IT博客汇 | MapReduce V1：Job提交流程之JobClient端分析

MapReduce V1：Job提交流程之JobClient端分析

Yanjun发表于 2015-09-30 06:46:24

我们基于Hadoop 1.2.1源码分析MapReduce V1的处理流程。
MapReduce V1实现中，主要存在3个主要的分布式进程（角色）：JobClient、JobTracker和TaskTracker，我们主要是以这三个角色的实际处理活动为主线，并结合源码，分析实际处理流程。下图是《Hadoop权威指南》一书给出的MapReduce V1处理Job的抽象流程图：
mapreduce-v1-job-submission
如上图，我们展开阴影部分的处理逻辑，详细分析Job提交在JobClient端的具体流程。
在编写好MapReduce程序以后，需要将Job提交给JobTracker，那么我们就需要了解在提交Job的过程中，在JobClient端都做了哪些工作，或者说执行了哪些处理。在JobClient端提交Job的处理流程，如下图所示：
mr-v1-job-submission-jobclient
上图所描述的Job的提交流程，说明如下所示：

在MR程序中创建一个Job实例，设置Job状态
创建一个JobClient实例，准备将创建的Job实例提交到JobTracker
在创建JobClient的过程中，首先必须保证建立到JobTracker的RPC连接
基于JobSubmissionProtocol协议远程调用JobTracker获取一个新的Job ID
根据MR程序中配置的Job，在HDFS上创建Job相关目录，并将配置的tmpfiles、tmpjars、tmparchives，以及Job对应jar文件等资源复制到HDFS
根据Job配置的InputFormat，计算该Job输入的Split信息和元数据（SplitMetaInfo）信息，以及计算出map和reduce的个数，最后将这些信息连通Job配置写入到HDFS（保证JobTracker能够读取）
通过JobClient基于JobSubmissionProtocol协议方法submitJob提交Job到JobTracker

MR程序创建Job

下面的MR程序示例代码，已经很熟悉了：

  public static void main(String[] args) throws Exception {
    Configuration conf = new Configuration();
    String[] otherArgs = new GenericOptionsParser(conf, args).getRemainingArgs();
    if (otherArgs.length != 2) {
      System.err.println("Usage: wordcount <in> <out>");
      System.exit(2);
    }
    Job job = new Job(conf, "word count");
    job.setJarByClass(WordCount.class);
    job.setMapperClass(TokenizerMapper.class);
    job.setCombinerClass(IntSumReducer.class);
    job.setReducerClass(IntSumReducer.class);
    job.setOutputKeyClass(Text.class);
    job.setOutputValueClass(IntWritable.class);
    FileInputFormat.addInputPath(job, new Path(otherArgs[0]));
    FileOutputFormat.setOutputPath(job, new Path(otherArgs[1]));
    System.exit(job.waitForCompletion(true) ? 0 : 1);
  }

在MR程序中，首先创建一个Job，并进行配置，然后通过调用Job的waitForCompletion方法将Job提交到MapReduce集群。这个过程中，Job存在两种状态：Job.JobState.DEFINE和Job.JobState.RUNNING，创建一个Job后，该Job的状态为Job.JobState.DEFINE，Job内部通过JobClient基于org.apache.hadoop.mapred.JobSubmissionProtocol协议提交给JobTracker，然后该Job的状态变为Job.JobState.RUNNING。

Job提交目录submitJobDir

通过如下代码可以看到，Job提交目录是如何创建的：

        JobConf jobCopy = job;
        Path jobStagingArea = JobSubmissionFiles.getStagingDir(JobClient.this, jobCopy); // 获取到StagingArea目录
        JobID jobId = jobSubmitClient.getNewJobId();
        Path submitJobDir = new Path(jobStagingArea, jobId.toString());

获取StagingArea目录，JobClient需要通过JobSubmissionProtocol协议的远程方法getStagingAreaDir从JobTracker端获取到，我们看一下JobTracker端的getStagingAreaDirInternal方法，如下所示：

  private String getStagingAreaDirInternal(String user) throws IOException {
    final Path stagingRootDir = new Path(conf.get("mapreduce.jobtracker.staging.root.dir", "/tmp/hadoop/mapred/staging"));
    final FileSystem fs = stagingRootDir.getFileSystem(conf);
    return fs.makeQualified(new Path(stagingRootDir, user+"/.staging")).toString();
  }

