Spark架构解析(转)

Application:

Application是创建了SparkContext实例对象的Spark用户，包含了Driver程序,
Spark-shell是一个应用程序，因为spark-shell在启动的时候创建了一个SparkContext对象，其名称为sc,也就是说只要创建一个SparkContext就有对应的application，而一个action对应一个driver.相对应的transformation只产生元数据。

Job:

和action相对应，每一个action例如count、saveAsTextFile等都会对应一个job实例，该job实例包含多任务的并行计算。

Stage：

一个job会被拆分成很多任务，每一组任务被称为stage，这个MapReduce的map和reduce任务很像，划分stage的依据在于：stage开始一般是由于读取外部数据或者shuffle数据、一个stage的结束一般是由于发生shuffle（例如reduceByKey操作）或者整个job结束时，例如要把数据放到hdfs等存储系统上

Driver Program：

运行main函数并且创建SparkContext实例的程序

Cluster Manager：

在集群上获取资源的外部服务（如：standalone,Mesos,yarn）。集群资源的管理外部服务，在spark上现在有standalone、yarn、mesos等三种集群资源管理器，spark自带的standalone模式能够满足大部分的spark计算环境对集群资源管理的需求，基本上只有在集群中运行多套计算框架的时候才考虑yarn和mesos

Worker Node：

集群中可以运行应用代码的工作节点，相当于Hadoop的slave节点

Executor：

在一个Worker Node上为应用启动的工作进程，在进程中赋值任务的运行，并且负责将数据存放在内存或磁盘上，必须注意的是，每个应用在一个Worker Node上只会有一个Executor，在Executor内部通过多线程的方式并发处理应用的任务。每个应用对应独立的executor.运行在不同的jvm.

Task：

被Driver送到Executor上的工作单元，通常情况下一个task会处理一个split的数据，每个split一般就是一个Block块的大小。split即内存槽

stage:

一个job会被拆分成多组任务，每组任务叫做stage(就像mapreduce分为map任务和reduce任务)。一般stage起始于从外部读数据，结束于shuffle阶段，或任务结束。

spark架构

任何Spark的进程都是一个JVM进程，既然是一个JVM进程，那么就可以配置它的堆大小（-Xmx和-Xms）,但是进程怎么使用堆内存和为什么需要它呢？下面是一个JVM堆空间下Spark的内存分配情况

默认情况下，Spark进程的堆空间是512mb，为了安全考虑同时避免OOM,Spark只允许利用90%的堆空间，spark中使用spark.storage.safetyFraction用来配置该值（默认是0.9). Spark作为一个内存计算工具，Spark可以在内存中存储数据，它只是把内存作为他的LRU缓存，这样大量的内存被用来缓存正在计算的数据，该部分占safe堆的60%，Spark使用spark.storage.memoryFraction控制该值，如果想知道Spark中能缓存了多少数据，可以统计所有Executor的堆大小，乘上safeFraction和memoryFraction，默认是54%,这就是Spark可用缓存数据使用的堆大小。
该部分介绍shuffle的内存使用情况，它通过堆大小 * spark.shuffle.safetyFraction * spark.shuffle.memoryFraction。 spark.shuffle.safetyFraction的默认值是0.8， spark.shuffle.memoryFraction的默认值是0.2，所以最终只能最多使堆空间的16%用于shuffle。，但是通常spark会使用这块内存用于shuffle中一些别的任务，当执行shuffle时，有时对数据进行排序，当进行排序时，需要缓冲排完序后的数据（注意不能改变LRU缓冲中的数据，因为后面可能要重用），这样就需要大量的RAM存储排完序后的数据块，当没有足够的内存用于排序，参考外排的实现，可以一块一块的排序，然后最终合并。
最后要讲到的一块内存是”unroll”,该快内存用于unroll计算如下：spark.storage.unrollFraction * spark.storage.memoryFraction * spark.storage.safetyFraction 。当我们需要在内存展开数据块的时候使用，那么为什么需要展开呢？因为spark允许以序列化和非序列化两种方式存储数据，序列化后的数据无法直接使用，所以使用时必须要展开。该部分内存占用缓存的内存，所以如果需要内存用于展开数据时，如果这个时候内存不够，那么Spark LRU缓存中的数据会删除一些快。
此时应该清楚知道spark怎么使用JVM中堆内存了，现在切换到集群模式，当你启动一个spark集群，如何看待它，下图是YARN模式下的

