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hadoop2提交到Yarn： Mapreduce执行过程分析2

howtodown 2014-10-1 23:59:02 发表于 连载型 [显示全部楼层] 只看大图 回帖奖励 阅读模式 关闭右栏 8 50211
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本帖最后由 howtodown 于 2014-10-2 18:01 编辑

问题导读：
1.hadoop哪些数据类型，是如何与Java数据类型对应的？
2.ApplicationMaster什么时候启动？
3.YarnChild进程什么时候产生？
4.如果在recuece的情况下，map任务完成暂总任务的多少百分比？
5.run的执行步骤是什么？
6.哪个方法来执行具体的map任务？
7.获取配置信息为哪个类？
8.TaskAttemptContextImpl还增加了什么信息？







4.3 Map类
   创建Map类和map函数，map函数是org.apache.hadoop.mapreduce.Mapper类中的定义的，当处理每一个键值对的时候，都要调用一次map方法，用户需要覆写此方法。此外还有setup方法和cleanup方法。map方法是当map任务开始运行的时候调用一次，cleanup方法是整个map任务结束的时候运行一次。
4.3.1 Map介绍
   Mapper类是一个泛型类，带有4个参数（输入的键，输入的值，输出的键，输出的值）。在这里输入的key为Object(默认是行)，输入的值为Text（hadoop中的String类型），输出的key为Text（关键字）和输出的值为IntWritable（hadoop中的int类型）。以上所有hadoop数据类型和java的数据类型都很相像，除了它们是针对网络序列化而做的特殊优化。
   MapReduce中的类似于IntWritable的类型还有如下几种：
BooleanWritable:标准布尔型数值、ByteWritable:单字节数值、DoubleWritable:双字节数值、FloatWritable:浮点数、IntWritable:整型数、LongWritable:长整型数、Text:使用UTF8格式存储的文本（类似java中的String）、NullWritable:当<key, value>中的key或value为空时使用。
这些都是实现了WritableComparable接口：
1.jpg
    Map任务是一类将输入记录集转换为中间格式记录集的独立任务。 Mapper类中的map方法将输入键值对(key/value pair)映射到一组中间格式的键值对集合。这种转换的中间格式记录集不需要与输入记录集的类型一致。一个给定的输入键值对可以映射成0个或多个输出键值对。
  1. StringTokenizer itr = new StringTokenizer(value.toString());

  2. while (itr.hasMoreTokens()) {

  3. word.set(itr.nextToken());

  4. context.write(word, one);

  5.  }
复制代码

这里将输入的行进行解析分割之后，利用Context的write方法进行保存。而Context是实现了MapContext接口的一个抽象内部类。此处把解析出的每个单词作为key，将整形1作为对应的value，表示此单词出现了一次。map就是一个分的过程，reduce就是合的过程。Map任务的个数和前面的split的数目对应，作为map函数的输入。Map任务的具体执行见下一小节。
4.3.2 Map任务分析
    Map任务被提交到Yarn后，被ApplicationMaster启动，任务的形式是YarnChild进程，在其中会执行MapTask的run方法。无论是MapTask还是ReduceTask都是继承的Task这个抽象类。
    run方法的执行步骤有：
Step1:
    判断是否有Reduce任务，如果没有的话，Map任务结束，就整个提交的作业结束；如果有的话，当Map任务完成的时候设置当前进度为66.7%，Sort完成的时候设置进度为33.3%。
Step2:
    启动TaskReporter线程，用于更新当前的状态。
Step3:
   初始化任务，设置任务的当前状态为RUNNING，设置输出目录等。
Step4:
    判断当前是否是jobCleanup任务、jobSetup任务、taskCleanup任务及相应的处理。
Step5:
   调用runNewMapper方法，执行具体的map。
Step6:
   作业完成之后，调用done方法，进行任务的清理、计数器更新、任务状态更新等。
4.3.3 runNewMapper分析
    下面我们来看看这个runNewMapper方法。代码如下：
  1. private <INKEY,INVALUE,OUTKEY,OUTVALUE>

