Linkis任务执行流程

计算任务（Job）的提交执行是Linkis提供的核心能力，它几乎串通了Linkis计算治理架构中的所有模块，在Linkis之中占据核心地位。

我们将用户的计算任务从客户端提交开始，到最后的返回结果为止，整个流程分为三个阶段：提交 -> 准备 -> 执行，如下图所示：

计算任务整体流程图

其中：

  • Entrance作为提交阶段的入口，提供任务的接收、调度和Job信息的转发能力，是所有计算型任务的统一入口，它将把计算任务转发给Orchestrator进行编排和执行；

  • Orchestrator作为准备阶段的入口，主要提供了Job的解析、编排和执行能力。。

  • Linkis Manager：是计算治理能力的管理中枢，主要的职责为：

    1. ResourceManager：不仅具备对Yarn和Linkis EngineConnManager的资源管理能力，还将提供基于标签的多级资源分配和回收能力，让ResourceManager具备跨集群、跨计算资源类型的全资源管理能力；

    2. AppManager：统筹管理所有的EngineConnManager和EngineConn，包括EngineConn的申请、复用、创建、切换、销毁等生命周期全交予AppManager进行管理；

    3. LabelManager：将基于多级组合标签，为跨IDC、跨集群的EngineConn和EngineConnManager路由和管控能力提供标签支持；

    4. EngineConnPluginServer：对外提供启动一个EngineConn的所需资源生成能力和EngineConn的启动命令生成能力。

  • EngineConnManager：是EngineConn的管理器，提供引擎的生命周期管理，同时向RM汇报负载信息和自身的健康状况。

  • EngineConn：是Linkis与底层计算存储引擎的实际连接器，用户所有的计算存储任务最终都会交由EngineConn提交给底层计算存储引擎。根据用户的不同使用场景，EngineConn提供了交互式计算、流式计算、离线计算、数据存储任务的全栈计算能力框架支持。

接下来，我们将详细介绍计算任务从 提交 -> 准备 -> 执行 的三个阶段。

一、提交阶段

提交阶段主要是Client端 -> Linkis Gateway -> Entrance的交互，其流程如下：

提交阶段流程图

  1. 首先，Client（如前端或客户端）发起Job请求，Job请求信息精简如下 （关于Linkis的具体使用方式，请参考 如何使用Linkis）：
  1. POST /api/rest_j/v1/entrance/submit
  1. {
  2.     "executionContent": {"code": "show tables", "runType": "sql"},
  3.     "params": {"variable": {}, "configuration": {}},  //非必须
  4.     "source": {"scriptPath": "file:///1.hql"}, //非必须，仅用于记录代码来源
  5.     "labels": {
  6.         "engineType": "spark-2.4.3",  //指定引擎
  7.         "userCreator": "johnnwnag-IDE"  // 指定提交用户和提交系统
  8.     }
  9. }

  1. Linkis-Gateway接收到请求后，根据URI /api/rest_j/v1/${serviceName}/.+中的serviceName，确认路由转发的微服务名，这里Linkis-Gateway会解析出微服务名为entrance，将Job请求转发给Entrance微服务。需要说明的是：如果用户指定了路由标签，则在转发时，会根据路由标签选择打了相应标签的Entrance微服务实例进行转发，而不是随机转发。

  2. Entrance接收到Job请求后，会先简单校验请求的合法性，然后通过RPC调用JobHistory对Job的信息进行持久化，然后将Job请求封装为一个计算任务，放入到调度队列之中，等待被消费线程消费。

  3. 调度队列会为每个组开辟一个消费队列 和 一个消费线程，消费队列用于存放已经初步封装的用户计算任务，消费线程则按照FIFO的方式，不断从消费队列中取出计算任务进行消费。目前默认的分组方式为 Creator + User（即提交系统 + 用户），因此，即便是同一个用户，只要是不同的系统提交的计算任务，其实际的消费队列和消费线程都完全不同，完全隔离互不影响。（温馨提示：用户可以按需修改分组算法）

