【深入浅出 Yarn 架构与实现】6-1 NodeManager 功能概述

本节开始将对 Yarn 中的 NodeManager 服务进行剖析。
NodeManager 需要在每个计算节点上运行,与 ResourceManager 和 ApplicationMaster 进行交互。管理节点的计算资源以及调度容器。后续将对 NM 的功能职责、状态机、容器生命周期和资源隔离等方面进行讲解。本篇将从整体上对 NM 进行介绍。

一、NodeManager 基本职能

在 Hadoop 集群中,每个计算节点都需要有一个管理服务,其就是 NodeManager(NM)。
它负责与 ResourceManager 保持通信,管理 Container 的生命周期,监控每个 Container 的资源使用情况,追踪节点健康状况,管理日志等。
主要职责:

  1. 保持与 ResourceManager 同步
  2. 跟踪节点的健康状况
  3. 管理节点各个 Container 的生命周期,监控每个 Container 的资源使用情况
  4. 管理分布式缓存(对 Container 所需的 Jar,库文件的本地文件系统缓存)
  5. 管理各个 Container 生成日志

整体来说,NM 通过两个 RPC 协议与 RM 和 AM 交互,如下图所示。
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一)与 RM 交互

通过 ResourceTrackerProtocol 协议:

  • NM 通过该 RPC 协议向 RM 注册、汇报节点健康状况和 Container 运行状态;
  • 领取 RM 下达的命令,包括重新初始化、清理 Container 占用资源等。

在该协议中,RM 扮演 RPC server 的角色,而 NM 扮演 RPC Client 的角色(由内部组件 NodeStatusUpdater 实现)。NM 与 RM 之间采用 「pull 模型」,NM 总是周期性地主动向 RM 发起请求,并领取下达给自己的命令。

二)与 AM 交互

通过 ContainerManagementProtocol 协议:

  • 应用程序的 AM 通过该 RPC 协议向 NM 发起 Container 的相关操作(启动、kill、获取 Container 执行状态等)。

在该协议中,AM 扮演 RPC Client 的角色,而 NM 扮演 RPC Server 的角色(由内部组件 ContainerManager 实现)。NM 与 AM 之间采用「push 模型」,AM 可以将 Container 相关操作的第一时间告诉 NM,相比于「pull 模型」,可以大大降低时间延迟。

二、NodeManager 内部结构

NodeManager 内部由多个组件构成,如下图所示。其中最主要的三个组件是:NodeStatusUpdaterContainerManagerNodeHealthCheckService
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一)NodeStatusUpdater

NodeStatusUpdater 是 NM 与 RM 通信的唯一通道。

  • 当 NM 启动时,该组件负责向 RM 注册,并汇报节点上总的可用资源;
  • 之后,该组件周期性与 RM 通信,汇报各个 Container 的状态更新(包括节点上正在运行的 Container、已经完成的 Container 等信息);
  • 同时 RM 会返回待清理的 Container 列表、待清理的应用程序列表、诊断信息、各种 Token 等信息。

二)ContainerManager

ContainerManager 是 NM 中最核心的组件之一,它由多个子组件组成,每个子组件负责一部分功能,协同管理运行在该节点上的所有 Container,各个子组件如下。

  • **RPC Server:**该 RPC Server 实现了 ContainerManagementProtocol 协议,是 AM 与 NM 通信的唯一通道。ContainerManager 从各个 AM 上接收 RPC 请求以启动新的 Container 或者 停止正在运行的 Container。需要注意的是,任何 Container 操作均会经 ContainerTokenSecretManager 合法性验证,以防止伪造启动或停止 Container 的命令。
  • **ResourceLocalizationService:**负责 Container 所需资源的本地化,它能够按照描述从 HDFS 上下载 Container 所需的文件资源,并尽量将它们分摊到各个磁盘上以防止出现热点访问。此外,它会为下载的文件添加访问控制限制,并为之施加合适的磁盘空间使用份额。
  • **ContianersLauncher:**维护了一个线程池以并行完成 Container 相关操作,比如启动或者杀死 Container,其中启动 Container 请求是由 AM 发起的,而杀死 Container 请求则可能来自 AM 或者 RM。
  • **AuxService:**NodeManager 允许用户通过配置附属服务的方式扩展自己的功能,这使得每个节点可以定制一些特定框架的服务。附属服务需要在 NodeManager 启动之前配置好,并由 NodeManager 统一启动与关闭。
  • **ContainersMonitor:**ContainersMonitor 负责监控 Container 的资源使用量,为了实现资源隔离和公平共享,RM 为每个 Container 分配了一定量的资源。而 ContainersMonitor 周期性探测它在运行过程中的资源利用量,一旦发生 Container 超出了它的允许使用份额上线,就向 Container 发送信号将其杀掉,这可以避免资源密集型的 Container 影响同节点上其他正在运行的 Container。
  • **LogHandler:**一个可插拔组件,用户可通过它控制 Container 日志的保存方式,即是写到本地磁盘上还是将其打包后上传到一个文件系统中。
  • **ContainerEventDispatcher:**Container 事件调度器,负责将 ContainerEvent 类型的事件调度给对应 Container 的状态机 ContainerImpl。
  • **ApplicationEventDispatcher:**Application 事件调度器,负责将 ApplicationEvent 类型的事件调度给对应 Application 的状态机 ApplicationImpl。

三)NodeHealthCheckerService

NodeHealthCheckerService 通过周期性地运行一个自定义脚本(由组件 NodeHealthScriptRunner 完成)和向磁盘写文件(由服务 LocalDirsHandlerService 完成)检查节点的健康状况。
并通过 NodeStatusUpdater 传递给 ResourceManager。一旦 ResourceManager 发现一个节点处于不健康状态,则会将它加入黑名单,此后不再使用该资源,直到再次转为健康状态。需要注意的是,节点被加入黑名单时,正在运行的 Container 仍会正常运行,不会被杀死。

四)DeletionService

NodeManager 使用一个专门的服务用于文件删除。异步地删除失效文件,这样可避免删除文件带来的性能开销。

五)Security

安全部分。它包含两部分,分别是 ApplicationACLsManagerContainerTokenSecretManagerApplicationACLsManager 确保访问 NodeManager 的用户是合法的,ContainerTokenSecretManager 确保用户请求的资源被 ResourceManager 授权过。

  • **ApplicationACLsManager:**NodeManager 需要为所有面向用户的 API 提供安全检查,如在 Web UI 上只能将 Container 日志显示给授权用户。该组件为每个应用程序维护了一个 ACL 列表,一旦收到类似请求后会利用该列表对其进行验证。
  • **ContainerTokenSecretManager:**检查收到的各种访问请求的合法性,确保这些请求操作已被 ResourceManager 授权。

六)WebServer

通过 Web 界面向用户展示该节点上所有应用程序运行状态、Container 列表、节点健康状况和 Container 产生的日志等信息。

七)ContainerExecutor

与底层操作系统交互,安全的放置 Container 所需要的文件和目录,随后以一个安全的方式启动和清理Container相关进程。

三、NodeManager 的事件与事件处理器

NodeManager主要组件也是通过事件进行交互的,这使得组件能够异步并发完成各种功能。如下图所示:
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四、总结

本节对 NodeManager 整体结构进行了介绍。从它的基本职能、内部结构、事件处理三个方面进行讲解,对 NM 整体结构有了认知。
实际上 NM 主要就负责两个事情:1)与 RM 交互,注册以及汇报状态,领取 RM 指令处理 container。2)与 AM 交互,处理其管理的 container 操作。

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