Spark 架构与作业执行流程

1. 名词解释:

作业相关的名词解释

  1. Application:Spark Application的概念和Hadoop MapReduce中的类似,指的是用户编写的Spark应用程序,包含了一个Driver 功能的代码和分布在集群中多个节点上运行的Executor代码

  2. Driver: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。通常用SparkContext代表Drive

  3. Executor: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。在Spark on Yarn模式下,其进程名称为CoarseGrainedExecutorBackend,类似于Hadoop MapReduce中的YarnChild。一个CoarseGrainedExecutorBackend进程有且仅有一个executor对象,它负责将Task包装成taskRunner,并从线程池中抽取出一个空闲线程运行Task。每个CoarseGrainedExecutorBackend能并行运行Task的数量就取决于分配给它的CPU的个数了

  4. Cluster Manager:指的是在集群上获取资源的外部服务,目前有:

    • Standalone:Spark原生的资源管理,由Master负责资源的分配
    • Hadoop Yarn:由YARN中的ResourceManager负责资源的分配
  5. Worker: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

  6. 作业(Job):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

  7. 阶段(Stage):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

  8. 任务(Task): 被送到某个Executor上的工作任务

提交作业有四种方式,分别是 Driver运行在 Worker 上,Driver 运行在客户端,yarn client 模式和 yarn cluster 模式

2. Driver 运行在 Worker 上的执行流程

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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。

3. Driver 运行在客户端

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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。

4. 基于 YARN 的 Spark 架构与作业执行流程

4.1 Yarn-Client 模式

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  1. Spark Yarn Client向YARN的ResourceManager申请启动Application Master。同时在SparkContent初始化中将创建DAGScheduler和TASKScheduler等,由于我们选择的是Yarn-Client模式,程序会选择YarnClientClusterScheduler和YarnClientSchedulerBackend;

  2. ResourceManager收到请求后,在集群中选择一个NodeManager,为该应用程序分配第一个Container,要求它在这个Container中启动应用程序的ApplicationMaster,与YARN-Cluster区别的是在该ApplicationMaster不运行SparkContext,只与SparkContext进行联系进行资源的分派;

  3. Client中的SparkContext初始化完毕后,与ApplicationMaster建立通讯,向ResourceManager注册,根据任务信息向ResourceManager申请资源(Container);

  4. 一旦ApplicationMaster申请到资源(也就是Container)后,便与对应的NodeManager通信,要求它在获得的Container中启动启动CoarseGrainedExecutorBackend,CoarseGrainedExecutorBackend启动后会向Client中的SparkContext注册并申请Task;

  5. Client中的SparkContext分配Task给CoarseGrainedExecutorBackend执行,CoarseGrainedExecutorBackend运行Task并向Driver汇报运行的状态和进度,以让Client随时掌握各个任务的运行状态,从而可以在任务失败时重新启动任务;

  6. 应用程序运行完成后,Client的SparkContext向ResourceManager申请注销并关闭自己。

4.2 YARN-Cluster 模式

在YARN-Cluster模式中,当用户向YARN中提交一个应用程序后,YARN将分两个阶段运行该应用程序:第一个阶段是把Spark的Driver作为一个ApplicationMaster在YARN集群中先启动;第二个阶段是由ApplicationMaster创建应用程序,然后为它向ResourceManager申请资源,并启动Executor来运行Task,同时监控它的整个运行过程,直到运行完成。


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  1. Spark Yarn Client向YARN中提交应用程序,包括ApplicationMaster程序、启动ApplicationMaster的命令、需要在Executor中运行的程序等;

  2. ResourceManager收到请求后,在集群中选择一个NodeManager,为该应用程序分配第一个Container,要求它在这个Container中启动应用程序的ApplicationMaster,其中ApplicationMaster进行SparkContext等的初始化;

  3. ApplicationMaster向ResourceManager注册,这样用户可以直接通过ResourceManage查看应用程序的运行状态,然后它将采用轮询的方式通过RPC协议为各个任务申请资源,并监控它们的运行状态直到运行结束;

  4. 一旦ApplicationMaster申请到资源(也就是Container)后,便与对应的NodeManager通信,要求它在获得的Container中启动启动CoarseGrainedExecutorBackend,CoarseGrainedExecutorBackend启动后会向ApplicationMaster中的SparkContext注册并申请Task。这一点和Standalone模式一样,只不过SparkContext在Spark Application中初始化时,使用CoarseGrainedSchedulerBackend配合YarnClusterScheduler进行任务的调度,其中YarnClusterScheduler只是对TaskSchedulerImpl的一个简单包装,增加了对Executor的等待逻辑等;

  5. ApplicationMaster中的SparkContext分配Task给CoarseGrainedExecutorBackend执行,CoarseGrainedExecutorBackend运行Task并向ApplicationMaster汇报运行的状态和进度,以让ApplicationMaster随时掌握各个任务的运行状态,从而可以在任务失败时重新启动任务;

  6. 应用程序运行完成后,ApplicationMaster向ResourceManager申请注销并关闭自己。

4.3 YARN-Client 与 YARN-Cluster 区别

理解YARN-Client和YARN-Cluster深层次的区别之前先清楚一个概念:Application Master。在YARN中,每个Application实例都有一个ApplicationMaster进程,它是Application启动的第一个容器。它负责和ResourceManager打交道并请求资源,获取资源之后告诉NodeManager为其启动Container。从深层次的含义讲YARN-Cluster和YARN-Client模式的区别其实就是ApplicationMaster进程的区别。

  • YARN-Cluster模式下,Driver运行在AM(Application Master)中,它负责向YARN申请资源,并监督作业的运行状况。当用户提交了作业之后,就可以关掉Client,作业会继续在YARN上运行,因而YARN-Cluster模式不适合运行交互类型的作业;

  • YARN-Client模式下,Application Master仅仅向YARN请求Executor,Client会和请求的Container通信来调度他们工作,也就是说Client不能离开。

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