如何编写YARN应用程序

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1.     概述

YARN是一个资源管理系统,负责集群资源的管理和分配。如果想要将一个新的应用程序运行在YARN之上,通常需要编写两个组件:客户端和 ApplicationMaster。由于这两个组件编写非常复杂,尤其ApplicationMaster,需要考虑RPC调用、任务容错等细节,所 以,往往由专业的开发人员编写这两个组件,并提供给上层的应用程序用户使用。如果大量应用程序可抽象成一种通用框架,那么只需实现一个客户端和一个 ApplicationMaster,然后让所有应用程序重用这两个组件即可,比如MapReduce是一种通用的计算框架,YARN已经为其实现了一个 直接可以使用的客户端—MRClientService和ApplicationMaster—MRAppMaster。

本文主要介绍了如何让一种新的应用程序,或者新的计算框架,运行于YARN之上。正如前面介绍的,用户需要编写两个组件完成该任务:客户端和 ApplicationMaster,其中,客户端负责向ResourceManager提交ApplicationMaster,并查询应用程序运行状 态,ApplicationMaster负责向ResourceManager申请资源(以Container形式表示),并与NodeManager通 信以启动各个Container,此外,ApplicationMaster还负责监控各个任务运行状态,并在失败是为其重新申请资源。

2.     YARN Appcalition涉及到的RPC协议和主要编写步骤

(1) 涉及到的RPC协议

通常而言,编写一个YARN Appcalition涉及到3个RPC协议,分别为:

1)  ClientRMProtocol(Client<–>ResourceManager)

Client通过该协议将应用程序提交到ResourceManager上、查询应用程序的运行状态或者杀死应用程序等。

2)  AMRMProtocol(ApplicationMaster<–>ResourceManager)

ApplicationMaster使用该协议向ResourceManager注册、申请资源以运行自己的各个任务。

3)  ContainerManager(ApplicationMaster<–> NodeManager)

ApplicationMaster使用该协议要求NodeManager启动/撤销Container,或者获取各个container的运行状态。

(2)客户端编写流程

步骤1 Client通过RPC函数ClientRMProtocol#getNewApplication从ResourceManager中获取唯一的application ID

步骤2  Client通过RPC函数ClientRMProtocol#submitApplication将ApplicationMaster提交到ResourceManager上。

(3)ApplicationMaster编写流程

步骤1 ApplicationMaster通过RPC函数AMRMProtocol#registerApplicationMaster向ResourceManager注册。

步骤2 ApplicationMaster通过RPC函数AMRMProtocol#allocate向ResourceManager申请资源(以Container形式表示)。

步骤3 ApplicationMaster通过RPC函数ContainerManager#startContainer要求对应的NodeManager启动Container。

ApplicationMaster重复步骤2~3,直到所有任务运行成功。

另外,在应用程序运行过程中,用户可使用ClientRMProtocol#getApplicationReport 查询应用程序运行状态,也可以使用ClientRMProtocol#forceKillApplication将应用程序杀死。

3.   编写YARN Appcalition详细步骤介绍

(1)客户端编写流程

客户端通常只需与ResourceManager交互,期间涉及到多个数据结构和一个RPC协议,具体如下:

步骤1 获取ApplicationId。客户端通过RPC协议ClientRMProtocol向ResourceManager发送应用程序提交请求 GetNewApplicationRequest,ResourceManager为其返回应答GetNewApplicationResponse, 该数据结构中包含多种信息,包括ApplicationId、可资源使用上限和下限等。

步骤2 提交ApplicationMaster。将启动ApplicationMaster所需的所有信息打包到数据结构ApplicationSubmissionContext中,主要包括以下几种信息:

(1) application id

(2) application 名称

(3) application优先级

(4) application 所属队列

(5) application 启动用户名

(6)  ApplicationMaster对应的Container信息,包括:启动ApplicationMaster所需各种文件资源、jar包、环境变量、启动命令、运行ApplicationMaster所需的资源(主要指内存)等。

客户端调用ClientRMProtocol#submitApplication(ApplicationSubmissionContext)将ApplicationMaster提交到ResourceManager上。

(ResourceManager收到请求后,会为ApplicationMaster寻找合适的节点,并在该节点上启动它)。

客户端可通过多种方式查询应用程序的运行状态,其中一种是调用RPC函数 ClientRMProtocol#getApplicationReport获取一个应用程序当前运行状况报告,该报告内容包括应用程序名称、所属用 户、所在队列、ApplicationMaster所在节点、一些诊断信息、启动时间等。

