Spark原理

时间：2024-10-29 15:57:15

主要包括：

  • 核心组件的运行机制（Master，Worker，SparkContext等）
  • 任务调度的原理
  • Shuffile的原理
  • 内存管理
  • 数据倾斜处理
  • Spark优化

核心组件的运行机制

Spark 执行任务的原理：

Spark on Yarn:

Cluster模型：

Client模型：

Master Worker通信原理

RpcEnv是RPC的环境对象，管理着整个 RpcEndpoint 的生命周期，其主要功能有：根据name或uri注册endpoints、管理各种消息的处理、停止endpoints。其中RpcEnv只能通过RpcEnvFactory创建得到。 RpcEnv中的核心方法：

// RpcEndpoint 向 RpcEnv 注册 
def setupEndpoint(name: String, endpoint: RpcEndpoint): RpcEndpointRef
// 根据参数信息，从 RpcEnv 中获得一个远程的RpcEndpoint 
def setupEndpointRef(address: RpcAddress, endpointName: String): RpcEndpointRef

RpcEndpoint：是一个特质，表示一个消息通信体，可以接收、发送、处理消息

生命周期为：construct（构建）->onStart(运行)->receive*（接收消息）->onStop(停止)

Spark的Master和Worker都实现了RpcEndpoint这个特征

RpcEndPointRef：RpcEndPointRef是对远程RpcEndpoint的一个引用，当需要向一个具体的RpcEndpoint发送消息时，需要获取到该RpcEndpoint的引用，然后通过该引用发送消息。

备注*：在Spark源码中，看到private[spark],意思是在spark的包是私有的，除了在spark之外包不能使用

SparkEnv

SparkEnv是Spark计算层的基石，不管是Driver还是Executor，都需要依赖SparkEnv来进行计算，它是Spark的运行环境对象。

看下SparkEnv源码中的构造方法：

class SparkEnv (
    val executorId: String,---------------------->Executor 的id
    private[spark] val rpcEnv: RpcEnv, ---------------------->通信组件，使SparkEnv具备通信能力
    val serializer: Serializer,
    val closureSerializer: Serializer,
    val serializerManager: SerializerManager,---------------------->序列化管理器
    val mapOutputTracker: MapOutputTracker,---------------------->map阶段输出追踪器
    val shuffleManager: ShuffleManager,---------------------->Shuffle管理器
    val broadcastManager: BroadcastManager,---------------------->广播管理器
    val blockManager: BlockManager,---------------------->块管理器
    val securityManager: SecurityManager,---------------------->安全管理器
    val metricsSystem: MetricsSystem,---------------------->度量系统
    val memoryManager: MemoryManager,---------------------->内存管理器
    val outputCommitCoordinator: OutputCommitCoordinator,---------------------->输出提交协调器
    val conf: SparkConf

从SparkEnv的成员变量可以验证，SparkEnv包含了Spark运行的很多重要组件

SparkEnv的单例对象：

SparkEnv单例对象在JVM是单例的，集群情况下Driver和Executor独自的jvm进程，它们都有各自的SparkEnv单例对象

SparkContext

SparkContext使Spark功能的主要入口点，主要代标与spark的连接，能够用来在集群上创建RDD、累加器、广播变量。每个JVM里之恶能存在一个处于激活状态的SparkContext,在创建新的SparkContext之前必须调用stop()来关闭之前的SparkContext。

