彻底明白Flink系统学习2：Flink分布式执行包括调度、通信机制、检查点等

问题导读
1.Flink提交到运行程序涉及哪些进程？
2.Flink slot是什么？
3.Job客户端是不是Flink内部部分，它的作用是什么？
4.Flink通信机制是什么？
5.Actor系统包含哪些内容?


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彻底明白Flink系统学习1：Flink介绍：架构
http://www.aboutyun.com/forum.php?mod=viewthread&tid=26343

一般来说我们知道武功分为内功和外功。外功其实是很好练的，而且很实用，练完就可以打人。而我们实战同样也是，看完就可以干活。这就是我们的外功。但是如果你想把事情做得更好，遇到问题能够更好地解决，那就需要练内功，这就是我们系统学习所要学习的Flink的一些概念机制等。下面我们开始修炼内功，看下Flink的分布式执行。

Flink的分布式执行包括两个重要的进程，master和worker。 执行Flink程序时，多个进程参与执行，即作业管理器（Job Manager），任务管理器（Task Manager）和作业客户端（Job Client）。



Flink程序需要提交给Job Client。 然后，Job Client将作业提交给Job Manager。 Job Manager负责协调资源分配和作业执行。 它首先要做的是分配所需的资源。 资源分配完成后，任务将提交给相应的Task Manager。 在接收任务时，Task Manager启动一个线程以开始执行。 执行到位时，Task Manager会继续向Job Manager报告状态更改。 可以有各种状态，例如开始执行，正在进行或已完成。 作业执行完成后，结果将发送回客户端（Job Client）。

Job管理器
master 进程（也称为作业管理器）协调和管理程序的执行。 他们的主要职责包括调度任务，管理检查点，故障恢复等。
可以有多个Masters 并行运行并分担职责。 这有助于实现高可用性。 其中一个master需要成为leader。 如果leader 节点发生故障，master 节点（备用节点）将被选为领导者。
作业管理器包含以下重要组件：

• Actor system
• Scheduler
• Check pointing
  

Flink内部使用Akka actor系统在作业管理器和任务管理器之间进行通信。

【评注：上面内容对我们了解Flink是非常重要的，这里与Spark对比，比如Spark通信使用的是什么？原先使用的也是Akka，后来使用了Netty。那么Flink是否也会改那？这个拭目以待。同时上面也是我们面试必备内容，特别是上面三者的流程图，可以详细说明三者之间的关系。接着我们看Akka actor 系统到底是怎么样的，我们接着往下看】

Actor系统
Actor系统是具有各种角色的Actor的容器。 它提供诸如调度，配置，日志记录等服务。 它还包含一个启动所有actor的线程池。 所有参与者都位于层次结构中。 每个新创建的actor都将分配给父级。 Actor使用消息传递系统相互通信。 每个actor都有自己的邮箱，从中读取所有邮件。 如果actor是本地的，则消息通过共享内存共享，但如果actor是远程的，则通过RPC调用传递消息。

每位parent 都有责任监督其children。 如果children发生任何错误，parent 会收到通知。 如果actor可以解决自己的问题，那么它可以重新启动它的子节点。 如果它无法解决问题，那么它可以将问题反馈到自己的parent ：


在Flink中，actor是具有状态和行为的容器。 actor的线程依次继续处理它将在其邮箱中接收的消息。 状态和行为由它收到的消息决定。

【评注：关于actor其实网络上已经有很多关于他的内容，比较难以理解的是他的父级及子级，还有邮箱我们再来看下图】
ActorSystem模型例子：




我们来看Akka中Actor的组织是一种树形结构，每个Actor都有父级，有可能有子级当然也可能没有，比如树结构中的叶子节点，每个Actor都是由其父级Actor创建，父级Actor给其分配资源，任务，并管理其的生命状态（监管和监控），这对一个拥有成千上万个Actor的系统来说，使用树形机构来组织Actor是非常适合的。

邮箱是什么鬼？
简单来说Mailbox就是消息存储的地方。
如下图：


许多actors同时运行，但是一个actor只能顺序地处理消息。也就是说其它actors发送了三条消息给一个actor，这个actor只能一次处理一条。所以如果你要并行处理3条消息，你需要把这条消息发给3个actors。