(2)编写ApplicationMaster

ApplicationMaster需要与ResoureManager和NodeManager交互,以申请资源和启动Container,期间涉及到多个数据结构和两个RPC协议。具体步骤如下:

步骤1 注册。ApplicationMaster首先需通过RPC协议AMRMProtocol向ResourceManager发送注册请求 RegisterApplicationMasterRequest,该数据结构中包含ApplicationMaster所在节点的host、RPC port和TrackingUrl等信息,而ResourceManager将返回 RegisterApplicationMasterResponse,该数据结构中包含多种信息,包括该应用程序的ACL列表、可资源使用上限和下限 等。

步骤2 申请资源。根据每个任务的资源需求,ApplicationMaster可向ResourceManager申请一系列用于运行任务的 Container,ApplicationMaster使用ResourceRequest类描述每个Container(一个container只能 运行一个任务):

1)    Hostname        期望Container所在的节点,如果是“*”,表示可以为任意节点。

2)    Resource capability          运行该任务所需的资源量,当前仅支持内存资源。

3)    Priority     任务优先级。一个应用程序中的任务可能有多种优先级,ResourceManager会优先为高优先级的任务分配资源。

4)    numContainers        符合以上条件的container数目。

一旦为任务构造了Container后,ApplicationMaster会使用RPC函数AMRMProtocol#allocate向 ResourceManager发送一个AllocateRequest对象,以请求分配这些Container,AllocateRequest中包含 以下信息:

1)Requested containers                  所需的Container列表

2)Released containers            有些情况下,比如有些任务在某些节点上失败过,则ApplicationMaster不想再在这些节点上运行任务,此时可要求释放这些节点上的Container。

3)Progress update information      应用程序执行进度

4)ResponseId                   RPC响应ID,每次调用RPC,该值会加1。

ResourceManager会为ApplicationMaster返回一个AllocateResponse对象,该对象中主要信息包含在AMResponse中:

1)reboot                   ApplicationMaster是否需要重新初始化.当ResourceManager端出现不一致状态时,会要求对应的ApplicationMaster重新初始化。

2)Allocated Containers  新分配的container列表。

3)Completed Containers        已运行完成的container列表,该列表中包含运行成功和未成功的Container,ApplicationMaster可能需要重新运行那些未运行成功的Container。

ApplicationMaster会不断追踪已经获取的container,且只有当需求发生变化时,才允许重新为Container申请资源。

步骤3 启动Container。当ApplicationMaster(从ResourceManager端)收到新分配的Container列表后,会使用 RPC函数ContainerManager#startContainer向对应的NodeManager发送 ContainerLaunchContext以启动Container,ContainerLaunchContext包含以下内容:

1)ContainerId                   Container id

2)Resource     该Container可使用的资源量(当前仅支持内存)

3)User    Container所属用户

4)Security tokens   安全令牌,只有持有该令牌才可启动container

5)LocalResource    运行Container所需的本地资源,比如jar包、二进制文件、其他外部文件等。

6)ServiceData         应用程序可能使用其他外部服务,这些服务相关的数据通过该参数指定。

6)Environment        启动container所需的环境变量

7)command    启动container的命令

ApplicationMaster会不断重复步骤2~3,直到所有任务运行成功,此时,它会调用AMRMProtocol#finishApplicationMaster,以告诉ResourceManage自己运行结束。

【注意】 整个运行过程中,ApplicationMaster需通过心跳与ResourceManager保持联系,这是因为,如果一段时间内(默认是 10min),ResourceManager未收到ApplicationMaster信息,则认为它死掉了,会重新调度或者让其失败。通常而 言,ApplicationMaster周期性调用RPC函数AMRMProtocol#allocate向其发送空的AllocateRequest请 求即可。

4.   总结

编写一个兼具高容错性和高性能的ApplicationMaster是非常不容易的,在后面几篇博文中,我将介绍YARN中提供的两个 ApplicationMaster实现,一个是非常简单,通常用作示例的dsitributedshell,另一个是MapReduce计算框架对应的 ApplicationMaster—MRAppMaster。

5.   参考资料

http://hadoop.apache.org/docs/r2.0.0-alpha/hadoop-yarn/hadoop-yarn-site/WritingYarnApplications.html

原文: http://dongxicheng.org/mapreduce-nextgen/how-to-write-an-yarn-applicationmaster/

作者:Dong,作者介绍:http://dongxicheng.org/about/



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