源码里SparkContext的一些成员变量

  //spark的配置，本质上是一个并行map集合
  private var _conf: SparkConf = _
  private var _eventLogDir: Option[URI] = None
  private var _eventLogCodec: Option[String] = None
  private var _listenerBus: LiveListenerBus = _
  //构建整个环境,从上面分析的SparkEnv源码可知，SparkContext具备通信，广播，度量等能力
  private var _env: SparkEnv = _
  //状态追踪
  private var _statusTracker: SparkStatusTracker = _
  //进度条
  private var _progressBar: Option[ConsoleProgressBar] = None
  private var _ui: Option[SparkUI] = None
  private var _hadoopConfiguration: Configuration = _
  private var _executorMemory: Int = _
  private var _schedulerBackend: SchedulerBackend = _
  private var _taskScheduler: TaskScheduler = _
  //通信
  private var _heartbeatReceiver: RpcEndpointRef = _
  @volatile private var _dagScheduler: DAGScheduler = _
  //应用id
  private var _applicationId: String = _
  private var _applicationAttemptId: Option[String] = None
  private var _eventLogger: Option[EventLoggingListener] = None
  //动态资源分配
  private var _executorAllocationManager: Option[ExecutorAllocationManager] = None
  //资源的清理
  private var _cleaner: Option[ContextCleaner] = None
  private var _listenerBusStarted: Boolean = false
  private var _jars: Seq[String] = _
  private var _files: Seq[String] = _
  private var _shutdownHookRef: AnyRef = _
  private var _statusStore: AppStatusStore = _

SparkContext初始化

调度的三大组件启动流程

  • DAGScheduler(高层调度器，class)：负责将DAG拆分成不同Stage（TaskSet），然后提交给TaskScheduler进行具体处理
  • TaskScheduler（底层调度器，trait，只有一种实现TaskSchedulerImpl）：负责实际每个具体Task的物理调度执行
  • SchedulerBackend（trait）：有多种实现，分别对应不同的资源管理器
    • Standalone模式下，其实现为：StandaloneSchedulerBackend
    • 对应Yarn
    • 。。。。
启动流程：
val (sched, ts) = SparkContext.createTaskScheduler(this, master, deployMode)
------>SparkContext.createTaskScheduler#
-----------> case SPARK_REGEX(sparkUrl) =>
-----------> val scheduler = new TaskSchedulerImpl(sc)//创建scheduler
-----------> val backend = new StandaloneSchedulerBackend(scheduler, sc, masterUrls)
----------->scheduler.initialize(backend)
----------------->TaskSchedulerImpl#initialize //初始化
-----------------------> this.backend = backend//赋值SchedulerBackend
-----------------------> schedulableBuilder={match}//选择调度策略
----------->(backend, scheduler)
------>_schedulerBackend = sched//给_schedulerBackend赋值
------>_taskScheduler = ts//给_taskScheduler赋值
------>_dagScheduler = new DAGScheduler(this)//_dagScheduler
------>_taskScheduler.start()//启动_taskScheduler
----------->TaskSchedulerImpl#start()
----------------->backend.start()//启动backend
----------------------->StandaloneSchedulerBackend#start//启动
---------------------------->super.start()
----------------------------------->CoarseGrainedSchedulerBackend#start
--------------------------------------->driverEndpoint = createDriverEndpointRef(properties)//创建Driver的Endpoint
---------------------------------------------->DriverEndpoint#onStart//自动执行onStart
---------------------------------------------------->reviveThread.scheduleAtFixedRate//间隔1s执行
---------------------------------------------------------->  Option(self).foreach(_.send(ReviveOffers))//自己给自己发消息
---------------------------------------------->case ReviveOffers =>makeOffers()//接收搭配ReviveOffers这个消息触发
---------------------------------------------->makeOffers()//调度的是底层的资源 只有资源没有任务  offer-》Taskschedule（负责将底层的资源和任务结合起来）
-------------------------------------------------->scheduler.resourceOffers(workOffers)//将集群的资源以Offer的方式发给上层的TaskSchedulerImpl。
-----------------> client = new StandaloneAppClient(sc.env.rpcEnv, masters, appDesc, this, conf)//创建 StandaloneAppClient
----------------->client.start()
----------------->ClientEndpoint#oNstart=>registerWithMaster(1)//应用程序向 Master 注册

根据以上的方法执行栈可以得出：SparkContext初始化的过程中完成了TaskScheduler，SchedulerBackend，DAGScheduler三个组件的初始化，在初始化的过程中会向master发送注册消息，Driver会周期性的给自己发送消息，调度底层的资源，将集群中的资源以offer的形式发给TaskSchedulerImpl，TaskSchedulerImpl拿到DAGScheduler分配的TaskSet，给task分配资源

作业执行流程(追源码绘制)：

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