Yarn中的几种状态机

1 概述

    为了增大并发性，Yarn采用事件驱动的并发模型，将各种处理逻辑抽象成事件和调度器，将事件的处理过程用状态机表示。什么是状态机？

    如果一个对象，其构成为若干个状态，以及触发这些状态发生相互转移的事件，那么此对象称之为状态机。

    处理请求作为某种事件发送到系统中，由一个中央调度器传递给对应的事件调度器，进而对事件进行处理，处理完成之后再次发送给中央调度器，再进行处理，直至处理完成。

    Yarn的资源管理模块ResourceManager，其核心构成就是四类这样的状态机(基于2.4版本)，分别是:

(1)RMApp:用于维护一个Application的生命周期；

(2)RMAppAttempt:用于维护一次试探运行的生命周期；

(3)RMContainer:用于维护一个已分配的资源最小单位Container的生命周期；

(4)RMNode:用于维护一个NodeManager的生命周期；

    以上四个状态机，以继承了EventHandler 的Interface的形式存在于Yarn源码的org.apache.hadoop.yarn.server.resourcemanager中。其具体实现类，则是对应的xxxImpl类。

    提交到Yarn中的应用程序被称为Application，它可能会尝试运行多次，每次的尝试运行称为“Application Attempt”，如果一次尝试运行失败，则由RMApp创建另一个继续运行，直至达到失败次数的上限。Container是运行环境的抽象概念，无论是ApplicationMaster还是具体的每个Task都得运行在Container中。

2 RMApp状态机

    此状态机的具体实现类为org.apache.hadoop.yarn.server.resourcemanager.rmapp. RMAppImpl。其内部记录了一个Application的所有状态RMAppState(共11种)、触发状态间转换的事件RMAppEvent(共14种)、Application的其他基本信息等。其功能就是接收其他对象发出的RMAppEventType类型的事件，然后根据当前状态和事件类型，将当前状态转移到另外一种状态，同时触发一种行为。

    下图是RMApp的状态转换图。

   

    其中，NEW_SAVING状态，指的是使用日志记录Application基本信息时所处的状态，这是RM收到Application时所做的第一件事情，以便故障后重启。接收到RECOVER重启事件后，可以从NEW状态直接转变为SUBMITTED、ACCEPTED、FINISHED、FAILED、KILLED、FINAL_SAVING状态，但是默认情况下，Recover是不开启的，可以通过参数yarn.rsourcemanager.recovery.enabled设置。

    APP_REJECTED事件触发的情况比较多，客户端在提交Application时如果发生异常、RM审核Application不合法等，均会触发。

    Application运行失败的情况也比较多，但是ATTEMPT_FAILED事件被触发后，不一定直接转入FAILED，系统会检查当前Application的失败次数是否达到上限，如果没有的话，会重新创建一个RMAppAttemptImpl对象，并让状态机回到ACCEPTED状态，否则进入FINAL_SAVING，进而进行失败处理，比如释放资源等。

3 RMAppAttempt状态机

此状态机的具体实现类为org.apache.hadoop.yarn.server.resourcemanager.rmapp.attempt.RMAppAttemptImpl。其内部记录了一个Application Attepmt的所有状态RMAppAttemptState (共13种)、触发状态间转换的事件RMAppAttemptEvent(共15种)等。其功能就是接收其他对象发出的RMAppAttemptEventType类型的事件，然后根据当前状态和事件类型，将当前状态转移到另外一种状态，同时触发一种行为。

    下图是RMAppAttempt的状态转换图。

 

 

 其中，RMAppAttemptImpl被创建之后，ResourceManager将其加入到ResourceScheduler中，通过合法性检查后的状态就是SCHEDULERED，此时开始给ApplicationMaster分配资源。在接收到分配的一个Container资源后，将Container信息写到磁盘，以后故障恢复用，保存完成之前的状态变为ALLOCATED_SAVING，保存完毕了状态就变为ALLOCATED。

接着，ResourceManager中的ApplicationMasterLauncher与对应的NodeManager通信，进行启动ApplicationMaster，此时状态变为LAUNCHED，启动完成之后，ApplicationMaster立即向ResourceManager注册，状态变为RUNNING。

同时，由于Yarn允许ApplicationMaster启动在客户端，比如Spark的yarn-client模式，此时仍然需要记录ApplicationMaster的日志以便进行故障恢复，正在进行记录日志的RMAppAttemptImpl所处的状态就是LAUNCHED_UNMANAGED_SAVING，至于RECOVER，与前面的RMApp状态机类似。

