)  
  2.   public void run() {  
  3.     //AMLauncher分2中事件分别处理  
  4.     switch (eventType) {  
  5.     case LAUNCH:  
  6.       try {  
  7.         LOG.info(“Launching master” + application.getAppAttemptId());  
  8.         //调用启动方法  
  9.         launch();  
  10.         handler.handle(new RMAppAttemptEvent(application.getAppAttemptId(),  
  11.             RMAppAttemptEventType.LAUNCHED));  
  12.       …  
  13.       break;  
  14.     case CLEANUP:  
  15.       try {  
  16.         LOG.info(“Cleaning master “ + application.getAppAttemptId());  
  17.         //调用作业清洗方法  
  18.         cleanup();  
  19.       …  
  20.       break;  
  21.     default:  
  22.       LOG.warn(“Received unknown event-type “ + eventType + “. Ignoring.”);  
  23.       break;  
  24.     }  
  25.   }  

后面的launch操作会调用RPC函数与远程的NodeManager通信来启动Container。然后到了ApplicationMaster的run()启动方法，在启动方法中，会进行应用注册的方法，

[java] 
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  1. @SuppressWarnings({ “unchecked” })  
  2.   public boolean run() throws YarnException, IOException {  
  3.     LOG.info(“Starting ApplicationMaster”);  
  4.   
  5.     Credentials credentials =  
  6.         UserGroupInformation.getCurrentUser().getCredentials();  
  7.     DataOutputBuffer dob = new DataOutputBuffer();  
  8.     credentials.writeTokenStorageToStream(dob);  
  9.     // Now remove the AM->RM token so that containers cannot access it.  
  10.     Iterator<Token<?>> iter = credentials.getAllTokens().iterator();  
  11.     while (iter.hasNext()) {  
  12.       Token<?> token = iter.next();  
  13.       if (token.getKind().equals(AMRMTokenIdentifier.KIND_NAME)) {  
  14.         iter.remove();  
  15.       }  
  16.     }  
  17.     allTokens = ByteBuffer.wrap(dob.getData(), 0, dob.getLength());  
  18.   
  19.     //与ResourceManager通信，周期性发送心跳信息，包含了应用的最新信息  
  20.     AMRMClientAsync.CallbackHandler allocListener = new RMCallbackHandler();  
  21.     amRMClient = AMRMClientAsync.createAMRMClientAsync(1000, allocListener);  
  22.     amRMClient.init(conf);  
  23.     amRMClient.start();  
  24.     …..  
  25.   
  26.     // Register self with ResourceManager  
  27.     // This will start heartbeating to the RM  
  28.     //启动之后进行AM的注册  
  29.     appMasterHostname = NetUtils.getHostname();  
  30.     RegisterApplicationMasterResponse response = amRMClient  
  31.         .registerApplicationMaster(appMasterHostname, appMasterRpcPort,  
  32.             appMasterTrackingUrl);  
  33.     // Dump out information about cluster capability as seen by the  
  34.     // resource manager  
  35.     int maxMem = response.getMaximumResourceCapability().getMemory();  
  36.     LOG.info(“Max mem capabililty of resources in this cluster “ + maxMem);  
  37.   
  38.     // A resource ask cannot exceed the max.  
  39.     if (containerMemory > maxMem) {  
  40.       LOG.info(“Container memory specified above max threshold of cluster.”  
  41.           + ” Using max value.” + “, specified=” + containerMemory + “, max=”  
  42.           + maxMem);  
  43.       containerMemory = maxMem;  
  44.     }  

在这个操作中，会将自己注册到AMLivelinessMonitor中，此刻开始启动心跳监控。

AMLiveLinessMonitor监控

在这里把重心从ApplicationMaster转移到AMLivelinessMonitor上，首先这是一个激活状态的监控线程，此类线程都有一个共同的父类

[java] 
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  1. //应用存活状态监控线程  
  2. public class AMLivelinessMonitor extends AbstractLivelinessMonitor<ApplicationAttemptId> {  

在AbstractlinessMonitor中定义监控类线程的一类特征和方法

[java] 
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  1. //进程存活状态监控类  
  2. public abstract class AbstractLivelinessMonitor<O> extends AbstractService {  
  3.   
  4.   private static final Log LOG = LogFactory.getLog(AbstractLivelinessMonitor.class);  
  5.   
  6.   //thread which runs periodically to see the last time since a heartbeat is  
  7.   //received.  
  8.   //检查线程  
  9.   private Thread checkerThread;  
  10.   private volatile boolean stopped;  
  11.   //默认超时时间5分钟  
  12.   public static final int DEFAULT_EXPIRE = 5*60*1000;//5 mins  
  13.   //超时时间  
  14.   private int expireInterval = DEFAULT_EXPIRE;  
  15.   //监控间隔检测时间，为超时时间的1/3  
  16.   private int monitorInterval = expireInterval/3;  
  17.   
  18.   private final Clock clock;  
  19.     
  20.   //保存了心跳检验的结果记录  
  21.   private Map<O, Long> running = new HashMap<O, Long>();  

心跳检测本身非常的简单，做一次通信记录检查，然后更新一下，记录时间，当一个新的节点加入监控或解除监控操作

[java] 
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  1. //新的节点注册心跳监控  
  2.   public synchronized void register(O ob) {  
  3.     running.put(ob, clock.getTime());  
  4.   }  
  5.     
  6.   //节点移除心跳监控  
  7.   public synchronized void unregister(O ob) {  
  8.     running.remove(ob);  
  9.   }  

每次做心跳周期检测的时候，调用下述方法

[java] 
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  1. //更新心跳监控检测最新时间  
  2.   public synchronized void receivedPing(O ob) {  
  3.     //only put for the registered objects  
  4.     if (running.containsKey(ob)) {  
  5.       running.put(ob, clock.getTime());  
  6.     }  
  7.   }  

