MapReduce与Yarn 的详细工作流程分析

yulin 2019-10-16

如上图所示
  • 首先有一个200M的待处理文件
  • 切片:在客户端提交之前,根据参数配置,进行任务规划,将文件按128M每块进行切片
  • 提交:提交可以提交到本地工作环境或者Yarn工作环境,本地只需要提交切片信息和xml配置文件,Yarn环境还需要提交jar包;本地环境一般只作为测试用
  • 提交时会将每个任务封装为一个job交给Yarn来处理(详细见后边的Yarn工作流程介绍),计算出MapTask数量(等于切片数量),每个MapTask并行执行
  • MapTask中执行Mapper的map方法,此方法需要k和v作为输入参数,所以会首先获取kv值;

    • 首先调用InputFormat方法,默认为TextInputFormat方法,在此方法调用createRecoderReader方法,将每个块文件封装为k,v键值对,传递给map方法
  • map方法首先进行一系列的逻辑操作,执行完成后最后进行写操作
  • map方法如果直接写给reduce的话,相当于直接操作磁盘,太多的IO操作,使得效率太低,所以在map和reduce中间还有一个shuffle操作

    • map处理完成相关的逻辑操作之后,首先通过outputCollector向环形缓冲区写入数据,环形缓冲区主要两部分,一部分写入文件的元数据信息,另一部分写入文件的真实内容
    • 环形缓冲区的默认大小是100M,当缓冲的容量达到默认大小的80%时,进行反向溢写
  • 在溢写之前会将缓冲区的数据按照指定的分区规则进行分区和排序,之所以反向溢写是因为这样就可以边接收数据边往磁盘溢写数据
  • 在分区和排序之后,溢写到磁盘,可能发生多次溢写,溢写到多个文件
  • 对所有溢写到磁盘的文件进行归并排序
  • 在9到10步之间还可以有一个Combine合并操作,意义是对每个MapTask的输出进行局部汇总,以减少网络传输量

    • Map阶段的进程数比Reduce阶段要多,所以放在Map阶段处理效率更高
    • Map阶段合并之后,传递给Reduce的数据就会少很多
    • 但是Combiner能够应用的前提是不能影响最终的业务逻辑,而且Combiner的输出kv要和Reduce的输入kv类型对应起来

整个MapTask分为Read阶段,Map阶段,Collect阶段,溢写(spill)阶段和combine阶段

  • Read阶段:MapTask通过用户编写的RecordReader,从输入InputSplit中解析出一个个key/value
  • Map阶段:该节点主要是将解析出的key/value交给用户编写map()函数处理,并产生一系列新的key/value
  • Collect收集阶段:在用户编写map()函数中,当数据处理完成后,一般会调用OutputCollector.collect()输出结果。在该函数内部,它会将生成的key/value分区(调用Partitioner),并写入一个环形内存缓冲区中
  • Spill阶段:即“溢写”,当环形缓冲区满后,MapReduce会将数据写到本地磁盘上,生成一个临时文件。需要注意的是,将数据写入本地磁盘之前,先要对数据进行一次本地排序,并在必要时对数据进行合并、压缩等操作

MapReduce详细工作流程之Reduce阶段

MapReduce与Yarn 的详细工作流程分析

如上图所示
  • 所有的MapTask任务完成后,启动相应数量的ReduceTask(和分区数量相同),并告知ReduceTask处理数据的范围
  • ReduceTask会将MapTask处理完的数据拷贝一份到磁盘中,并合并文件和归并排序
  • 最后将数据传给reduce进行处理,一次读取一组数据
  • 最后通过OutputFormat输出

整个ReduceTask分为Copy阶段,Merge阶段,Sort阶段(Merge和Sort可以合并为一个),Reduce阶段。

  • Copy阶段:ReduceTask从各个MapTask上远程拷贝一片数据,并针对某一片数据,如果其大小超过一定阈值,则写到磁盘上,否则直接放到内存中
  • Merge阶段:在远程拷贝数据的同时,ReduceTask启动了两个后台线程对内存和磁盘上的文件进行合并,以防止内存使用过多或磁盘上文件过多
  • Sort阶段:按照MapReduce语义,用户编写reduce()函数输入数据是按key进行聚集的一组数据。为了将key相同的数据聚在一起,Hadoop采用了基于排序的策略。由于各个MapTask已经实现对自己的处理结果进行了局部排序,因此,ReduceTask只需对所有数据进行一次归并排序即可
  • Reduce阶段:reduce()函数将计算结果写到HDFS上

Shuffle机制

MapReduce与Yarn 的详细工作流程分析

Map方法之后,Reduce方法之前的数据处理过程称之为Shuffle。shuffle流程详解如下:
  • MapTask收集map()方法输出的kv对,放到环形缓冲区中
  • 从环形缓冲区不断溢出到本地磁盘文件,可能会溢出多个文件
  • 多个溢出文件会被合并成大的溢出文件
  • 在溢出过程及合并的过程中,都要调用Partitioner进行分区和针对key进行排序
  • ReduceTask根据自己的分区号,去各个MapTask机器上取相应的结果分区数据
  • ReduceTask将取到的来自同一个分区不同MapTask的结果文件进行归并排序
  • 合并成大文件后,shuffle过程也就结束了,进入reduce方法

Yarn工作机制

MapReduce与Yarn 的详细工作流程分析

job提交全过程
  • MR程序提交到客户端所在的节点,YarnRunner向ResourceManager申请一个Application
  • RM将该Application的资源路径和作业id返回给YarnRunner
  • YarnRunner将运行job所需资源提交到HDFS上
  • 程序资源提交完毕后,申请运行mrAppMaster
  • RM将用户的请求初始化成一个Task
  • 其中一个NodeManager领取到Task任务
  • 该NodeManager创建容器Container,并产生MRAppmaster
  • Container从HDFS上拷贝资源到本地
  • MRAppmaster向RM 申请运行MapTask资源
  • RM将运行MapTask任务分配给另外两个NodeManager,另两个NodeManager分别领取任务并创建容器
  • MR向两个接收到任务的NodeManager发送程序启动脚本,这两个NodeManager分别启动MapTask,MapTask对数据分区排序
  • MrAppMaster等待所有MapTask运行完毕后,向RM申请容器,运行ReduceTask
  • ReduceTask向MapTask获取相应分区的数据
  • 程序运行完毕后,MR会向RM申请注销自己

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