  2.   void runNewMapper(final JobConf job,

  3.                     final TaskSplitIndex splitIndex,

  4.                     final TaskUmbilicalProtocol umbilical,

  5.                     TaskReporter reporter

  6.                     ) throws IOException, ClassNotFoundException,

  7.                              InterruptedException {

  8.     // make a task context so we can get the classes

  9.     org.apache.hadoop.mapreduce.TaskAttemptContext taskContext =  new org.apache.hadoop.mapreduce.task.TaskAttemptContextImpl(job, getTaskID(), reporter);

  10. 

  11.     // make a mapper 

  12.        org.apache.hadoop.mapreduce.Mapper<INKEY,INVALUE,OUTKEY,OUTVALUE> mapper = (org.apache.hadoop.mapreduce.Mapper<INKEY,INVALUE,OUTKEY,OUTVALUE>)

  13.     ReflectionUtils.newInstance(taskContext.getMapperClass(), job);

  14. 

  15.     // make the input format org.apache.hadoop.mapreduce.InputFormat<INKEY,INVALUE> inputFormat = (org.apache.hadoop.mapreduce.InputFormat<INKEY,INVALUE>) 

  16.     ReflectionUtils.newInstance(taskContext.getInputFormatClass(), job); 

  17.     // rebuild the input split

  18.     org.apache.hadoop.mapreduce.InputSplit split = null;20 

  19.     split = getSplitDetails(new path(splitIndex.getSplitLocation()), splitIndex.getStartOffset());

  20. 

  21.     LOG.info("Processing split: " + split);

  22.     org.apache.hadoop.mapreduce.RecordReader<INKEY,INVALUE> input =  new NewTrackingRecordReader<INKEY,INVALUE>        (split, inputFormat, reporter, taskContext);   

  23. 

  24.     job.setBoolean(JobContext.SKIP_RECORDS, isSkipping());

  25.     org.apache.hadoop.mapreduce.RecordWriter output = null;   

  26. 

  27.     // get an output object

  28.     if (job.getNumReduceTasks() == 0) {

  29.       output =  new NewDirectOutputCollector(taskContext, job, umbilical, reporter);

  30.     } else {

  31.       output = new NewOutputCollector(taskContext, job, umbilical, reporter);

  32.     }

  33. 

  34.     org.apache.hadoop.mapreduce.MapContext<INKEY, INVALUE, OUTKEY, OUTVALUE>   mapContext =  new MapContextImpl<INKEY, INVALUE, OUTKEY, OUTVALUE>(job, getTaskID(), input, output,  committer, reporter, split);

  35.     org.apache.hadoop.mapreduce.Mapper<INKEY,INVALUE,OUTKEY,OUTVALUE>.Context  mapperContext =  new WrappedMapper<INKEY, INVALUE, OUTKEY, OUTVALUE>().getMapContext(mapContext); 

  36. 

  37.     try {

  38.       input.initialize(split, mapperContext);

  39.       mapper.run(mapperContext);

  40.       mapPhase.complete();

  41.       setPhase(TaskStatus.Phase.SORT);

  42.       statusUpdate(umbilical);

  43.       input.close();

  44.       input = null;

  45.       output.close(mapperContext);

  46.       output = null;

  47.     } finally {

  48.       closeQuietly(input);

  49.       closeQuietly(output, mapperContext);

