YARN的机架感知功能

最近几天做Hadoop机架感知功能时，在网上可以找到很多关于HDFS机架感知的资料，但是对于YARN机架感知的介绍却很少。这篇文章最主要就是说明机架感知功能对于YARN来说起到的作用，若有理解的偏差请指正。谢谢。

*注：代码基于3.1.1*

1 前言

1.1 Hadoop机架感知功能对于HDFS

HDFS的默认副本数是3个，在未启用Hadoop机架感知功能时，数据的备份是随机的，有可能同一个DataNode节点有多个副本，也有可能所有的3个副本都在同一个机架，这样如果一个节点宕机或整个机架出现问题，数据就会丢失。

在开启Hadoop机架感知功能后，本地会存储一份，同机架的某个节点存储一份，不同机架的某个节点存储一份。这样保证了如果本地数据损坏，首先会在同机架的节点上获取数据；如果整个机架出现问题，也可以保证从其他机架上获取数据。

Hadoop的机架感知功能使得HDFS在读取数据时降低了整体的带宽消耗和读取延时，也保证了数据不会轻易丢失。

1.2 Hadoop机架感知功能对于YARN

Hadoop机架感知功能对于YARN最直观的表现，可以通过ResourceManager的管理界面（ResourceManagerIP:8088/cluster/nodes）查看各个NodeManager所属机架，未启用Hadoop机架感知功能时，默认的机架就为/default-rack。这个可以结合NodeManager的健康检查功能，很快的定位出现问题节点所在的物理位置。

并且Hadoop机架感知还会影响YARN中Container启动时所在节点。Container首先会选择数据所在节点启动，如果该节点资源不足，则会在与该节点同机架的节点启动。如果该机架的节点资源都不足，则在其他节点启动。

2 启用Hadoop机架感知功能

2.1 相关配置

配置项	默认值	配置说明
net.topology.node.switch.mapping.impl	org.apache.hadoop.net.ScriptBasedMapping	DNSToSwitchMapping的实现类。当配置为"org.apache.hadoop.net.ScriptBasedMapping"时，它调用“net.topology.script.file.name”中指定的脚本来解析节点所属机架。如果“net.topology.script.file.name”的值为空，所有节点的机架信息都为"/default-rack"
net.topology.script.file.name		解析机架拓扑关系的脚本名。例如：如果192.168.0.1所属机架为/rack1，则将“192.168.0.1”作为参数传入脚本，则会返回/rack1为输出。

2.2 功能的启用

"net.topology.node.switch.mapping.impl"配置项是拓扑解析的实现类，用户可以自己编写Java程序来解析机架信息。我们这里使用它的默认值“org.apache.hadoop.net.ScriptBasedMapping”来实现Hadoop的机架感知功能。

2.2.1 脚本的编写

一个脚本的实例如下所示，里面包含了每个IP所对应的rack信息，可以将这个脚本放在/home目录下，脚本名字为 topology-rack.sh。

代码语言：shell复制

#!/usr/bin/python

#-*-coding:utf-8 -*-

import sys

rack = {

"192.168.0.1":"/room1-rack1",

"192.168.0.2":"/room1-rack1",

"192.168.0.3":"/room1-rack2",

"192.168.0.4":"/room1-rack2",

"192.168.0.5":"/room2-rack1",

"192.168.0.6":"/room2-rack1",

"192.168.0.7":"/room2-rack2"

}



if __name__=="__main__":

  print "/" rack.get(sys.argv[1],"/default-rack")

将配置项“net.topology.script.file.name”配置如下：

代码语言：txt复制

  <property>

        <name>net.topology.script.file.name</name>

        <value>/home/topology-rack.sh</value>

  </property>

重启HDFS和YARN之后，就可以开启Hadoop机架感知功能。

**注：如果DataNode或NodeManager扩容，要及时修改脚本文件当中的拓扑关系，否则会默认扩容节点为/default-rack机架**

3 YARN机架感知的源码分析

3.1 初始化过程

YARN中，主要在RackResolver类中处理机架信息。下面介绍该类的主要功能。

首先看其的初始化方法，RackResolver.init()：

获取net.topology.node.switch.mapping.impl配置，初始化机架感知处理类。

代码语言：java复制

  public synchronized static void init(Configuration conf) {

    ....