  4. 消费线程取出计算任务后，会将计算任务提交给Orchestrator，由此正式进入准备阶段。

二、 准备阶段

准备阶段主要有两个流程，一是向LinkisManager申请一个可用的EngineConn，用于接下来的计算任务提交执行，二是Orchestrator对Entrance提交过来的计算任务进行编排，将一个用户计算请求，通过编排转换成一个物理执行树，然后交给第三阶段的执行阶段去真正提交执行。

2.1 向LinkisManager申请可用EngineConn

如果在LinkisManager中，该用户存在可复用的EngineConn，则直接锁定该EngineConn，并返回给Orchestrator，整个申请流程结束。

如何定义可复用EngineConn？指能匹配计算任务的所有标签要求的，且EngineConn本身健康状态为Healthy（负载低且实际EngineConn状态为Idle）的，然后再按规则对所有满足条件的EngineConn进行排序选择，最终锁定一个最佳的EngineConn。

如果该用户不存在可复用的EngineConn，则此时会触发EngineConn新增流程，关于EngineConn新增流程，请参阅：EngineConn新增流程 。

2.2 计算任务编排

Orchestrator主要负责将一个计算任务（JobReq），编排成一棵可以真正执行的物理执行树（PhysicalTree），并提供Physical树的执行能力。

这里先重点介绍Orchestrator的计算任务编排能力，如下图：

编排流程图

其主要流程如下：

  • Converter（转换）：完成对用户提交的JobReq（任务请求）转换为Orchestrator的ASTJob，该步骤会对用户提交的计算任务进行参数检查和信息补充，如变量替换等；

  • Parser（解析）：完成对ASTJob的解析，将ASTJob拆成由ASTJob和ASTStage组成的一棵AST树。

  • Validator（校验）： 完成对ASTJob和ASTStage的检验和信息补充，如代码检查、必须的Label信息补充等。

  • Planner（计划）：将一棵AST树转换为一棵Logical树。此时的Logical树已经由LogicalTask组成，包含了整个计算任务的所有执行逻辑。

  • Optimizer(优化阶段)：将一棵Logical树转换为Physica树，并对Physical树进行优化。

一棵Physical树，其中的很多节点都是计算策略逻辑，只有中间的ExecTask，才真正封装了将用户计算任务提交给EngineConn进行提交执行的执行逻辑。如下图所示：

Physical树

不同的计算策略，其Physical树中的JobExecTask 和 StageExecTask所封装的执行逻辑各不相同。

如多活计算策略下，用户提交的一个计算任务，其提交给不同集群的EngineConn进行执行的执行逻辑封装在了两个ExecTask中，而相关的多活策略逻辑则体现在了两个ExecTask的父节点StageExecTask（End）之中。

这里举多活计算策略下的多读场景。

多读时，实际只要求一个ExecTask返回结果，该Physical树就可以标记为执行成功并返回结果了，但Physical树只具备按依赖关系进行依次执行的能力，无法终止某个节点的执行，且一旦某个节点被取消执行或执行失败，则整个Physical树其实会被标记为执行失败，这时就需要StageExecTask（End）来做一些特殊的处理，来保证既可以取消另一个ExecTask，又能把执行成功的ExecTask所产生的结果集继续往上传，让Physical树继续往上执行。这就是StageExecTask所代表的计算策略执行逻辑。

Linkis Orchestrator的编排流程与很多SQL解析引擎（如Spark、Hive的SQL解析器）存在相似的地方，但实际上，Linkis Orchestrator是面向计算治理领域针对用户不同的计算治理需求，而实现的解析编排能力，而SQL解析引擎是面向SQL语言的解析编排。这里做一下简单区分：

  1. Linkis Orchestrator主要想解决的，是不同计算任务对计算策略所引发出的编排需求。如：用户想具备多活的能力，则Orchestrator会为用户提交的一个计算任务，基于“多活”的计算策略需求，编排出一棵Physical树，从而做到往多个集群去提交执行这个计算任务，并且在构建整个Physical树的过程中，已经充分考虑了各种可能存在的异常场景，并都已经体现在了Physical树中。