消息异步地传送到actor，所以当actor正在处理消息时，新来的消息应该存储到别的地方。Mailbox就是这些消息存储的地方。

通过上面相信你已经懂得了actor系统


调度

Flink中的Executors 被定义为任务slots。 每个任务管理器（Task Manager ）都需要管理一个或多个任务槽（slots）。 在内部，Flink决定哪些任务需要共享slot 以及哪些任务必须放入特定slot。 它通过SlotSharingGroup和CoLocationGroup定义。

【诠释】
我们首先来认识slot，来看下图



TaskManager并不是最细粒度的概念，每个TaskManager像一个容器一样，包含一个多或多个Slot。

Slot是TaskManager资源粒度的划分，每个Slot都有自己独立的内存。所有Slot平均分配TaskManger的内存，比如TaskManager分配给Solt的内存为8G，两个Slot，每个Slot的内存为4G，四个Slot，每个Slot的内存为2G，值得注意的是，Slot仅划分内存，不涉及cpu的划分。同时Slot是Flink中的任务执行器（类似Storm中Executor），每个Slot可以运行多个task，而且一个task会以单独的线程来运行。Slot主要的好处有以下几点：

• 可以起到隔离内存的作用，防止多个不同job的task竞争内存。
• Slot的个数就代表了一个Flink程序的最高并行度，简化了性能调优的过程
• 允许多个Task共享Slot，提升了资源利用率
  

共享Slot，虽然在flink中允许task共享Slot提升资源利用率，但是如果一个Slot中容纳过多task反而会造成资源低下（比如极端情况下所有task都分布在一个Slot内），在Flink中task需要按照一定规则共享Slot。共享Slot的方式有两种，SlotShardingGroup和CoLocationGroup，这里主要介绍一下SlotShardingGroup的用法，这种共享的基本思路就是给operator分组，同一组的不同operator的task，可以共享一个Slot。默认所有的operator属于同一个组“default”，及所有operator的task可以共享一个Slot，可以给operator设置不同的group，防止不合理的共享。Flink在调度task分配Slot的时候有两个重要原则：

• 同一个job中，同一个group中不同operator的task可以共享一个Slot
• Flink是按照拓扑顺序从Source依次调度到Sink的
  

还拿上述的例子来说明Slot共享以及task调度的原理，如图1.3假设有两个TaskManager（TaskManager1和TaskManager2），每个TaskManager有2个Slot（Slot1和Slot2）。为了方便理解Slot共享的流程需要提前定义operator的并发度，来决定task的调度顺序。假设source/map的并发度为2，keyBy/window/sink的并发度为4，那么调度的顺序依次为source/map[1] ->source/map[2] ->keyBy/window/sink[1]->keyBy/window/sink[2]->keyBy/window/sink[3]->keyBy/window/sink[4]。如图1.3为了便于说明流程，将source/map的并发度设为4，keyBy/window/sink的并发度设为4。那么首先分配task source/map[1]，这个时候Slot中还没有task，分配到TaskManager1中，然后分配 source/map[2]，根据Slot共享规则，source/map[1]和source/map[2] 属于同一operator的不同task，所以source/map[2]不能共享Slot1，被分配到TaskManager1的Slot2，source/map[3]和source/map[4]同样会依次分配不同的Slot，接下来分配keyBy/window/sink[1],根据Slot共享规则，它可以和source/map[1]，共享同一个slot，所以也被分配到TaskManager1的Slot1中，keyBy/window/sink的其他任务依次被分配到不同Slot中。图1.4为并行度分别设置为2和4的分配过程，这里不再展开说明。



参考：https://blog.csdn.net/sxiaobei/article/details/80861070


我们明白了slot，基本明白了调度。

检查点
Check pointing是Flink容错的主要机制。它不断为分布式数据流和executor 状态拍摄快照。它的思想来自Chandy-Lamport算法，但已根据Flink的定制要求进行了修改。有关Chandy-Lamport算法的详细信息，可访问：http://research.microsoft.com/en ... ort/pubs/chandy.pdf。

以下研究报告中提供了有关快照的确切实现详细信息：分布式数据流的轻量级异步快照（http://arxiv.org/abs/1506.08603）。

容错机制继续为数据流创建轻量级快照。因此，它们可以在没有任何重大负载的情况下继续运行通常，数据流的状态保持在配置的位置，例如HDFS。

如果发生任何故障，Flink将停止执行程序并重置它们并从最新的可用检查点开始执行。

流barriers 是Flink快照的核心要素。它们被摄取到数据流中而不会影响流量。barriers 永远不会超过记录。他们将记录集合分为快照。每个barriers 都带有唯一的ID。下图显示了如何将barriers 注入到快照的数据流中：