  50.     }

  51.   }
复制代码

此方法的主要执行流程是：
Step1：
获取配置信息类对象TaskAttemptContextImpl、自己开发的Mapper的实例mapper、用户指定的InputFormat对象 (默认是TextInputFormat)、任务对应的分片信息split。
其中TaskAttemptContextImpl类实现TaskAttemptContext接口，而TaskAttemptContext接口又继承于JobContext和Progressable接口，但是相对于JobContext增加了一些有关task的信息。通过TaskAttemptContextImpl对象可以获得很多与任务执行相关的类，比如用户定义的Mapper类，InputFormat类等。
Step2：
    根据inputFormat构建一个NewTrackingRecordReader对象，这个对象中的RecordReader<K,V> real是LineRecordReader，用于读取分片中的内容，传递给Mapper的map方法做处理的。
Step3：
然后创建org.apache.hadoop.mapreduce.RecordWriter对象，作为任务的输出，如果没有reducer，就设置此RecordWriter对象为NewDirectOutputCollector(taskContext, job, umbilical, reporter)直接输出到HDFS上；如果有reducer，就设置此RecordWriter对象为NewOutputCollector(taskContext, job, umbilical, reporter)作为输出。
NewOutputCollector是有reducer的作业的map的输出。这个类的主要包含的对象是MapOutputCollector<K,V> collector，是利用反射工具构造出来的：
  1. ReflectionUtils.newInstance(job.getClass(JobContext.MAP_OUTPUT_COLLECTOR_CLASS_ATTR, MapOutputBuffer.class, MapOutputCollector.class), job);
复制代码

如果Reduce的个数大于1，则实例化org.apache.hadoop.mapreduce.Partitioner<K,V> (默认是HashPartitioner.class)，用来对mapper的输出数据进行分区，即数据要汇总到哪个reducer上，NewOutputCollector的write方法会调用collector.collect(key, value,partitioner.getPartition(key, value, partitions))；否则设置分区个数为0。
Step4：
打开输入文件(构建一个LineReader对象，在这实现文件内容的具体读)并且将文件指针指向文件头。由LineRecordReader的initialize方法完成。
实际上读文件内容的是类中的LineReader对象in，该对象在initialize方法中进行了初始化，会根据输入文件的文件类型(压缩或不压缩)传入相应输入流对象。LineReader会从输入流对象中通过：
in.readLine(new Text(), 0, maxBytesToConsume(start));
方法每次读取一行放入Text对象str中，并返回读取数据的长度。
LineRecordReader.nextKeyValue()方法会设置两个对象key和value，key是一个偏移量指的是当前这行数据在输入文件中的偏移量(注意这个偏移量可不是对应单个分片内的偏移量，而是针对整个文中的偏移量)，value是通过LineReader的对象in读取的一行内容：
  1. in.readLine(value, maxLineLength, Math.max(maxBytesToConsume(pos), maxLineLength));
复制代码

如果没有数据可读了，这个方法会返回false，否则true。
另外，getCurrentKey()和getCurrentValue()是获取当前的key和value，调用这俩方法之前需要先调用nextKeyValue()为key和value赋新值，否则会重复。
这样就跟org.apache.hadoop.mapreduce.Mapper中的run方法关联起来了。
Step5：
    执行org.apache.hadoop.mapreduce.Mapper的run方法。
  1. public void run(Context context) throws IOException, InterruptedException { 

  2.     setup(context); 

  3.     try { 

  4.       while (context.nextKeyValue()) { 

  5.         map(context.getCurrentKey(), context.getCurrentValue(), context); 

  6.       } 

  7.     } finally { 

  8.       cleanup(context); 

  9.     } 

  10.   }
复制代码

Step5.1：
首先会执行setup方法，用于设定用户自定义的一些参数等，方便在下面的操作步骤中读取。参数是设置在Context中的。此对象的初始化在MapTask类中的runNewMapper方法中：
  1.  org.apache.hadoop.mapreduce.Mapper<INKEY,INVALUE,OUTKEY,OUTVALUE>.Context

