YARN基本原理和YARN工作流程

本文详细介绍了YARN(Yet Another Resource Negotiator)的基本原理和工作流程,对比了MapReduce 1.0的旧架构问题,强调了YARN如何解决这些问题。在YARN中,ResourceManager负责资源管理,NodeManager监控节点资源,ApplicationMaster管理应用程序,而Container是资源分配的基本单位。此外,文章还探讨了YARN的调度器,包括FIFO、Capacity和Fair调度器的原理,并提到了配置文件位置及YARN的故障恢复机制。

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Mapreduce 1.0 旧的MapReduce架构

旧的MapReduce架构
MapReduce架构

基本概念
  • JobTracker: 负责资源管理,跟踪资源消耗和可用性,作业生命周期管理(调度作业任务,跟踪进度,为任务提供容错)
  • TaskTracker: 加载或关闭任务,定时报告认为状态
旧的架构的问题
  1. JobTracker是MapReduce的集中处理点,存在单点故障
  2. JobTracker完成了太多的任务,造成了过多的资源消耗,当MapReduce job 非常多的时候,会造成很大的内存开销。这也是业界普遍总结出老Hadoop的MapReduce只能支持4000 节点主机的上限
  3. 在TaskTracker端,以map/reduce task的数目作为资源的表示过于简单,没有考虑到cpu/ 内存的占用情况,如果两个大内存消耗的task被调度到了一块,很容易出现OOM
  4. 在TaskTracker端,把资源强制划分为map task slot和reduce task slot, 如果当系统中只有map task或者只有reduce task的时候,会造成资源的浪费,也就集群资源利用的问题

Hadoop2.0 YARN 架构

在这里插入图片描述
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在Hadoop2.0中, YARN负责管理MapReduce中的资源(内存, CPU等)并且将其打包成Container. 这样可以精简MapReduce, 使之专注于其擅长的数据处理任务, 将无需考虑资源调度. YARN会管理集群中所有机器的可用计算资源. 基于这些资源YARN会调度应用(比如MapReduce)发来的资源请求, 然后YARN会通过分配Container来给每个应用提供处理能力

基本概念
ResourceManager
  • 负责整个集群的资源管理和分配,是一个全局的资源管理系统。
  • NodeManager 以心跳的方式向 ResourceManager 汇报资源使用情况(目前主要是 CPU 和
    内存的使用情况)。RM 只接受 NM 的资源回报信息,对于具体的资源处理则交给 NM 自己
    处理。
  • YARN Sche
<think>嗯,用户想了解Hadoop YARN Federation的架构工作机制。这个问题需要深入解释分布式系统的设计思想。用户可能是个大数据工程师或者学生,正在研究YARN的扩展方案。 从技术角度看,YARN Federation的核心是解决单点瓶颈问题。我记得Hadoop在早期版本中,ResourceManager是单点运行的,当集群规模扩大到上万节点时,这会导致性能问题。Federation通过引入多个ResourceManager实例来分担负载,这个设计思路HDFS Federation很像。 需要重点解释几个关键组件:Router、StateStorePolicyManager。Router相当于客户端请求的入口点,它根据策略将请求转发给不同的RM;StateStore负责维护集群状态的一致性;PolicyManager则决定了路由逻辑。这三者协同工作才能实现透明的联邦机制。 用户可能还会关心实际部署问题。比如Router的高可用配置、StateStore的选型(Zookeeper还是其他方案)、跨机房部署时的延迟问题等。不过用户当前的问题集中在工作机制上,这些实操细节可以放在后续问题里。 考虑到用户要求详细解释,准备从架构图开始说明,然后分步骤描述请求处理流程。特别要强调"无单点故障""线性扩展"这两个核心优势,这对大规模集群非常重要。 用户提供的引用材料里提到Federation不能解决MapReduce性能问题,这个观点是对的。在回答里需要明确区分YARN资源管理计算框架性能的关系,避免产生误导。 最后要注意技术术语的中文翻译准确性,比如"Sub-Cluster"译为"子集群"比"分集群"更准确,"State Store"译为"状态存储"而非"状态仓库"。</think>以下是Hadoop YARN Federation的架构与工作机制详解: ### **1. 核心目标** 解决单一ResourceManager(RM)的扩展性瓶颈: - **单点故障风险**:传统架构中RM是单点故障源 - **资源限制**:单个RM难以管理超大规模集群(>10K节点) - **性能瓶颈**:高并发场景下调度吞吐量受限 ### **2. 架构组件** ```mermaid graph LR Client-->Router Router-->|路由策略| RM1[RM Sub-Cluster1] Router-->|路由策略| RM2[RM Sub-Cluster2] RM1-->|状态同步| StateStore[(全局状态存储)] RM2-->|状态同步| StateStore ``` #### **关键组件说明** | **组件** | **功能** | |--------------------|--------------------------------------------------------------------------| | **Router** | 客户端请求入口点,实现请求的透明路由(无感知转发) | | **Sub-Cluster** | 独立RM实例+NodeManager组,每个子集群管理专属物理资源 | | **StateStore** | 全局状态存储(通常用ZooKeeper),维护集群拓扑策略 | | **PolicyManager** | 决策路由策略(如基于队列/用户/负载) | ### **3. 工作流程** #### **(1) 客户端提交作业** ```python # 客户端代码示例(无感知调用) app = yarn_client.submit_app( app_name="federation_demo", resource_request={"memory": "4GB", "vcores": 2} # 资源请求格式不变 ) ``` #### **(2) Router路由决策** 根据策略选择目标子集群: - **策略类型**: - 哈希路由(HashRouterPolicy):$hash(user) \mod N$ - 负载均衡(LoadBasedRouterPolicy):$min(rm_i.load), i\in[1,N]$ - 队列映射(QueueBasedPolicy):$queue \rightarrow rm_id$ #### **(3) 子集群处理** ```mermaid sequenceDiagram RM->>NM: 分配容器 NM->>RM: 心跳报告 RM->>StateStore: 同步状态(作业进度/资源变更) ``` #### **(4) 全局状态同步** - **StateStore维护**: - 子集群活跃状态 - 路由策略版本 - 跨集群队列配额 - 容错机制:若子集群故障,Router自动屏蔽故障节点 ### **4. 关键技术机制** #### **资源隔离与共享** - **物理隔离**:每个NM固定归属一个子集群 - **逻辑统一**:通过Router提供全局资源视图 - **跨集群调度**:需通过`FederationInterceptor`组件实现(实验性特性) #### **容错设计** - **Router HA**:多Router实例+负载均衡器 - **状态存储冗余**:StateStore采用ZooKeeper集群 - **子集群自治**:单个子集群故障不影响其他集群 ### **5. 性能优化效果** $$ T_{max} = \sum_{i=1}^{N} T_{rm_i} \quad (N=\text{子集群数}) $$ - 调度吞吐量线性扩展(实测可达**10倍**提升)[^1] - 支持**百万级**容器并发管理 - 降低单RM GC压力(各子集群独立GC) ### **6. 典型部署场景** ```bash # 配置文件示例(yarn-site.xml) <property> <name>yarn.federation.router.policy</name> <value>org.apache.hadoop.yarn.server.router.HashBasedRouterPolicy</value> </property> <property> <name>yarn.federation.state-store.zk.address</name> <value>zk1:2181,zk2:2181</value> # ZooKeeper集群地址 </property> ``` > **注意**:Federation虽提升扩展性,但增加了运维复杂度,需权衡集群规模与运维成本[^1]。对于中小集群(<5K节点),建议优先优化RM配置而非引入联邦。 --- **
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