Spark源码剖析 - SparkContext的初始化(二)_创建执行环境SparkEnv

2. 创建执行环境SparkEnv

SparkEnv是Spark的执行环境对象，其中包括众多与Executor执行相关的对象。由于在local模式下Driver会创建Executor，local-cluster部署模式或者Standalone部署模式下Worker另起的CoarseGrainedExecutorBackend进程中也会创建Executor，所以SparkEnv存在于Driver或者CoarseGrainedExecutorBackend进程中。创建SparkEnv主要使用SparkEnv的createDriverEnv，SparkEnv.createDriverEnv方法有三个参数：conf、isLocal和listenerBus。

上面代码中的_conf是对SparkConf的复制，isLocal标识是否是单机模式，listenerBus采用监听器模式维护各类事件的处理。

SparkEnv的方法createDriverEnv最终调用create创建SparkEnv。SparkEnv的构造步骤如下：

1. 创建安全管理器SecurityManager；
2. 创建基于Netty的RPC通信工厂RpcEnv
3. 创建广播管理器BroadcastManager；
4. 创建Map任务输出跟踪器mapOutputTracker；
5. 实例化ShuffleManager；
6. 创建MemoryManager；
7. 创建块传输服务BlockTransferService；
8. 创建BlockManagerMaster；
9. 创建块管理器BlockManager；
10. 创建测量系统MetricsSystem；
11. 创建SparkEnv；

2.1 安全管理器SecurityManager

SecurityManager主要对权限、账户进行设置，如果使用Hadoop YARN作为集群管理器，则需要使用证书生成secret key登录，最后给当前系统设置默认的口令认证实例，此实例采用匿名内部类实现，如图：

2.2 创建基于Netty的RPC通信RpcEnv

Netty是Spark中最基础的设施。....

2.3 创建广播管理器BroadcastManager

BroadcastManager用于将配置信息和序列化后的RDD、Job以及ShuffleDependency等信息在本地存储。如果为了容灾，也会复制到其他节点上。创建BroadcastManager的代码如下：

BoradcastManager必须在其初始化方法initialize被调用后，才能生效。initialize方法实际利用发射生成广播工厂示例broadcastFactory(可以配置属性spark.broadcast.factory指定，默认为org.apache.spark.broadcast.TorrentBroadcastFactory)。BroadcastManager的广播方法new Broadcast实际代理了工厂broadcastFactory的new Broadcast方法来生成广播对象。unbroadcast方法实际代理了工厂broadcastFactory的unbroadcast方法生成非广播对象。BroadcastManager的initialize、unbroadcast及new Broadcast方法见代码：

2.4 创建Map任务输出跟踪器mapOutputTracker

mapOutputTracker用于跟踪map阶段任务的输出状态，此状态便于reduce阶段任务获取地址及中间输出结果。每个map任务或者reduce任务都会有其唯一标识，分别为mapId和reduceId。每个reduce任务的输入可能是多个map任务的输出，reduce会到各个map任务的所在节点上拉取Block，这一过程叫做shuffle。每批shuffle过程都有唯一的标识shuffleId。

这里先介绍下MapOutputTrackerMaster。MapOutputTrackerMaster内部使用mapStatuses：ConcurrentHashMap[Int, Array[MapStatus]]来维护跟踪各个map任务的输出状态。其中key对应shuffleId，Array存储各个map任务对应的状态信息MapStatus。由于MapStatus维护了map输出Block的地址BlockManagerId，所以reduce任务知道从何处获取map任务的中间输出。MapOutputTrackerMaster还使用cachedSerializedStatuses：ConcurrentHashMap[Int, Array[Byte]]维护序列化后的各个map任务的输出状态。其中key对应shuffleId，Array存储各个序列化MapStatus生成的字节数组。

Driver和Executor处理MapOutputTracker的方式有所不同。

• 如果当前应用程序是Driver，则创建MapOutputTrackerMaster，然后创建MapOutputTrackerMasterEndpoint，并且注册到RpcEnv中。
• 如果当前应用程序是Executor，则创建MapOutputTrackerWorker，并从RpcEnv中找到MapOutputTrackerMasterEndpoint的引用。