非常简单的更新方法，O ob对象在这里因场景而异，在AM监控中，为ApplicationID应用ID。在后面的AMS和AM的交互中会看到。新的应用加入AMLivelinessMonitor监控中后，后面的主要操作就是AMS与AM之间的交互操作了。

AM与AMS

在ApplicationMaster运行之后，会周期性的向ApplicationMasterService发送心跳信息，心跳信息包含有许多资源描述信息。

[java] 
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  1. //ApplicationMaster心跳信息更新  
  2.   @Override  
  3.   public AllocateResponse allocate(AllocateRequest request)  
  4.       throws YarnException, IOException {  
  5.   
  6.     ApplicationAttemptId appAttemptId = authorizeRequest();  
  7.     //进行心跳信息时间的更新  
  8.     this.amLivelinessMonitor.receivedPing(appAttemptId);  
  9.     ….  

每次心跳信息一来，就会更新最新监控时间。在AMS也有对应的注册应用的方法

[java] 
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  1. //ApplicationMaster在ApplicationMasterService上服务上进行应用注册  
  2. @Override  
  3. public RegisterApplicationMasterResponse registerApplicationMaster(  
  4.     RegisterApplicationMasterRequest request) throws YarnException,  
  5.     IOException {  
  6.   
  7.   ApplicationAttemptId applicationAttemptId = authorizeRequest();  
  8.   
  9.   ApplicationId appID = applicationAttemptId.getApplicationId();  
  10.   …..  
  11.       
  12.     //在存活监控线程上进行心跳记录，更新检测时间，key为应用ID  
  13.     this.amLivelinessMonitor.receivedPing(applicationAttemptId);  
  14.     RMApp app = this.rmContext.getRMApps().get(appID);  
  15.       
  16.     // Setting the response id to 0 to identify if the  
  17.     // application master is register for the respective attemptid  
  18.     lastResponse.setResponseId(0);  
  19.     responseMap.put(applicationAttemptId, lastResponse);  
  20.     LOG.info(“AM registration “ + applicationAttemptId);  
  21.     this.rmContext  

如果在心跳监控中出现过期的现象，就会触发一个expire事件，在AMLiveLinessMonitor中，这部分的工作是交给CheckThread执行的

[java] 
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?

  1. //进程存活状态监控类  
  2. public abstract class AbstractLivelinessMonitor<O> extends AbstractService {  
  3.   …  
  4.   //thread which runs periodically to see the last time since a heartbeat is  
  5.   //received.  
  6.   //检查线程  
  7.   private Thread checkerThread;  
  8.   ….  
  9.   //默认超时时间5分钟  
  10.   public static final int DEFAULT_EXPIRE = 5*60*1000;//5 mins  
  11.   //超时时间  
  12.   private int expireInterval = DEFAULT_EXPIRE;  
  13.   //监控间隔检测时间，为超时时间的1/3  
  14.   private int monitorInterval = expireInterval/3;  
  15.   ….  
  16.   //保存了心跳检验的结果记录  
  17.   private Map<O, Long> running = new HashMap<O, Long>();  
  18.   …  
  19.   
  20.   private class PingChecker implements Runnable {  
  21.   
  22.     @Override  
  23.     public void run() {  
  24.       while (!stopped && !Thread.currentThread().isInterrupted()) {  
  25.         synchronized (AbstractLivelinessMonitor.this) {  
  26.           Iterator<Map.Entry<O, Long>> iterator =   
  27.             running.entrySet().iterator();  
  28.   
  29.           //avoid calculating current time everytime in loop  
  30.           long currentTime = clock.getTime();  
  31.   
  32.           while (iterator.hasNext()) {  
  33.             Map.Entry<O, Long> entry = iterator.next();  
  34.             //进行超时检测  
  35.             if (currentTime > entry.getValue() + expireInterval) {  
  36.               iterator.remove();  
  37.               //调用超时处理方法，将处理事件交由调度器处理  
  38.               expire(entry.getKey());  
  39.               LOG.info(“Expired:” + entry.getKey().toString() +   
  40.                       ” Timed out after “ + expireInterval/1000 + ” secs”);  
  41.             }  
  42.           }  
  43.         }  

check线程主要做的事件就是遍历每个节点的最新心跳更新时间，通过计算差值进行判断是否过期，过期调用expire方法。此方法由其子类实现

[java] 
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  1. //应用存活状态监控线程  
  2. public class AMLivelinessMonitor extends AbstractLivelinessMonitor<ApplicationAttemptId> {  
  3.   //中央调度处理器  
  4.   private EventHandler dispatcher;  
  5.   …  
  6.   
  7.   @Override  
  8.   protected void expire(ApplicationAttemptId id) {  
  9.      //一旦应用过期，处理器处理过期事件处理  
  10.     dispatcher.handle(  
  11.         new RMAppAttemptEvent(id, RMAppAttemptEventType.EXPIRE));  
  12.   }  
  13. }  

产生应用超期事件，然后发给中央调度器去处理。之所以采用的这样的方式，是因为在RM中，所有的模块设计是以事件驱动的形式工作，最大程度的保证了各个模块间的解耦。不同模块通过不同的事件转变为不同的状态，可以理解为状态机的改变。最后用一张书中的截图简单的展示AM模块相关的调用过程。

YARN源码分析(一)-----ApplicationMaster详解大数据

全部代码的分析请点击链接https://github.com/linyiqun/hadoop-yarn,后续将会继续更新YARN其他方面的代码分析。

参考文献

《Hadoop技术内部–HDFS结构设计与实现原理》.蔡斌等

原创文章，作者：奋斗，如若转载，请注明出处：https://blog.ytso.com/9189.html

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