每个快照状态都会报告给Flink作业管理器（Job Manager）的检查点协调器。 在制作快照时，Flink处理记录对齐，以避免因任何故障而重新处理相同的记录。 这种对齐通常需要几毫秒。 但是对于某些要求高的应用程序，即使毫秒级的延迟也是不可接受的，我们可以选择在单个记录处理中选择低延迟。 默认情况下，Flink只处理每个记录一次。 如果任何应用程序需要低延迟并且至少在一次交付就可以，我们可以关闭该触发器。 这将跳过对齐并将改善延迟。
【评注】
barriers其实还是比较难以理解的，更多大家可参考
Flink实时性、容错机制、窗口等介绍
http://www.aboutyun.com/forum.php?mod=viewthread&tid=25540


任务管理器
任务管理器是在JVM中的一个或多个线程中执行任务的工作节点。 任务执行的并行性由每个任务管理器上可用的任务槽（slot）决定。 每个任务代表分配给任务槽的一组资源。 例如，如果任务管理器有四个插槽，那么它将为每个插槽分配25％的内存。 可以在任务槽中运行一个或多个线程。 同一插槽中的线程共享相同的JVM。 同一JVM中的任务共享TCP连接和心跳消息：


【评注】
如果看懂了调度，其实这里就好理解了。

Job客户端
作业客户端不是Flink程序执行的内部部分，它是执行的起点。 作业客户端负责接受用户的程序，然后创建数据流，然后将数据流提交给作业管理器以便进一步执行。 执行完成后，作业客户端将结果提供给用户。

数据流是执行计划。 考虑一个非常简单的字数统计程序：



当客户端接受来自用户的程序时，它会将其转换为数据流。 上述程序的数据流可能如下所示：


上图显示了程序如何转换为数据流。 Flink数据流是默认并行和分布的。 对于并行数据处理，Flink对operators和流进行分区。  Operator 分区称为子任务。 流可以以一对一或重新分发的方式分发数据。

数据直接从源流向map operators ，因为不需要对数据进行shuffle 。 但对于GroupBy操作，Flink可能需要通过键重新分配数据才能获得正确的结果：

66666666666666666

打卡。。。。

听君一席话,胜读十年书 , 感谢

1.Flink提交到运行程序涉及哪些进程？
- JobManager: 主节点
- TaskManager: 从节点
- JobClient: 客户端

2.Flink slot是什么？
- Flink中的Executors 被定义为任务slots
- Slot是TaskManager资源粒度的划分，每个Slot都有自己独立的内存。
- Slot仅划分内存，不涉及cpu的划分。
- Slot是Flink中的任务执行器（类似Storm中Executor），每个Slot可以运行多个task，而且一个task会以单独的线程来运行。


3.Job客户端是不是Flink内部部分，它的作用是什么？
- 作用：负责接受用户的程序，然后创建数据流，然后将数据流提交给作业管理器以便进一步执行。执行完成后，作业客户端将结果提供给用户。

4.Flink通信机制是什么？
-Akka

5.Actor系统包含哪些内容?
- 在Flink中，actor是具有状态和行为的容器，它提供诸如调度，配置，日志记录等服务
- 本身是父子形式的树形结构
- 通过邮箱作为消息处理的机制

1.Flink提交到运行程序涉及哪些进程？
- JobManager: 主节点
- TaskManager: 从节点
- JobClient: 客户端

2.Flink slot是什么？
- Flink中的Executors 被定义为任务slots
- Slot是TaskManager资源粒度的划分，每个Slot都有自己独立的内存。
- Slot仅划分内存，不涉及cpu的划分。
- Slot是Flink中的任务执行器（类似Storm中Executor），每个Slot可以运行多个task，而且一个task会以单独的线程来运行。


3.Job客户端是不是Flink内部部分，它的作用是什么？
- 作用：负责接受用户的程序，然后创建数据流，然后将数据流提交给作业管理器以便进一步执行。执行完成后，作业客户端将结果提供给用户。

4.Flink通信机制是什么？
-Akka

5.Actor系统包含哪些内容?
- 在Flink中，actor是具有状态和行为的容器，它提供诸如调度，配置，日志记录等服务
- 本身是父子形式的树形结构
- 通过邮箱作为消息处理的机制
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