深入理解 Hadoop （五）YARN核心工作机制浅析

概述

YARN 的核心设计理念是 服务化（Service） 和 事件驱动（Event + EventHandler）。服务化和事件驱动软件设计思想的引入，使得 YARN 具有低耦合、高内聚的特点，各个模块只需完成各自功能，而模块之间则采用事件联系起来，系统设计简单且维护方便。这种编程方式具有异步、并发等特点，更加高效，更适合大型分布式系统。

YARN Service 服务

对于生命周期较长的对象，YARN 采用了基于服务的对象管理模型对其进行管理，该模型主要有以下几个特点：
将每个被服务化的对象分为 4 个状态：NOTINITED（被创建）、INITED（已初始化）、STARTED（已启动）、STOPPED（已停止）。
任何服务状态变化都可以触发另外一些动作。
可通过组合的方式对任意服务进行组合，以便进行统一管理。

public class ResourceManager extends CompositeService implements Recoverable, ResourceManagerMXBean {
}

public class NodeManager extends CompositeService implements EventHandler<NodeManagerEvent>, NodeManagerMXBean {
}

public class CompositeService extends AbstractService {
    // 服务集合
    private final List<Service> serviceList = new ArrayList<Service>();
}

public abstract class AbstractService implements Service {
}

ResourceManager 继承关系图

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service 定义

Service 的主要逻辑位于 serviceInt()、serviceStart()、serviceStop() 等方法中。
Service 用到了组合模式 + 装饰者模式。

public interface Service extends Closeable {
    public enum STATE {
        NOTINITED(0, "NOTINITED"),
        INITED(1, "INITED"),
        STARTED(2, "STARTED"),
        STOPPED(3, "STOPPED");
    }
    // 服务初始化
    void init(Configuration config);
    // 服务启动
    void start();
    // 服务停止
    void stop();
    // 服务关闭
    void close() throws IOException;
}

ResourceManager 的内部构成

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NodeManager 的内部构成

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YARN AsyncDispatcher 事件驱动机制详解

其他的组件提交事件到这个 AsyncDispatcher，内部通过一个队列来缓冲，然后 AsyncDispatcher 的内部还有一个消费线程，获取队列中的事件，然后做分发到事件和事件处理器的注册表中，去根据事件找到事件处理器，调用事件处理器的 handle 方法来完成事件处理。
异步：这个异步组件的内部，必然包含一个队列和一个消费线程。
AsyncDispatcher：异步事件驱动模型的中央事件调度器，所以它的内部，注册了很多的<Event + EventHandler> 事件处理二元组。
YARN 采用了基于事件驱动的异步通信模型，该模型能够大大增强并发性，从而提高系统整体性能。为了构建该模型，YARN 将各种处理逻辑抽象成事件和对应事件调度器，并将每类事件的处理过程分割成多个步骤，用有限状态机表示。
AsycDispatcher 是 YARN 的中央异步调度器/ 全局事件分发器。在 ResourceManager 中，几乎所有的事件都通过 AsyncDispatcher 进行事件的派发。当一个组件提交一个事件给 AsyncDispatcher 的时候，AsyncDispatcher 负责给这个事件找到之前注册的 EventHandler 来完成响应的处理。某些特别的 EventHandler 可能是一个 StateMachine。
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整个处理过程大致为：处理请求会作为事件进入系统，由中央异步调度器（AsyncDispatcher）负责传递给相应事件调度器（EventHandler）。该事件调度器可能将该事件转发给另外一个事件调度器，也可能交给一个带有有限状态机的事件处理器，其处理结果也以事件的形式输出给中央异步调度器。而新的事件会再次被中央异步调度器转发给下一个事件调度器，直至处理完成（达到终止条件）。

在 YARN 中，所有核心服务实际上都是一个中央异步调度器，包括 ResourceManager、NodeManager、MRAppMaster 等，它们维护了事先注册的事件与事件处理器，并根据接收的事件类型驱动服务的运行。以 MRAppMaster 为例，它内部包含一个中央异步调度器 AsyncDispatcher，并注册了 TaskAttemptEvent / TaskAttemptImpl、TaskEvent / TaskImpl、JobEvent / JobImpl 等一系列事件/事件处理器，由中央异步调度器统一管理和调度。