还有几个比较重要的事件：

(1)CONTAINER_ALLOCATED：RresourceManager将某个NodeManager节点上的Container分配给RMAppAttemptImpl之后，会创建一个RMContainerImpl(后文会讲)，并向该对象发送一个启动事件，进而向RMAppAttemptImpl发送一个CONTAINER_ALLOCATED事件，此时RMAppAttemptImpl将获取分配到的Container资源，并发起一个日志记录的事件，将资源分配的信息写到磁盘以便进行故障恢复。

(2)UNREGISTERED：当ApplicationMaster运行完成之后，会通知ResourceManager，ResourceManager接受到通知后会发送一个UNREGISTERED事件给RMAppAttemptImpl，进而进入FINISHING状态，等待Container退出后，资源被回收，再变为FINISHED状态。但是如果ApplicationMaster是由客户端自行启动的，收到UNREGISTERED事件后会直接变为FINISHED状态。

(3)CONTAINER_FINISHED：当ApplicationMaster所在的Container退出后，大当前NodeManager节点会将其状态汇报给ResourceManager，这时ResourceManager会发出一个FINISHED事件给RMContainerImpl，它再发出一个CONTAINER_FINISHED事件给RMAppAttemptImpl。

(4)EXPIRE：若ApplicationMaster一段时间内未汇报心跳，则ResourceManager会发出一个EXPIRE事件给RMAppAttemptImpl，会清理ApplicationMaster和Container。

(5)CONTAINER_ACQUIRED：ApplicationMaster获得资源后，向Container发出通知，RMContainerImpl接受到通知后进而向RMAppAttemptImpl发出CONTAINER_ACQUIRED事件，RMAppAttemptImpl将NodeManager信息保存，便于后面进行Container的清理。

(6)STATUS_UPDATE:ApplicationMaster向ResourceManager的心跳汇报。

4 RMContainer状态机

此状态机的具体实现类为org.apache.hadoop.yarn.server.resourcemanager.rmcontainer.RMContainerImpl。其内部记录了一个Container的所有状态RMContainerState (共9种)、触发状态间转换的事件RMContainerEvent (共8种)等。其功能就是接收其他对象发出的RMContainerEventType类型的事件，然后根据当前状态和事件类型，将当前状态转移到另外一种状态，同时触发一种行为。

    下图是RMContainerImpl的状态转换图。

 

    当一个NodeManager上的资源不足以满足当前一个Application的请求却有不得不分配给这个Application时，当前节点会为此Application预留资源，逐渐累加空余的剩余资源直至满足要求后才把资源封装成一个Container发给ApplicationMaster。如果一个Container已经被创建，并且处在剩余资源的累加过程中，它就处于上图中的RESERVED状态。当此Container已经分配给ApplicationMaster，并且此时ApplicationMaster还没发送通知说它已经得到了资源时，此Container处于ALLOCATED状态，直至ApplicationMaster发送通知给ResourceManager说它已经拿到了资源，则状态变为ACQUIRED。

之后，ApplicationMaster与NodeManager通信来启动这些Container，并且NodeManager会将Container的状态通过心跳报告给ResourceManager，ResourceManager则对收到的心跳的每个Container发送一个LAUNCHED事件，RMContainerImpl将收到事件对应的Container从失效列表中移除，表示Container状态正常。如果一段时间内，ApplicationMaster都没有使用某个Container，则ResourceManager对此Container发出EXPIRE事件，进行资源回收。

5 RMNode状态机

    此状态机用于维护一个NodeManager的生命周期，其实现类是org.apache.hadoop.yarn.server.resourcemanager.rmnode.RMNodeImpl，记录了NodeManager节点的各个状态NodeState (共6种)以及触发状态转换的事件RMNodeEvent(共9种)，状态转换的同时会触发一种行为。

    下图是RMNodeImpl的状态转换图。

 

其中，如果一个NodeManager节点被加入到黑名单，则其状态会被置为DECOMMISHONED状态，即下线状态，进而NodeManager进程会退出。若当前NodeManager节点处于UNHEALTHY状态，不健康了(比如磁盘损坏)，则会通过心跳通知给ResourceManager，ResourceManager将不再为此节点分配新的任务，向ResourceManager的心跳报告丢失之后，NodeManager变为LOST状态。

当Application执行完成之后，会触发CLEANUP_APP事件，用于清理程序所占用的内存，而一个Container执行完成的时候，会触发CLEANUP_CONTAINER事件，用于清理Container占用的资源。若一个NodeManager重复向ResourceManager注册，则ResourceManager会触发一个RECONNECTED事件，RMNodeImpl收到事件通知后更新自身的信息。

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