  2.          mapperContext = new WrappedMapper<INKEY, INVALUE, OUTKEY, OUTVALUE>().getMapContext(mapContext);
复制代码
会将LineRecordReader的实例对象和NewOutputCollector的实例对象传进去，下面的nextKeyValue()、getCurrentValue()、getCurrentKey()会调用reader的相应方法，从而实现了Mapper.run方法中的nextKeyValue()不断获取key和value。
Step5.2：
循环中的map方法就是用户自定的map。map方法逻辑处理完之后，最后都会有context.write(K,V)方法用来将计算数据输出。此write方法最后调用的是NewOutputCollector.write方法，write方法会调用MapOutputBuffer.collect(key, value,partitioner.getPartition(key, value, partitions))方法，用于汇报进度、序列化数据并将其缓存等，主要是里面还有个Spill的过程，下一小节会详细介绍。
Step5.3：
当读完数据之后，会调用cleanup方法来做一些清理工作，这点我们同样可以利用，我们可以根据自己的需要重写cleanup方法。
Step6：
最后是输出流的关闭output.close(mapperContext)，该方法会执行MapOutputBuffer.flush()操作会将剩余的数据也通过sortAndSpill()方法写入本地文件，并在最后调用mergeParts()方法合并所有spill文件。sortAndSpill方法在4.3.4小节中会介绍。
4.3.4 Spill分析
Spill的汉语意思是溢出，spill处理就是溢出写。怎么个溢出法呢？Spill过程包括输出、排序、溢写、合并等步骤，有点复杂，如图所示：
2.jpg
    每个Map任务不断地以<key, value>对的形式把数据输出到在内存中构造的一个环形数据结构中。使用环形数据结构是为了更有效地使用内存空间，在内存中放置尽可能多的数据。
这个数据结构其实就是个字节数组，叫kvbuffer，这里面不只有<key, value>数据，还放置了一些索引数据，并且给放置索引数据的区域起了一个kvmeta的别名。
  1.   kvbuffer = new byte[maxMemUsage];

  2.       bufvoid = kvbuffer.length;

  3.       kvmeta = ByteBuffer.wrap(kvbuffer).order(ByteOrder.nativeOrder()).asIntBuffer();

  4.       setEquator(0);

  5.       bufstart = bufend = bufindex = equator;

  6.       kvstart = kvend = kvindex;
复制代码

kvmeta是对记录Record<key, value>在kvbuffer中的索引，是个四元组，包括：value的起始位置、key的起始位置、partition值、value的长度，占用四个Int长度，kvmeta的存放指针kvindex每次都是向下跳四步，然后再向上一个坑一个坑地填充四元组的数据。比如kvindex初始位置是-4，当第一个<key, value>写完之后，(kvindex+0)的位置存放value的起始位置、(kvindex+1)的位置存放key的起始位置、(kindex+2)的位置存放partition的值、(kvindex+3)的位置存放value的长度，然后kvindex跳到-8位置，等第二个<key, value>和索引写完之后，kvindex跳到-32位置。
<key, value>数据区域和索引数据区域在kvbuffer中是相邻不重叠的两个区域，用一个分界点来划分两者，而分割点是变化的，每次Spill之后都会更新一次。初始的分界点是0，<key, value>数据的存储方向是向上增长，索引数据的存储方向是向下增长，如图所示：
3.jpg
其中，kvbuffer的大小maxMemUsage的默认是100M。涉及到的变量有点多：
(1)kvstart是有效记录开始的下标；
(2)kvindex是下一个可做记录的位置；
(3)kvend在开始Spill的时候它会被赋值为kvindex的值，Spill结束时，它的值会被赋给kvstart，这时候kvstart==kvend。这就是说，如果kvstart不等于kvend，系统正在spill，否则，kvstart==kvend，系统处于普通工作状态；
(4)bufvoid，用于表明实际使用的缓冲区结尾；
(5)bufmark，用于标记记录的结尾；
(6)bufindex初始值为0，一个Int型的key写完之后，bufindex增长为4，一个Int型的value写完之后，bufindex增长为8
在kvindex和bufindex之间(包括equator节点)的那一坨数据就是未被Spill的数据。如果这部分数据所占用的空间大于等于Spill的指定百分比(默认是80%),则开始调用startSpill方法进行溢写。对应的方法为：
  1. private void startSpill() {

  2. 

  3.       assert !spillInProgress;

  4. 

  5.       kvend = (kvindex + NMETA) % kvmeta.capacity();

  6. 

  7.       bufend = bufmark;

  8. 

  9.       spillInProgress = true;

  10. 