    Class<? extends DNSToSwitchMapping> dnsToSwitchMappingClass =

        conf.getClass(

        CommonConfigurationKeysPublic.NET_TOPOLOGY_NODE_SWITCH_MAPPING_IMPL_KEY,

        ScriptBasedMapping.class,

        DNSToSwitchMapping.class);

    try {

      DNSToSwitchMapping newInstance = ReflectionUtils.newInstance(

          dnsToSwitchMappingClass, conf);



      dnsToSwitchMapping =

          ((newInstance instanceof CachedDNSToSwitchMapping) ? newInstance

              : new CachedDNSToSwitchMapping(newInstance));

    } catch (Exception e) {

      throw new RuntimeException(e);

    }

  }

初始化机架感知处理类时，会通过ScriptBasedMapping的构造函数，初始化一些参数：

初始化解析脚本的存放路径；
初始化脚本入参最大个数。

代码语言：java复制

    public void setConf (Configuration conf) {

      super.setConf(conf);

      if (conf != null) {

        scriptName = conf.get(SCRIPT_FILENAME_KEY);

        maxArgs = conf.getInt(SCRIPT_ARG_COUNT_KEY, DEFAULT_ARG_COUNT);

      } else {

        scriptName = null;

        maxArgs = 0;

      }

    }

3.2 获取主机与机架的相应关系

3.2.1 建立主机名与机架的对应关系

YARN会通过RackResolver.coreResolve()方法来获取主机名和机架信息的对应关系，具体如下：

通过dnsToSwitchMapping.resolve(tmpList)获取主机与机架的信息，其具体解析过程3.2.2介绍；
默认机架信息为DEFAULT_RACK，如果主机解析机架信息时为空，则其机架信息为默认值；
创建并返回一个主机名与机架信息对应的Node。

代码语言：java复制

  private static Node coreResolve(String hostName) {

    List <String> tmpList = Collections.singletonList(hostName);

    List <String> rNameList = dnsToSwitchMapping.resolve(tmpList);

    String rName = NetworkTopology.DEFAULT_RACK;

    if (rNameList == null || rNameList.get(0) == null) {

      LOG.debug("Could not resolve {}. Falling back to {}", hostName,

            NetworkTopology.DEFAULT_RACK);

    } else {

      rName = rNameList.get(0);

      LOG.debug("Resolved {} to {}", hostName, rName);

    }

    return new NodeBase(hostName, rName);

  }

3.2.2 从缓存中获取主机名对应机架信息

接下来对3.2.1中所提到的dnsToSwitchMapping.resolv(List<String> names)进行说明。dnsToSwitchMapping是CachedDNSToSwitchMapping的一个实例，会调用CachedDNSToSwitchMapping.resolve()方法，其说明如下：

将主机名转换为主机IP；
通过getUncachedHosts(names)获取没存放在缓存中的主机IP；
调用rawMapping.resolve(uncachedHosts)来解析未在缓存中主机的机架信息，具体解析过程3.2.3中介绍；
将uncachedHosts和resolvedHosts信息对应的存放到缓存中；
再从缓存中读取主机IP对应的机架信息，并返回。

***注：由第2条可知，在NodeManager扩容时，将其信息更新到脚本就可以。但是如果修改一个已存在的NodeManager的机架信息，需要重启YARN服务生效（更新缓存）。***

代码语言：java复制

  public List<String> resolve(List<String> names) {

    names = NetUtils.normalizeHostNames(names);

    ...

    List<String> uncachedHosts = getUncachedHosts(names);



    // Resolve the uncached hosts

    List<String> resolvedHosts = rawMapping.resolve(uncachedHosts);

    //cache them

    cacheResolvedHosts(uncachedHosts, resolvedHosts);

    //now look up the entire list in the cache

    return getCachedHosts(names);

  }

3.2.3 从脚本中解析主机对应的机架信息

在rawMapping.resolve(uncachedHosts)中，实际调用的是ScriptBasedMapping#RawScriptBasedMapping.resolve()方法，其说明如下:

判断脚本信息是否为空（详见3.1）；
通过脚本获取主机IP对应的机架信息（runResolveCommand()方法就是判断下传参是否符合要求，并且执行脚本，并将脚本执行结果返回），经过处理后返回。

代码语言：java复制

public List<String> resolve(List<String> names) {

      List<String> m = new ArrayList<String>(names.size());

      if (scriptName == null) {

      for (String name : names) {

        m.add(NetworkTopology.DEFAULT_RACK);

      }

        return m;

      }

      ...

      String output = runResolveCommand(names, scriptName);

      if (output != null) {

        StringTokenizer allSwitchInfo = new StringTokenizer(output);

        while (allSwitchInfo.hasMoreTokens()) {

          String switchInfo = allSwitchInfo.nextToken();

          m.add(switchInfo);

        }

      ...

      return m;

    }

3.3 主机与机架信息的调用

在ResourceTrackerService.resolve()、AMRMClientImpl.resolveRacks()、RMContainerAllocator.assignMapsWithLocality()、TaskAttemptImpl的构造函数和TaskAttemptImpl.computeRackAndLocality()中都调用了RackResolver.resolve()方法来获取主机与机架的信息。

在ResourceTrackerService中，用其信息用在NodeManager向ResourceManager注册的过程中；
在AMRMClientImpl中，其信息用在添加containerRequest当中；
在RMContainerAllocator和TaskAttemptImpl中，其信息与资源本地性相关；

4 总结

HADOOP的机架感知功能，除了对HDFS的数据的副本有关之外，对YARN的NodeManager注册及Container的资源分发也有着密切的关系。

yarn hadoop源码机架感知

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