Flink架构与集群部署（一）

Apache Flink架构Flink组件栈在Flink的整个软件架构体系中同样遵循这分层的架构设计理念在降低系统耦合度的同时也为上层用户构建Flink应用提供了丰富且友好的接口。上图是Flink基本组件栈从上图可以看出整个Flink的架构体系可以分为三层从下往上依次是物理部署层、Runtime 核心层、APILibraries层。物理部署层该层主要涉及Flink的部署模式目前Flink支持多种部署模式本地Local、集群Standalone/Yarn、KubernetesFlink能够通过该层支撑不同平台的部署用户可以根据需要来选择对应的部署模式目前在企业中使用最多的是基于Yarn进行部署也就是Flink On Yarn。Runtime核心层该层主要负责对上层不同接口提供基础服务也是Flink分布式计算框架的核心实现层支持分布式Stream作业的执行、JobGraph到ExecutionGraph的映射转换、任务调度等将DataStream和DataSet转成统一可执行的Task Oparator达到在流式引擎下同时处理批量计算和流式计算的目的。API Libraries层作为分布式计算框架Flink同时提供了支撑流计算和批计算接口未来批计算接口会被弃用在Flink1.15 版本中批计算接口已经标记为Legacy已过时后续版本建议使用Flink流计算接口基于此接口之上抽象出不同应用类型的组件库例如FlinkML 机器学习库、FlinkCEP 复杂事件处理库、Flink Gelly 图处理库、SQLTable 库。DataSet API 和DataStream API 两者都提供给用户丰富的数据处理高级API例如Map、FlatMap操作等同时也提供了比较底层的ProcessFunction API ,用户可以直接操作状态和时间等底层数据。这些API将在下个章节介绍。Flink运行时架构Flink整个系统主要由两个组件组成分别为JobManager和TaskManagerFlink架构也遵循Master-Slave架构设计原则JobManager为Master节点TaskManager为WorkerSlave节点。所有组件之间的通信都是借助于Akka Framework包括任务的状态以及Checkpoint触发等信息。Flink运行时架构如下下面分别介绍下架构中涉及到的角色作用。Flink Clients客户端Flink客户端负责将任务提交到集群与JobManager构建Akka连接然后将任务提交到JobManager通过和JobManager之间进行交互获取任务执行状态。Flink客户端Clients不是Flink程序运行时的一部分作用是向JobManager准备和发送dataflow之后客户端可以断开detached mode连接或者保持连接(attached mode)。客户端提交任务可以采用CLI方式或者通过使用Flink WebUI提交也可以在应用程序中指定JobManager的RPC网络端口构建ExecutionEnvironment提交Flink应用。JobManagerJobManager负责整个Flink集群任务的调度以及资源的管理从客户端中获取提交的应用然后根据集群中TaskManager上TaskSlot的使用情况为提交的应用分配相应的TaskSlots资源并命令TaskManger启动从客户端中获取的应用。JobManager相当于整个集群的Master节点Flink HA 集群中可以有多个JobManager但整个集群中有且仅有一个活跃的JobManager其他的都是StandBy。JobManager和TaskManager之间通过Actor System进行通信获取任务执行的情况并通过Actor System将应用的任务执行情况发送给客户端。同时在任务执行过程中Flink JobManager会触发Checkpoints操作每个TaskManager节点收到Checkpoint触发指令后完成Checkpoint操作所有的Checkpoint协调过程都是在Flink JobManager中完成。当任务完成后Flink会将任务执行的信息反馈给客户端并且释放掉TaskManager中的资源以供下一次提交任务使用。JobManager由三个不同的组件组成ResourceManager:这里说的ResourceManager不是Yarn资源管理中的ResourceManager而是Flink中的ResourceManager其主要负责Flink集群资源分配、管理和回收。在Flink中这里说的资源主要是TaskManager节点上的Task Slot计算资源Flink中每个提交的任务最终会转换成task每个task需要发送到TaskManager 上的slot中执行slot是资源调度最小的单位Flink为不同的环境和资源提供者例如Yarn/Kubernetes和Standalone实现了对应的ResourceManager这些ResourceManager负责申请启动TaskManager获取Slot资源。在Standalone集群中集群启动会同时启动TaskManager不支持提交任务时启动TaskManager没有Per-Job任务提交模式ResourceManager只能分配可用TaskManager的slots而不支持自行启动新的TaskManager而基于其他资源调度框架执行任务时当ResourceManager管理对应的TaskManager没有足够的slot会申请启动新的TaskManager进程。DispatcherDispatcher提供了一个REST接口用来提交Flink应用程序执行例如CLI客户端或Flink Web UI提交的任务最终都会发送至Dispatcher组件由Dispatcher组件对JobGraph进行分发和执行并为每个提交的作业启动一个新的 JobMaster它还运行 Flink WebUI 用来提供作业执行信息。JobMasterJobMaster负责管理整个任务的生命周期负责将Dispatcher提交上来的JobGraph转换成ExecutionGraph执行图结构通过内部调度程序对ExecutionGraph执行图进行调度和执行最终向TaskManager中提交和运行Task实例同时监控各个Task的运行状况直到整个作业中所有的Task都执行完毕。JobManager和ResourceManager组件一样JobManager组件本身也是RPC服务具备通信能力可以与ResourceManager进行RPC通信申请任务的计算资源资源申请到位后就会将对应Task任务发送到TaskManager上执行当Flink Task任务执行完毕后JobMaster服务会关闭同时释放任务占用的计算资源。所以JobMaster与对应的Flink job是一一对应的。TaskManagerTaskManager负责向整个集群提供Slot计算资源同时管理了JobMaster提交的Task任务。TaskManager会提供JobManager从ResourceManager中申请和分配的Slot计算资源JobMaster最终会根据分配到的Slot计算资源将Task提交到TaskManager上运行。另外TaskManager还可缓存数据TaskManager之间可以进行DataStream数据的交换。一个Flink集群中至少有一个TaskManager在TaskManager中资源调度的最小单位是 task slot ,一个TaskManger中的task Slot个数决定了当前TaskManger最高支持的并发task个数一个task Slot中可以执行多个算子。可以看出Flink的任务运行其实是采用多线程的方式这和MapReduce多JVM进程的方式有很大的区别Fink能够极大提高CPU使用效率在多个任务和Task之间通过TaskSlot方式共享系统资源每个TaskManager中通过管理多个TaskSlot资源池进行对资源进行有效管理。