  11.       LOG.info("Spilling map output");

  12. 

  13.       LOG.info("bufstart = " + bufstart + "; bufend = " + bufmark +

  14. 

  15.                "; bufvoid = " + bufvoid);

  16. 

  17.       LOG.info("kvstart = " + kvstart + "(" + (kvstart * 4) +

  18. 

  19.                "); kvend = " + kvend + "(" + (kvend * 4) +

  20. 

  21.                "); length = " + (distanceTo(kvend, kvstart,

  22. 

  23.                      kvmeta.capacity()) + 1) + "/" + maxRec);

  24. 

  25.       spillReady.signal();

  26. 

  27.     }
复制代码

这里会触发信号量，使得在MapTask类的init方法中正在等待的SpillThread线程继续运行。
  1. while (true) { 

  2.             spillDone.signal(); 

  3.             while (!spillInProgress) { 

  4.               spillReady.await(); 

  5.             }

  6. 

  7.             try {

  8.               spillLock.unlock();

  9.               sortAndSpill(); 

  10.             } catch (Throwable t) { 

  11.               sortSpillException = t; 

  12.             } finally { 

  13.               spillLock.lock(); 

  14.               if (bufend < bufstart) { 

  15.                 bufvoid = kvbuffer.length; 

  16.               }

  17. 

  18.               kvstart = kvend; 

  19.               bufstart = bufend; 

  20.               spillInProgress = false; 

  21.             } 

  22.           }
复制代码

继续调用sortAndSpill方法，此方法负责将buf中的数据刷到磁盘。主要是根据排过序的kvmeta把每个partition的<key, value>数据写到文件中，一个partition对应的数据搞完之后顺序地搞下个partition，直到把所有的partition遍历完(partiton的个数就是reduce的个数)。
Step1:
先计算写入文件的大小；
  1. final long size = (bufend >= bufstart? bufend - bufstart: (bufvoid - bufend) + bufstart) +partitions * APPROX_HEADER_LENGTH;
复制代码
Step2:
    然后获取写到本地(非HDFS)文件的文件名，会有一个编号，例如output/spill2.out；命名格式对应的代码为：
  1.  return lDirAlloc.getLocalPathForWrite(MRJobConfig.OUTPUT + "/spill"

  2.  

  3.          + spillNumber + ".out", size, getConf());
复制代码

Step3:
使用快排对缓冲区kvbuffe中区间[bufstart,bufend)内的数据进行排序，先按分区编号partition进行升序，然后按照key进行升序。这样经过排序后，数据以分区为单位聚集在一起，且同一分区内所有数据按照key有序；
Step4:
构建一个IFile.Writer对象将输出流传进去，输出到指定的文件当中，这个对象支持行级的压缩。
  1. writer = new Writer<K, V>(job, out, keyClass, valClass, codec, spilledRecordsCounter);
复制代码

如果用户设置了Combiner(实际上是一个Reducer)，则写入文件之前会对每个分区中的数据进行一次聚集操作，通过combinerRunner.combine(kvIter, combineCollector)实现，进而会执行reducer.run方法，只不过输出和正常的reducer不一样而已，这里最终会调用IFile.Writer的append方法实现本地文件的写入。
Step5:
将元数据信息写到内存索引数据结构SpillRecord中。如果内存中索引大于1MB，则写到文件名类似于output/spill2.out.index的文件中，“2”就是当前Spill的次数。
  1. if (totalIndexCacheMemory >= indexCacheMemoryLimit) {

  2. 

  3.           // create spill index file

  4. 

  5.           Path indexFilename =

  6. 

  7.               mapOutputFile.getSpillIndexFileForWrite(numSpills, partitions

  8. 

  9.                   * MAP_OUTPUT_INDEX_RECORD_LENGTH);

  10. 

  11.           spillRec.writeToFile(indexFilename, job);

  12. 

  13.         } else {

  14. 

  15.           indexCacheList.add(spillRec);

  16. 

  17.           totalIndexCacheMemory +=

  18. 