  2. Linkis Orchestrator的编排能力与编程语言无关，理论上只要是Linkis已经对接的引擎，其支持的所有编程语言都支持编排；而SQL解析引擎只关心SQL的解析和执行，只负责将一条SQL解析成一颗可执行的Physical树，最终计算出结果。

  3. Linkis Orchestrator也具备对SQL的解析能力，但SQL解析只是Orchestrator Parser针对SQL这种编程语言的其中一种解析实现。Linkis Orchestrator的Parser也考虑引入Apache Calcite对SQL进行解析，支持将一条跨多个计算引擎（必须是Linkis已经对接的计算引擎）的用户SQL，拆分成多条子SQL，在执行阶段时分别提交给对应的计算引擎进行执行，最后选择一个合适的计算引擎进行汇总计算。

经过了Linkis Orchestrator的解析编排后，用户的计算任务已经转换成了一颗可被执行的Physical树。Orchestrator会将该Physical树提交给Orchestrator的Execution模块，进入最后的执行阶段。

三、执行阶段

执行阶段主要分为如下两步，这两步是Linkis Orchestrator提供的最后两阶段的能力：

执行阶段流程图

其主要流程如下：

  • Execution（执行）：解析Physical树的依赖关系，按照依赖从叶子节点开始依次执行。

  • Reheater（再热）：一旦Physical树有节点执行完成，都会触发一次再热。再热允许依照Physical树的实时执行情况，动态调整Physical树，继续进行执行。如：检测到某个叶子节点执行失败，且该叶子节点支持重试（如失败原因是抛出了ReTryExecption），则自动调整Physical树，在该叶子节点上面添加一个内容完全相同的重试父节点。

我们回到Execution阶段，这里重点介绍封装了将用户计算任务提交给EngineConn的ExecTask节点的执行逻辑。

  1. 前面有提到，准备阶段的第一步，就是向LinkisManager获取一个可用的EngineConn，ExecTask拿到这个EngineConn后，会通过RPC请求，将用户的计算任务提交给EngineConn。

  2. EngineConn接收到计算任务之后，会通过线程池异步提交给底层的计算存储引擎，然后马上返回一个执行ID。

  3. ExecTask拿到这个执行ID后，后续可以通过该执行ID异步去拉取计算任务的执行情况（如：状态、进度、日志、结果集等）。

  4. 同时，EngineConn会通过注册的多个Listener，实时监听底层计算存储引擎的执行情况。如果该计算存储引擎不支持注册Listener，则EngineConn会为计算任务启动守护线程，定时向计算存储引擎拉取执行情况。

  5. EngineConn将拉取到的执行情况，通过RCP请求，实时传回Orchestrator所在的微服务。

  6. 该微服务的Receiver接收到执行情况后，会通过ListenerBus进行广播，Orchestrator的Execution消费该事件并动态更新Physical树的执行情况。

  7. 计算任务所产生的结果集，会在EngineConn端就写入到HDFS等存储介质之中。EngineConn通过RPC传回的只是结果集路径，Execution消费事件，并将获取到的结果集路径通过ListenerBus进行广播，使Entrance向Orchestrator注册的Listener能消费到该结果集路径，并将结果集路径写入持久化到JobHistory之中。

  8. EngineConn端的计算任务执行完成后，通过同样的逻辑，会触发Execution更新Physical树该ExecTask节点的状态，使得Physical树继续往上执行，直到整棵树全部执行完成。这时Execution会通过ListenerBus广播计算任务执行完成的状态。

  9. Entrance向Orchestrator注册的Listener消费到该状态事件后，向JobHistory更新Job的状态，整个任务执行完成。

最后，我们再来看下Client端是如何得知计算任务状态变化，并及时获取到计算结果的，具体如下图所示：

结果获取流程

具体流程如下：

  1. Client端定时轮询请求Entrance，获取计算任务的状态。

  2. 一旦发现状态翻转为成功，则向JobHistory发送获取Job信息的请求，拿到所有的结果集路径

  3. 通过结果集路径向PublicService发起查询文件内容的请求，获取到结果集的内容。

自此，整个Job的提交 -> 准备 -> 执行 三个阶段全部完成。