无论是Driver还是Executor，最后都由mapOutputTracker的属性trackerEndpoint持有MapOutputTrackerMasterEndpoint的引用，代码如图：

map任务的状态正是由Executor向持有的MapOutputTrackerMasterEndpoint发送消息，将map任务状态同步到mapOutputTracker的mapStatuses和cachedSerializedStatuses的。Executor究竟是如何找到MapOutputTrackerMasterEndpoint的？registerOrLookupEndpoint方法通过调用RpcUtils.makeDriverRef找到MapOutputTrackerMasterEndpoint，实际正是利用RpcEnv提供的分布式消息机制实现的。

2.5 实例化ShuffleManager

ShuffleManager负责管理本地及远程的block数据的shuffle操作。ShuffleManager默认为通过反射方式生成的SortShuffleManager实例。SortShuffleManager通过持有的IndexShuffleBlockManager间接操作BlockManager中的DiskBlockManager将map结果写入本地，并根据shuffleId、mapId写入索引文件，也能通过MapOutputTrackerMaster种种那个维护的mapStatuses从本地或者其他远程节点读取文件。Spark作为并行计算框架，同一个作业会被划分为多个任务在多个节点上并行执行，reduce的输入可能存在于多个节点上，因此需要通过“洗牌”将所有reduce的输入汇总起来，这个过程就是shuffle。

shuffleManager和MemoryManager的创建。

2.6 内存管理器MemoryManager

用于管理最大Execution内存和最大Storage内存，可以通过spark.memory.useLegacyMode选择StaticMemoryManager模式还是UnifiedMemoryManager模式。一般默认是UnifiedMemoryManager模式。对于StaticMemoryManager和UnifiedMemoryManager模式可以通过spark.executor.memory、spark.shuffle.memoryFraction、spark.shuffle.safetyFraction配置属性控制内存。

getMaxMemory方法用于获取shuffle所有线程占用的最大内存，实现如下：

MemoryManager通常运行在Executor中，Driver中的MemoryManager只有在local模式下才起作用。

2.7 创建块传输服务BlockTransferService

BlockTransferService默认为NettyBlockTransferService，它使用Netty提供的异步事件驱动的网络应用框架，提供web服务及客户端，获取远程节点上Block的集合。

2.8 BlockManagerMaster介绍

BlockManagerMaster负责对Block的管理和协调，具体操作依赖于BlockManagerMasterEndpoint。Driver和Executor处理BlockManagerMaster的方式不同：

• 如果当前应用程序是Driver，则创建BlockManagerMasterEndpoint，并且注册到RpcEnv中。
• 如果当前应用程序是Executor，则从RpcEnv中找到BlockManagerMasterEndpoint。

无论是Driver还是Executor，最后BlockManagerMaster的属性driverEndpoint将持有对BlockManagerMasterEndpoint的引用。BlockManagerMaster的创建代码如下：

registerOrLookupEndpoint已在2.4出现过，不再介绍。

2.9 创建块管理器BlockManager

BlockManager负责对Block的管理，只有在BlockManager的初始化方法initialize调用后，它才是有效的。BlockManager是存储系统的一部分。BlockManager的创建代码如下：

2.10 创建测量系统MetricsSystem

MetricsSystem是Spark的测量系统，创建MetricsSystem的代码如下：

上面调用的createMetricsSystem方法实际创建了MetricsSystem，代码如下：

构造MetricsSystem的过程最重要的是调用了MetricsConfig的initialize方法，见代码如下：

从以上实现可以看出，MetricsConfig的initialize方法主要负责加载metrics.properties文件中的属性配置，并对属性进行初始化转换。

例如，将属性

("*.sink.servlet.class"->"class1", "*.sink.servlet.path"->"path1")

转换为

Map("*" -> Properties("sink.servlet.class" -> "class1", "sink.servlet.path" -> "path1"))

2.11 创建SparkEnv

当所有的基础组件准备好后，最终使用下面的代码创建执行环境SparkEnv。

serializer和closureSerializer都是使用Class.forName反射生成的org.apache.spark.serializer.JavaSerializer类的实例，其中closureSerializer实例特别用来对Scala中的闭包进行序列化。

查看：Spark源码剖析——SparkContext的初始化

参考资料：

《深入理解Spark核心思想与源码分析》