最终获取到的StagingArea目录为${mapreduce.jobtracker.staging.root.dir}/${user}/.staging/，例如，如果使用默认的mapreduce.jobtracker.staging.root.dir值，用户为shirdrn，则StagingArea目录/tmp/hadoop/mapred/staging/shirdrn/.staging/。通过Path submitJobDir = new Path(jobStagingArea, jobId.toString());可以得到submitJobDir，假如一个job的ID为job_200912121733_0002，则submitJobDir的值为/tmp/hadoop/mapred/staging/shirdrn/.staging/job_200912121733_0002/

拷贝资源文件

在配置Job的时候，可以指定tmpfiles、tmpjars、tmparchives，JobClient会将对应的资源文件拷贝到指定的目录中，对应目录如下代码所示：

    Path filesDir = JobSubmissionFiles.getJobDistCacheFiles(submitJobDir);
    Path archivesDir = JobSubmissionFiles.getJobDistCacheArchives(submitJobDir);
    Path libjarsDir = JobSubmissionFiles.getJobDistCacheLibjars(submitJobDir);
...
    Path submitJarFile = JobSubmissionFiles.getJobJar(submitJobDir);
    job.setJar(submitJarFile.toString());
    fs.copyFromLocalFile(originalJarFile, submitJarFile);

上面已经知道Job提交目录，可以分别得到对应的资源所在目录：

tmpfiles目录：/tmp/hadoop/mapred/staging/shirdrn/.staging/job_200912121733_0002/files
tmpjars目录：/tmp/hadoop/mapred/staging/shirdrn/.staging/job_200912121733_0002/libjars
tmparchives目录：/tmp/hadoop/mapred/staging/shirdrn/.staging/job_200912121733_0002/archives
Job Jar文件：/tmp/hadoop/mapred/staging/shirdrn/.staging/job_200912121733_0002/job.jar

然后，就可以将对应的资源文件拷贝到对应的目录中。

计算并存储Split数据

根据Job配置中设置的InputFormat，计算该Job的数据数据文件是如何进行分片的，代码如下所示：

    Configuration conf = job.getConfiguration();
    InputFormat<?, ?> input = ReflectionUtils.newInstance(job.getInputFormatClass(), conf);
    List<InputSplit> splits = input.getSplits(job);

实际上就是调用InputFormat的getSplits方法，如果不适用Hadoop自带的FileInputFormat的默认getSplits方法实现，可以自定义实现，重写该默认实现逻辑来定义数据数据文件分片的规则。
计算出输入文件的分片信息，然后需要将这些分片数据写入到HDFS供JobTracker查询初始化MapTask，写入分片数据的实现代码：

    T[] array = (T[]) splits.toArray(new InputSplit[splits.size()]);
    // sort the splits into order based on size, so that the biggest
    // go first
    Arrays.sort(array, new SplitComparator()); // 根据InputSplit的长度做了一个逆序排序
    JobSplitWriter.createSplitFiles(jobSubmitDir, conf, jobSubmitDir.getFileSystem(conf), array); // 将split及其元数据信息写入HDFS

接着调用JobSplitWriter.createSplitFiles方法存储Split信息，并创建元数据信息，并保存元数据信息。存储Split信息，代码实现如下所示：

      SerializationFactory factory = new SerializationFactory(conf);
      int i = 0;
      long offset = out.getPos();
      for(T split: array) {
        long prevCount = out.getPos();
        Text.writeString(out, split.getClass().getName());
        Serializer<T> serializer = factory.getSerializer((Class<T>) split.getClass());
        serializer.open(out);
        serializer.serialize(split); // 将split序列化写入到HDFS文件中
        long currCount = out.getPos();
        String[] locations = split.getLocations();
        final int max_loc = conf.getInt(MAX_SPLIT_LOCATIONS, 10);
        if (locations.length > max_loc) {
          LOG.warn("Max block location exceeded for split: "+ split + " splitsize: " + locations.length + " maxsize: " + max_loc);
          locations = Arrays.copyOf(locations, max_loc);
        }
        info[i++] = new JobSplit.SplitMetaInfo(locations, offset, split.getLength()); // 创建SplitMetaInfo实例
        offset += currCount - prevCount;
      }

