11.Spark Core-Spark运行原理

本文主要分以下章节:

一、Spark专业术语定义

二、 Spark的任务提交机制

一、Spark专业术语定义

1、Application:Spark应用程序

指的是用户编写的Spark应用程序,包含了Driver功能代码和分布在集群中多个节点上运行的Executor代码。

Spark应用程序,由一个或多个作业JOB组成,如下图所示:

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2、Driver:驱动程序

Spark中的Driver即运行上述Application的Main()函数并且创建SparkContext,其中创建SparkContext的目的是为了准备Spark应用程序的运行环境。在Spark中由SparkContext负责和ClusterManager通信,进行资源的申请、任务的分配和监控等;当Executor部分运行完毕后,Driver负责将SparkContext关闭。通常SparkContext代表Driver,如下图所示:

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3、Cluster Manager:资源管理器

指的是在集群上获取资源的外部服务,常用的有:Standalone,Spark原生的资源管理器,由Master负责资源的分配;Haddop Yarn,由Yarn中的ResearchManager负责资源的分配;Messos,由Messos中的Messos Master负责资源管理,如下图所示:

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4、Executor:执行器

Application运行在Worker节点上的一个进程,该进程负责运行Task,并且负责将数据存在内存或者磁盘上,每个Application都有各自独立的一批Executor,如下图所示:

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5、Worker:计算节点

集群中任何可以运行Application代码的节点,类似于Yarn中的NodeManager节点。在Standalone模式中指的就是通过Slave文件配置的Worker节点,在Spark on Yarn模式中指的就是NodeManager节点,在Spark on Messos模式中指的就是Messos Slave节点,如下图所示:

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6、RDD:弹性分布式数据集

Resillient Distributed Dataset,Spark的基本计算单元,可以通过一系列算子进行操作(主要有Transformation和Action操作),如下图所示:

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7、窄依赖

父RDD每一个分区最多被一个子RDD的分区所用;表现为一个父RDD的分区对应于一个子RDD的分区,或两个父RDD的分区对应于一个子RDD 的分区。如图所示:

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8、宽依赖

父RDD的每个分区都可能被多个子RDD分区所使用,子RDD分区通常对应所有的父RDD分区。如图所示:

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常见的窄依赖有:map、filter、union、mapPartitions、mapValues、join(父RDD是hash-partitioned :如果JoinAPI之前被调用的RDD API是宽依赖(存在shuffle), 而且两个join的RDD的分区数量一致,join结果的rdd分区数量也一样,这个时候join api是窄依赖)。

常见的宽依赖有groupByKey、partitionBy、reduceByKey、join(父RDD不是hash-partitioned :除此之外的,rdd 的join api是宽依赖)。

9、DAG:有向无环图

Directed Acycle graph,反应RDD之间的依赖关系,如图所示:

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10、DAGScheduler:有向无环图调度器

基于DAG划分Stage 并以TaskSet的形势提交Stage给TaskScheduler;负责将作业拆分成不同阶段的具有依赖关系的多批任务;最重要的任务之一就是:计算作业和任务的依赖关系,制定调度逻辑。在SparkContext初始化的过程中被实例化,一个SparkContext对应创建一个DAGScheduler。

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11、TaskScheduler:任务调度器

将Taskset提交给worker(集群)运行并回报结果;负责每个具体任务的实际物理调度。如图所示:

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12、Job:作业

由一个或多个调度阶段所组成的一次计算作业;包含多个Task组成的并行计算,往往由Spark Action催生,一个JOB包含多个RDD及作用于相应RDD上的各种Operation。如图所示:

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13、Stage:调度阶段

一个任务集对应的调度阶段;每个Job会被拆分很多组Task,每组任务被称为Stage,也可称TaskSet,一个作业分为多个阶段;Stage分成两种类型ShuffleMapStage、ResultStage。如图所示:

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14、TaskSet:任务集

由一组关联的,但相互之间没有Shuffle依赖关系的任务所组成的任务集。如图所示:

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提示:

1)一个Stage创建一个TaskSet;

2)为Stage的每个Rdd分区创建一个Task,多个Task封装成TaskSet

15、Task:任务

被送到某个Executor上的工作任务;单个分区数据集上的最小处理流程单元。如图所示:

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总体如图所示:

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二 Spark的任务提交机制

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作业执行流程描述:

1、客户端启动后直接运行用户程序,启动Driver相关的工作:DAGScheduler和BlockManagerMaster等。

2、客户端的Driver向Master注册。

3、Master还会让Worker启动Exeuctor。Worker创建一个ExecutorRunner线程,ExecutorRunner会启动ExecutorBackend进程。

4、ExecutorBackend启动后会向Driver的SchedulerBackend注册。Driver的DAGScheduler解析作业并生成相应的Stage,每个Stage包含的Task通过TaskScheduler分配给Executor执行。

5、所有stage都完成后作业结束。

简单理解:

首先Driver和master通信(提交任务,申请资源,传送driverUrl地址)如 spark-submit xxx.jar --total-executor-cores 2 --executor-memory 512,该命令执行后master会根据提交的信息申请资源;

master主要做几件事情:1拿出所有workers上的资源;2按照资源的大小进行排序;3按照排序顺序取资源;4让worker启动executor。

最后把任务换分为stage,将stage添加到taskSet中。循环taskset,将task下发。

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Spark在不同集群中的运行架构

Spark 注重建立良好的生态系统,它不仅支持多种外部文件存储系统,提供了多种多样的集群运行模式。部署在单台机器上时,既可以用本地(Local)模式运行,也 可以使用伪分布式模式来运行;当以分布式集群部署的时候,可以根据自己集群的实际情况选择Standalone模式(Spark自带的模式)、YARN- Client模式或者YARN-Cluster模式。Spark的各种运行模式虽然在启动方式、运行位置、调度策略上各有不同,但它们的目的基本都是一致 的,就是在合适的位置安全可靠的根据用户的配置和Job的需要运行和管理Task。

** Spark on Standalone运行过程**

Standalone 模式是Spark实现的资源调度框架,其主要的节点有Client节点、Master节点和Worker节点。其中Driver既可以运行在Master 节点上中,也可以运行在本地Client端。当用spark-shell交互式工具提交Spark的Job时,Driver在Master节点上运行;当 使用spark-submit工具提交Job或者在Eclips、IDEA等开发平台上使用”new SparkConf.setManager(“spark://master:7077”)”方式运行Spark任务时,Driver是运行在本地 Client端上的。
其运行过程如下:

1.SparkContext连接到Master,向Master注册并申请资源(CPU Core 和Memory);
2.Master根据SparkContext的资源申请要求和Worker心跳周期内报告的信息决定在哪个Worker上分配资源,然后在该Worker上获取资源,然后启动StandaloneExecutorBackend;
3.StandaloneExecutorBackend向SparkContext注册;
4.SparkContext将Applicaiton代码发送给StandaloneExecutorBackend;并且SparkContext解 析Applicaiton代码,构建DAG图,并提交给DAG Scheduler分解成Stage(当碰到Action操作时,就会催生Job;每个Job中含有1个或多个Stage,Stage一般在获取外部数据 和shuffle之前产生),然后以Stage(或者称为TaskSet)提交给Task Scheduler,Task Scheduler负责将Task分配到相应的Worker,最后提交给StandaloneExecutorBackend执行;
5.StandaloneExecutorBackend会建立Executor线程池,开始执行Task,并向SparkContext报告,直至Task完成。
6.所有Task完成后,SparkContext向Master注销,释放资源。

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