在 ResourceManager 或者 NodeManager 等组件中，都有一个 AsyncDispatcher 中央异步事件调度器。在初始化的时候，会将创建的 EventHandler 和对应的事件类型，注册到 AsyncDispatcher 中来，如果 AsyncDispatcher 接收到一个事件，由 GenericEventHandler 完成 eventQueue 的容量维护，并且将事件加入到 eventQueue 中，负责消费 eventQueue 的 eventHandlingThread 则从 eventDispatchers 获取注册的事件对应的 EventHandler 来完成处理。所以：这样子看，AsyncDispatcher 就是一个中央事件调度分发器。

YARN StateMachine 有限状态机

EventHandler 可以理解为简化版的策略模式。

class XXX implemnts EventHandler<>{
    private StateMachine machine;
}
// 1、XXX 是一个 EventHandler。
// 2、XXX 是一个有限状态机，这个 XXX 的状态变化比较复杂，通过一个有限状态机来维护。
// 3、XXX 称之状态机实体对象，维护了当前的状态信息。

在 YARN 中，每种状态转换（doTransition 方法去执行状态转换，addTransition 注册状态转换）由一个四元组表示，分别是转换前状态（preState）、转换后状态（postState）、事件（event）和回调函数/转换器（hook = Transition）。
连起来解释：此时是 preState，接收到 event 之后，状态机转换表中获取到对应的 Transition 执行转换，得到一个新状态 postState。YARN 定义了三种状态转换方式，具体如下：

一个初始状态、一个最终状态、一种事件：经过处理之后，无论如何，进入到一个唯一状态。
一个初始状态、多个最终状态、一种事件：不同的逻辑处理结果，可能导致进入不同的状态。
一个初始状态、一个最终状态、多种事件：多个不用的事件，可能触发到多个不同状态的转换。

YARN 有限状态机设计理念

首先构建一个 StateMachineFactory 实例，然后往里面注册响应的状态转换四元组。
调用 StateMachineFactory 的 make() 来构造一个 StateMachine 实例。
StateMachineFactory 内部维护了一个 stateMachineTable。
当正常运行过程中，如果接收到一个事件，则根据此时的状态和事件找到对应的转换器 Transition，调用 Transition 的 doTransition 方法来执行转换，得到最终状态。

YARN 中实现了多个状态机对象，包括：
ResourceManager 中的 RMAppImpl、RMAppAttemptImpl、RMContainerImpl 和 RMNodeImpl 等。
NodeManager 中的 ApplicationImpl、ContainerImpl 和 LocalizedResource 等。
MRAppMaster 中的 JobImpl、TaskImpl 和 TaskAttemptImpl 等。

状态机可视化工具

为了便于用户查看这些状态机的状态变化以及相关事件，YARN 提供了一个状态机可视化工具，具体操作步骤如下。
步骤1　将状态机转化为 graphviz(.gv) 格式的文件，在源代码根目录下执行编译命令如下：

mvn compile -Pvisualize

步骤2　使用可视化包 graphviz 中的相关命令生成状态机图，Shell 命令具体如下：

dot -Tpng ResourceManager.gv > ResourceManager.png
dot -Tpng NodeManager.gv > NodeManager.png
dot -Tpng MapReduce.gv > MapReduce.png

如果尚未安装 graphviz 包，操作该步骤之前先要安装该包，centos 安装命令如下：

sudo yum install graphviz

源码中如何查看事件对象处理方式

方式一：搜枚举类实例，例如：RMNodeEventType.STARTED，搜到的结果是状态机，一般位于 adTransition 方法中。
方式二：搜枚举类实例，例如：case STARTED 或 RMNodeEventType.class，搜到的结果是事件处理器，一般位于 register 方法中。

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