  19.             spillRec.size() * MAP_OUTPUT_INDEX_RECORD_LENGTH;

  20. 

  21.         }
复制代码

index文件中不光存储了索引数据，还存储了crc32的校验数据。index文件不一定在磁盘上创建，如果内存（默认1M空间）中能放得下就放在内存中。
out文件、index文件和partition数据文件的对应关系为：
4.jpg
索引文件的信息主要包括partition的元数据的偏移量、大小、压缩后的大小等。
Step6：
    Spill结束的时候，会调用resetSpill方法进行重置。
  1. private void resetSpill() {

  2. 

  3.       final int e = equator;

  4. 

  5.       bufstart = bufend = e;

  6. 

  7.       final int aligned = e - (e % METASIZE);

  8. 

  9.       // set start/end to point to first meta record

  10. 

  11.       // Cast one of the operands to long to avoid integer overflow

  12. 

  13.       kvstart = kvend = (int)

  14. 

  15.         (((long)aligned - METASIZE + kvbuffer.length) % kvbuffer.length) / 4;

  16. 

  17.       LOG.info("(RESET) equator " + e + " kv " + kvstart + "(" +

  18. 

  19.         (kvstart * 4) + ")" + " kvi " + kvindex + "(" + (kvindex * 4) + ")");

  20. 

  21.     }
复制代码

也就是取kvbuffer中剩余空间的中间位置，用这个位置设置为新的分界点。
4.3.5 合并
    Map任务如果输出数据量很大，可能会进行好几次Spill，out文件和Index文件会产生很多，分布在不同的磁盘上。这时候就需要merge操作把这些文件进行合并。
Merge会从所有的本地目录上扫描得到Index文件，然后把索引信息存储在一个列表里，最后根据列表来创建一个叫file.out的文件和一个叫file.out.Index的文件用来存储最终的输出和索引。
每个artition都应一个段列表，记录所有的Spill文件中对应的这个partition那段数据的文件名、起始位置、长度等等。所以首先会对artition对应的所有的segment进行合并，合并成一个segment。当这个partition对应很多个segment时，会分批地进行合并，类似于堆排序。最终的索引数据仍然输出到Index文件中。对应mergeParts方法。
4.3.6 相关配置选项
    Map的东西大概的就这么多。主要是读取数据然后写入内存缓冲区，缓存区满足条件就会快排，并设置partition，然后Spill到本地文件和索引文件；如果有combiner，Spill之前也会做一次聚集操作，等数据跑完会通过归并合并所有spill文件和索引文件，如果有combiner，合并之前在满足条件后会做一次综合的聚集操作。map阶段的结果都会存储在本地中(如果有reducer的话)，非HDFS。
在上面的分析，包括过程的梳理中，主要涉及到以下几种配置选项：
mapreduce.job.map.output.collector.class，默认为MapTask.MapOutputBuffer；
mapreduce.map.sort.spill.percent配置内存开始溢写的百分比值，默认为0.8；
mapreduce.task.io.sort.mb配置内存bufer的大小，默认是100mb；
map.sort.class配置排序实现类，默认为QuickSort，快速排序；
mapreduce.map.output.compress.codec配置map的输出的压缩处理程序；
mapreduce.map.output.compress配置map输出是否启用压缩，默认为false


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maizhu 发表于 2014-10-2 00:12:16
帖子不错，值得学习
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NIITYZU 发表于 2014-10-2 15:21:54
谢谢，真的学到了不少。楼主这么强大，请问楼主就职于哪家公司啊？
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zmer 发表于 2015-9-18 23:24:23
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cynric_zhao 发表于 2015-10-8 17:41:31
学习一下！谢谢楼主
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bingyuac 发表于 2016-6-4 15:00:29
太强大了  这个分析的很深入
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Hentai 发表于 2016-8-11 10:32:00
请问楼主 结束yarn任务的命令是什么？
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cherubimsun 发表于 2017-1-17 11:03:40

谢谢，真的学到了不少
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