当运行在yarn集群上时，Yarn的ResourceMananger用来管理集群资源，集群上每个节点上的NodeManager用来管控所在节点的资源，从yarn的角度来看，每个节点看做可分配的资源池，当向ResourceManager请求资源时，它返回一些NodeManager信息，这些NodeManager将会提供execution container给你，每个execution container就是满足请求的堆大小的JVM进程，JVM进程的位置是由ResourceMananger管理的，不能自己控制，如果一个节点有64GB的内存被yarn管理（通过yarn.nodemanager.resource.memory-mb配置),当请求10个4G内存的executors时，这些executors可能运行在同一个节点上。
当在yarn上启动spark集群上，可以指定executors的数量（-num-executors或者spark.executor.instances)，可以指定每个executor使用的内存（-executor-memory或者spark.executor.memory),可以指定每个executor使用的cpu核数（-executor-cores或者spark.executor.cores),指定每个task执行使用的core数（spark.task.cpus),也可以指定driver应用使用的内存（-driver-memory和spark.driver.memory)
当在集群上执行应用时，job会被切分成stages,每个stage切分成task,每个task单独调度，可以把executor的jvm进程看做task执行池，每个executor有 spark.executor.cores / spark.task.cpus execution 个执行槽，这里有个例子：集群有12个节点运行Yarn的NodeManager，每个节点有64G内存和32的cpu核，每个节点可以启动2个executor，每个executor的使用26G内存，剩下的内用系统和别的服务使用，每个executor有12个cpu核用于执行task,这样整个集群有12 machines * 2 executors per machine * 12 cores per executor / 1 core = 288 个task执行槽，这意味着spark集群可以同时跑288个task,整个集群用户缓存数据的内存有0.9 spark.storage.safetyFraction * 0.6 spark.storage.memoryFraction * 12 machines * 2 executors per machine * 26 GB per executor = 336.96 GB.
到目前为止，我们已经了解了spark怎么使用JVM的内存以及集群上执行槽是什么，目前为止还没有谈到task的一些细节，这将在另一个文章中提高，基本上就是spark的一个工作单元，作为exector的jvm进程中的一个线程执行，这也是为什么spark的job启动时间快的原因，在jvm中启动一个线程比启动一个单独的jvm进程块（在hadoop中执行mapreduce应用会启动多个jvm进程）
下面将关注spark的另一个抽象：partition, spark处理的所有数据都会切分成partion,一个parition是什么以及怎么确定，partition的大小完全依赖数据源，spark中大部分用于读取数据的方法都可以指定生成的RDD中partition的个数，当从hdfs上读取一个文件时，会使用Hadoop的InputFormat来处理，默认情况下InputFormat返回每个InputSplit都会映射RDD中的一个Partition,大部分存储在HDFS上的文件每个数据块会生成一个InputSplit,每个数据块大小为64mb和128mb,因为HDFS上面的数据的块边界是按字节来算的（64mb一个块），但是当数据被处理是，它又要按记录进行切分，对于文本文件来说切分的字符就是换行符，对于sequence文件来说，他是块结束，如果是压缩文件，整个文件都被压缩了，它不能按行进行切分了，整个文件只有一个inputsplit,这样spark中也会只有一个parition,在处理的时候需要手动的repatition。

Spark架构与作业执行流程简介

Client：客户端进程，负责提交作业到Master。
Master：Standalone模式中主控节点，负责接收Client提交的作业，管理Worker，并命令Worker启动Driver和Executor。
Worker：Standalone模式中slave节点上的守护进程，负责管理本节点的资源，定期向 Master汇报心跳，接收Master的命令，启动Driver和Executor
Driver：一个Spark作业运行时包括一个Driver进程，也是作业的主进程，负责作业的解析、生成Stage并调度Task到Executor上。包括DAGScheduler，TaskScheduler。
Executor：即真正执行作业的地方，一个集群一般包含多个Executor，每个Executor接收Driver的命令Launch Task，一个Executor可以执行一到多个Task。
Stage：一个Spark作业一般包含一到多个Stage。
Task：一个Stage包含一到多个Task，通过多个Task实现并行运行的功能
DAGScheduler：实现将Spark作业分解成一到多个Stage，每个Stage根据RDD的Partition个数决定Task的个数，然后生成相应的Task set放到TaskScheduler中。
TaskScheduler：实现Task分配到Executor上执行。
提交作业有两种方式，分别是Driver（作业的master，负责作业的解析、生成stage并调度task到，包含DAGScheduler）运行在Worker上，Driver运行在客户端。接下来分别介绍两种方式的作业运行原理。

Driver运行在Worker上

通过org.apache.spark.deploy.Client类执行作业，作业运行命令如下：

 ./bin/spark-class org.apache.spark.deploy.Client launch spark://host:port file:///jar_url org.apache.spark.examples.SparkPi spark://host:port

作业执行流程描述：

1、客户端提交作业给Master
2、Master让一个Worker启动Driver，即SchedulerBackend。Worker创建一个DriverRunner线程，DriverRunner启动SchedulerBackend进程。
3、另外Master还会让其余Worker启动Exeuctor，即ExecutorBackend。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。SchedulerBackend进程中包含DAGScheduler，它会根据用户程序，生成执行计划，并调度执行。对于每个stage的task，都会被存放到TaskScheduler中，ExecutorBackend向SchedulerBackend汇报的时候把TaskScheduler中的task调度到ExecutorBackend执行。
5、所有stage都完成后作业结束。

Driver运行在客户端

 ./bin/run-example org.apache.spark.examples.SparkPi spark://host:port

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。

基于Yarn的Spark架构与作业执行流程

这里Spark AppMaster相当于Standalone模式下的SchedulerBackend，Executor相当于standalone的ExecutorBackend，spark AppMaster中包括DAGScheduler和YarnClusterScheduler。

refrences：

http://www.tuicool.com/articles/qaEVFb
http://www.cnblogs.com/gaoxing/p/5041806.html
http://blog.csdn.net/stark_summer/article/details/42833609