我们先看一下FileSplit包含的分片内容，如下所示：

  private Path file;
  private long start;
  private long length;
  private String[] hosts;

在序列化保存FileSplit到HDFS，可以通过查看FileSplit的write方法，如下所示：

  @Override
  public void write(DataOutput out) throws IOException {
    Text.writeString(out, file.toString());
    out.writeLong(start);
    out.writeLong(length);
  }

需要注意的是，这里面并没有将FileSplit的hosts信息保存，而是存储到了SplitMetaInfo中new JobSplit.SplitMetaInfo(locations, offset, split.getLength())。
下面是保存SplitMetaInfo信息的实现：

  private static void writeJobSplitMetaInfo(FileSystem fs, Path filename,
      FsPermission p, int splitMetaInfoVersion,
      JobSplit.SplitMetaInfo[] allSplitMetaInfo) throws IOException {
    // write the splits meta-info to a file for the job tracker
    FSDataOutputStream out = FileSystem.create(fs, filename, p);
    out.write(JobSplit.META_SPLIT_FILE_HEADER); // 写入META头信息：META_SPLIT_FILE_HEADER = "META-SPL".getBytes("UTF-8");
    WritableUtils.writeVInt(out, splitMetaInfoVersion); // META版本信息：1
    WritableUtils.writeVInt(out, allSplitMetaInfo.length); // META对象的数量：每个InputSplit对应一个SplitMetaInfo
    for (JobSplit.SplitMetaInfo splitMetaInfo : allSplitMetaInfo) {
      splitMetaInfo.write(out); // 每个都进行存储
    }
    out.close();
  }

看一下SplitMetaInfo存储时包含的数据信息：

    public void write(DataOutput out) throws IOException {
      WritableUtils.writeVInt(out, locations.length); // location个数
      for (int i = 0; i < locations.length; i++) {
        Text.writeString(out, locations[i]); // 写入每一个location位置信息 
      }
      WritableUtils.writeVLong(out, startOffset); // 偏移量
      WritableUtils.writeVLong(out, inputDataLength); // 数据长度
    }

最后，我们看一下这些数据保存的目录和文件情况。前面已经知道Job提交目录，下面看split存储的文件是如何构建的：

    FSDataOutputStream out = createFile(fs, JobSubmissionFiles.getJobSplitFile(jobSubmitDir), conf);
    SplitMetaInfo[] info = writeNewSplits(conf, splits, out);

那么split保存的文件为：/tmp/hadoop/mapred/staging/shirdrn/.staging/job_200912121733_0002/job.split。
同样，split元数据信息文件构建如下所示：

    writeJobSplitMetaInfo(fs,JobSubmissionFiles.getJobSplitMetaFile(jobSubmitDir),
        new FsPermission(JobSubmissionFiles.JOB_FILE_PERMISSION), splitVersion, info);

split元数据信息文件为：/tmp/hadoop/mapred/staging/shirdrn/.staging/job_200912121733_0002/job.splitmetainfo。

保存Job配置数据

在提交Job到JobTracker之前，还需要保存Job的配置信息，这些配置数据根据用户在MR程序中配置，覆盖默认的配置值，最后保存到XML文件（job.xml）到HDFS，供JobTracker查询。如下代码，创建submitJobFile文件并写入job配置数据：

...
        Path submitJobFile = JobSubmissionFiles.getJobConfPath(submitJobDir);
        jobCopy.set("mapreduce.job.dir", submitJobDir.toString());
...
        // Write job file to JobTracker's fs       
        FSDataOutputStream out = FileSystem.create(fs, submitJobFile, new FsPermission(JobSubmissionFiles.JOB_FILE_PERMISSION));
...
          try {
            jobCopy.writeXml(out);
          } finally {
            out.close();
          }

前面已经知道Job提交目录，我们很容易就能得到job.xml文件的存储路径：/tmp/hadoop/mapred/staging/shirdrn/.staging/job_200912121733_0002/job.xml。

最后，所有的数据都已经准备完成，JobClient就可以基于JobSubmissionProtocol协议方法submitJob，提交Job到JobTracker运行。