YARN的资源管理与作业调度

# 1. YARN简介

## 1.1 YARN概述

YARN（Yet Another Resource Negotiator）是Apache Hadoop的一个核心组件，用于资源的管理和作业的调度。它的设计目标是解决Hadoop 1.x版本中JobTracker的性能瓶颈和可扩展性问题。相比于传统的集中式作业调度系统，YARN采用了分布式的资源管理架构，可以更好地适应大规模集群环境。

## 1.2 YARN架构和组件

YARN的架构由两个主要组件组成：ResourceManager和NodeManager。ResourceManager负责全局调度和资源的分配，NodeManager负责单个节点上的资源管理和作业执行。

- ResourceManager：负责接收客户端的作业提交请求，全局调度资源，根据作业的需求进行资源的分配。ResourceManager还负责监控节点的状态信息，当某个节点发生故障时，会重新分配该节点上的任务。

- NodeManager：在每个节点上运行，负责管理该节点的资源，包括内存、CPU等。NodeManager会向ResourceManager注册节点的可用资源情况，并定时汇报节点的状态信息。它还负责启动和监控容器（Container），容器是YARN中对资源进行隔离和分配的基本单位。

## 1.3 YARN与传统作业调度系统的对比

传统的作业调度系统通常采用集中式的架构，由一个中心调度器负责资源的管理和作业的调度。这种架构存在单点故障、可扩展性差等问题。

相比之下，YARN采用分布式的资源管理架构，将资源管理和作业调度分离，使得系统更加可靠、高效。YARN还提供了更灵活的资源调度策略，用户可以根据作业的优先级和需求来进行资源的分配和调度。同时，YARN还支持多种编程模型，如MapReduce、Spark等，使得用户可以根据自己的需求选择合适的编程模型。

在下一章节中，我们将详细介绍YARN的资源管理功能。

# 2. YARN的资源管理

### 2.1 ResourceManager介绍
YARN的ResourceManager负责整体资源的管理和调度。它是YARN集群中的主节点，负责分配资源给各个应用程序并进行作业调度。ResourceManager维护了一个全局的资源调度器，用于协调和管理整个集群上的资源。它接收来自客户端的应用程序提交请求，并将资源分配给NodeManager进行执行。

#### 2.1.1 ResourceManager的架构

public class ResourceManager {
    private Scheduler scheduler;
    private ResourceTracker resourceTracker;

    public ResourceManager() {
        this.scheduler = new CapacityScheduler();
        this.resourceTracker = new ResourceTracker();
    }

    public void submitApplication(Application application) {
        // 调用Scheduler的allocateResources方法进行资源分配
        List<Resource> allocatedResources = scheduler.allocateResources(application);
        // 将分配到的资源传递给ResourceTracker进行跟踪和管理
        resourceTracker.trackResources(allocatedResources);
    }
}

##### 2.1.1.1 Scheduler调度器

调度器负责根据集群的资源情况和应用程序的需求，进行资源的分配和调度。YARN提供了多种调度器的实现，如CapacityScheduler、FairScheduler和DeadlineScheduler。不同的调度器有不同的调度策略和算法，可以根据实际情况选择合适的调度器。

##### 2.1.1.2 ResourceTracker资源跟踪器

资源跟踪器负责跟踪集群中各个节点的资源状态。它通过与NodeManager进行通信，持续监视节点上的资源使用情况，并将这些信息反馈给ResourceManager。ResourceManager根据资源跟踪器提供的信息，实时了解集群的资源情况，以便更好地进行资源的分配和调度。

### 2.2 NodeManager介绍
NodeManager是YARN集群中的工作节点，负责管理本地节点上的资源和执行任务。每个节点上都有一个NodeManager进程运行，它负责监控本地资源的使用情况，并将节点的当前状态和可用资源报告给ResourceManager。

#### 2.2.1 NodeManager的角色和功能
- **资源管理和监控**：NodeManager负责管理本地节点上的资源，并向ResourceManager报告节点的资源状态和可用情况。它会定时向ResourceManager发送心跳，以保持与ResourceManager的连接。
- **任务执行和监控**：NodeManager接收到由ResourceManager分配的资源后，启动相应的Container并执行任务。它会监控任务的运行状态和资源使用情况，并将这些信息报告给ResourceManager。
- **容器的生命周期管理**：NodeManager负责创建、启动、停止和销毁容器。它会监控容器的运行状态，并根据需要进行重启或回收。

public class NodeManager {
    private ResourceManager resourceManager;

    public NodeManager(ResourceManager resourceManager) {
        this.resourceManager = resourceManager;
    }

    public void heartbeat() {
        // 向ResourceManager发送心跳，报告节点的资源状态和可用情况
        resourceManager.receiveHeartbeat(this);
    }

    public void allocateResources(List<Resource> resources) {
        // 根据资源分配情况，启动相应的Container并执行任务
        for (Resource resource : resources) {
            Container container = new Container(resource);
            container.start();
        }
    }

    public void reportContainerStatus(Container container) {
        // 监控容器的运行状态和资源使用情况
        // 将这些信息报告给ResourceManager
        resourceManager.receiveContainerStatus(contain