Flink Runtime 架構設計
整體架構
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Flink Runtime │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ │
│ │ Dispatcher │ │ JobMaster │ │ResourceMgr │ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────┘ │
│ │ │ │ │
│ └────────────────┼────────────────┘ │
│ │ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐│
│ │ Execution Layer ││
│ │ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ││
│ │ │ExecutionGraph│ │ Scheduler │ │ Execution │ ││
│ │ │ │ │ │ │ │ ││
│ │ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────┘ ││
│ └─────────────────────────────────────────────────────────────┘│
│ │ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐│
│ │ Task Execution Layer ││
│ │ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ││
│ │ │TaskExecutor │ │ State │ │ Checkpoint │ ││
│ │ │ │ │ Backend │ │ │ ││
│ │ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────┘ ││
│ └─────────────────────────────────────────────────────────────┘│
│ │ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐│
│ │ Network Layer ││
│ │ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ││
│ │ │ Net │ │ Shuffle │ │ RPC │ ││
│ │ │ │ │ │ │ │ ││
│ │ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────┘ ││
│ └─────────────────────────────────────────────────────────────┘│
│ │ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐│
│ │ HA Layer ││
│ │ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ││
│ │ │HighAvailability│LeaderElection│LeaderRetrieval│ ││
│ │ │ │ │ │ │ │ ││
│ │ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────┘ ││
│ └─────────────────────────────────────────────────────────────┘│
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
組件層次結構
1. 管理層 (Management Layer)
- Dispatcher: 作業調度入口
- JobMaster: 作業執行管理器
- ResourceManager: 資源管理器
2. 執行層 (Execution Layer)
- ExecutionGraph: 執行圖管理
- Scheduler: 任務調度器
- Execution: 執行環境
3. 任務執行層 (Task Execution Layer)
- TaskExecutor: 任務執行器
- State Backend: 狀態后端
- Checkpoint: 檢查點機制
4. 網絡層 (Network Layer)
- Net: 網絡通信
- Shuffle: 數據混洗
- RPC: 遠程過程調用
5. 高可用層 (High Availability Layer)
- HighAvailability: 高可用性
- LeaderElection: 領導者選舉
- LeaderRetrieval: 領導者檢索
數據流架構
┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐
│ Client │───?│ Dispatcher │───?│ JobMaster │
└─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────┘│ │▼ ▼┌─────────────┐ ┌─────────────┐│ResourceMgr │?───│TaskExecutor │└─────────────┘ └─────────────┘│ │▼ ▼┌─────────────┐ ┌─────────────┐│ Cluster │ │ Execution ││ Resources │ │ Engine │└─────────────┘ └─────────────┘
作業執行流程
1. 作業提交流程
Client│▼
Dispatcher (接收作業)│▼
JobMaster (創建作業)│▼
ResourceManager (請求資源)│▼
TaskExecutor (分配資源)│▼
Execution (開始執行)
2. 任務調度流程
JobMaster│▼
Scheduler (調度策略)│▼
ExecutionGraph (執行計劃)│▼
TaskExecutor (任務執行)│▼
State Backend (狀態管理)
3. 數據流處理
Source Operator│▼
Stream Operator│▼
Sink Operator│▼
Checkpoint (狀態快照)
容錯架構
1. 檢查點機制
┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐
│ Checkpoint │───?│ State │───?│ Storage │
│ Coordinator │ │ Backend │ │ Backend │
└─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────┘│ │ │▼ ▼ ▼
┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐
│ Barrier │ │ Snapshot │ │ Recovery │
│ Mechanism │ │ Mechanism │ │ Mechanism │
└─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────┘
2. 故障恢復流程
Failure Detection│▼
Checkpoint Trigger│▼
State Snapshot│▼
Recovery Process│▼
State Restoration
資源管理架構
1. 資源分配
ResourceManager│├─── CPU Resources│├─── Memory Resources│├─── Network Resources│└─── Storage Resources
2. 槽位管理
Slot Pool│├─── Available Slots│├─── Allocated Slots│├─── Pending Requests│└─── Slot Status
網絡架構
1. 數據傳輸
TaskExecutor A│▼
Network Buffer│▼
Network Channel│▼
Network Buffer│▼
TaskExecutor B
2. 背壓機制
Producer│▼
Credit-based Flow Control│▼
Backpressure Detection│▼
Consumer
高可用架構
1. 領導者選舉
ZooKeeper/K8s│├─── Leader Election│├─── Service Discovery│├─── Configuration Management│└─── Failure Detection
2. 故障轉移
Active Service│▼
Failure Detection│▼
Leader Election│▼
Standby Service│▼
Service Recovery
內存架構
1. 內存模型
JVM Heap│├─── User Code│├─── Flink Runtime│└─── JVM Overhead
Off-heap Memory│├─── Network Buffers│├─── Managed Memory│└─── Direct Memory
2. 內存分配策略
Memory Manager│├─── Network Buffer Pool│├─── Managed Memory Pool│├─── Direct Memory Pool│└─── Memory Monitoring
監控架構
1. 指標收集
Metrics System│├─── System Metrics│├─── Application Metrics│├─── Custom Metrics│└─── Health Checks
2. 監控數據流
TaskExecutor│▼
Metrics Reporter│▼
Metrics Registry│▼
External Monitoring System
擴展點架構
1. 插件化設計
Core Runtime│├─── State Backend Plugin│├─── Resource Manager Plugin│├─── Scheduler Plugin│└─── Metrics Reporter Plugin
2. 配置管理
Configuration System│├─── Static Configuration│├─── Dynamic Configuration│├─── Environment Variables│└─── Configuration Validation
性能優化架構
1. 網絡優化
- 零拷貝傳輸: 減少數據拷貝開銷
- 批量傳輸: 提高網絡利用率
- 連接復用: 減少連接建立開銷
2. 內存優化
- 內存池: 減少內存分配開銷
- 序列化優化: 提高序列化性能
- 緩存策略: 優化數據訪問模式
3. 調度優化
- 智能調度: 優化任務分配
- 負載均衡: 平衡集群負載
- 資源預測: 預測資源需求
安全架構
1. 認證機制
Security Manager│├─── Authentication│├─── Authorization│├─── Encryption│└─── Audit Logging
2. 網絡安全
Network Security│├─── SSL/TLS│├─── Kerberos│├─── SASL│└─── Network Isolation
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