Spark技术内幕:Stage划分及提交源码分析

简介:

当触发一个RDD的action后,以count为例,调用关系如下:

  1. org.apache.spark.rdd.RDD#count
  2. org.apache.spark.SparkContext#runJob
  3. org.apache.spark.scheduler.DAGScheduler#runJob
  4. org.apache.spark.scheduler.DAGScheduler#submitJob
  5. org.apache.spark.scheduler.DAGSchedulerEventProcessActor#receive(JobSubmitted)
  6. org.apache.spark.scheduler.DAGScheduler#handleJobSubmitted

其中步骤五的DAGSchedulerEventProcessActor是DAGScheduler 的与外部交互的接口代理,DAGScheduler在创建时会创建名字为eventProcessActor的actor。这个actor的作用看它的实现就一目了然了:

  /**
   * The main event loop of the DAG scheduler.
   */
  def receive = {
    case JobSubmitted(jobId, rdd, func, partitions, allowLocal, callSite, listener, properties) =>
      dagScheduler.handleJobSubmitted(jobId, rdd, func, partitions, allowLocal, callSite,
        listener, properties) // 提交job,来自与RDD->SparkContext->DAGScheduler的消息。之所以在这需要在这里中转一下,是为了模块功能的一致性。

    case StageCancelled(stageId) => // 消息源org.apache.spark.ui.jobs.JobProgressTab,在GUI上显示一个SparkContext的Job的执行状态。
      // 用户可以cancel一个Stage,会通过SparkContext->DAGScheduler 传递到这里。
      dagScheduler.handleStageCancellation(stageId)

    case JobCancelled(jobId) => // 来自于org.apache.spark.scheduler.JobWaiter的消息。取消一个Job
      dagScheduler.handleJobCancellation(jobId)

    case JobGroupCancelled(groupId) => // 取消整个Job Group
      dagScheduler.handleJobGroupCancelled(groupId)

    case AllJobsCancelled => //取消所有Job
      dagScheduler.doCancelAllJobs()

    case ExecutorAdded(execId, host) => // TaskScheduler得到一个Executor被添加的消息。具体来自org.apache.spark.scheduler.TaskSchedulerImpl.resourceOffers
      dagScheduler.handleExecutorAdded(execId, host)

    case ExecutorLost(execId) => //来自TaskScheduler
      dagScheduler.handleExecutorLost(execId)

    case BeginEvent(task, taskInfo) => // 来自TaskScheduler
      dagScheduler.handleBeginEvent(task, taskInfo)

    case GettingResultEvent(taskInfo) => //处理获得TaskResult信息的消息
      dagScheduler.handleGetTaskResult(taskInfo)

    case completion @ CompletionEvent(task, reason, _, _, taskInfo, taskMetrics) => //来自TaskScheduler,报告task是完成或者失败
      dagScheduler.handleTaskCompletion(completion)

    case TaskSetFailed(taskSet, reason) => //来自TaskScheduler,要么TaskSet失败次数超过阈值或者由于Job Cancel。
      dagScheduler.handleTaskSetFailed(taskSet, reason)

    case ResubmitFailedStages => //当一个Stage处理失败时,重试。来自org.apache.spark.scheduler.DAGScheduler.handleTaskCompletion
      dagScheduler.resubmitFailedStages()
  }

总结一下org.apache.spark.scheduler.DAGSchedulerEventProcessActor的作用:可以把他理解成DAGScheduler的对外的功能接口。它对外隐藏了自己内部实现的细节,也更易于理解其逻辑;也降低了维护成本,将DAGScheduler的比较复杂功能接口化。


handleJobSubmitted

org.apache.spark.scheduler.DAGScheduler#handleJobSubmitted首先会根据RDD创建finalStage。finalStage,顾名思义,就是最后的那个Stage。然后创建job,最后提交。提交的job如果满足一下条件,那么它将以本地模式运行:

1)spark.localExecution.enabled设置为true  并且 2)用户程序显式指定可以本地运行 并且 3)finalStage的没有父Stage 并且 4)仅有一个partition

3)和 4)的话主要为了任务可以快速执行;如果有多个stage或者多个partition的话,本地运行可能会因为本机的计算资源的问题而影响任务的计算速度。

要理解什么是Stage,首先要搞明白什么是Task。Task是在集群上运行的基本单位。一个Task负责处理RDD的一个partition。RDD的多个patition会分别由不同的Task去处理。当然了这些Task的处理逻辑完全是一致的。这一组Task就组成了一个Stage。有两种Task:

  1.  org.apache.spark.scheduler.ShuffleMapTask
  2.  org.apache.spark.scheduler.ResultTask

ShuffleMapTask根据Task的partitioner将计算结果放到不同的bucket中。而ResultTask将计算结果发送回Driver Application。一个Job包含了多个Stage,而Stage是由一组完全相同的Task组成的。最后的Stage包含了一组ResultTask。

在用户触发了一个action后,比如count,collect,SparkContext会通过runJob的函数开始进行任务提交。最后会通过DAG的event processor 传递到DAGScheduler本身的handleJobSubmitted,它首先会划分Stage,提交Stage,提交Task。至此,Task就开始在运行在集群上了。

一个Stage的开始就是从外部存储或者shuffle结果中读取数据;一个Stage的结束就是由于发生shuffle或者生成结果时。


创建finalStage

handleJobSubmitted 通过调用newStage来创建finalStage:

finalStage = newStage(finalRDD, partitions.size, None, jobId, callSite)

创建一个result stage,或者说finalStage,是通过调用org.apache.spark.scheduler.DAGScheduler#newStage完成的;而创建一个shuffle stage,需要通过调用org.apache.spark.scheduler.DAGScheduler#newOrUsedStage。 

private def newStage(
      rdd: RDD[_],
      numTasks: Int,
      shuffleDep: Option[ShuffleDependency[_, _, _]],
      jobId: Int,
      callSite: CallSite)
    : Stage =
  {
    val id = nextStageId.getAndIncrement()
    val stage =
      new Stage(id, rdd, numTasks, shuffleDep, getParentStages(rdd, jobId), jobId, callSite)
    stageIdToStage(id) = stage
    updateJobIdStageIdMaps(jobId, stage)
    stage
  }

对于result 的final stage来说,传入的shuffleDep是None。

我们知道,RDD通过org.apache.spark.rdd.RDD#getDependencies可以获得它依赖的parent RDD。而Stage也可能会有parent Stage。看一个RDD论文的Stage划分吧:


一个stage的边界,输入是外部的存储或者一个stage shuffle的结果;输入则是Job的结果(result task对应的stage)或者shuffle的结果。

上图的话stage3的输入则是RDD A和RDD F shuffle的结果。而A和F由于到B和G需要shuffle,因此需要划分到不同的stage。

从源码实现的角度来看,通过触发action也就是最后一个RDD创建final stage(上图的stage 3),我们注意到new Stage的第五个参数就是该Stage的parent Stage:通过rdd和job id获取:

// 生成rdd的parent Stage。没遇到一个ShuffleDependency,就会生成一个Stage
  private def getParentStages(rdd: RDD[_], jobId: Int): List[Stage] = {
    val parents = new HashSet[Stage] //存储parent stage
    val visited = new HashSet[RDD[_]] //存储已经被访问到得RDD
    // We are manually maintaining a stack here to prevent StackOverflowError
    // caused by recursively visiting // 存储需要被处理的RDD。Stack中得RDD都需要被处理。
    val waitingForVisit = new Stack[RDD[_]]
    def visit(r: RDD[_]) {
      if (!visited(r)) {
        visited += r
        // Kind of ugly: need to register RDDs with the cache here since
        // we can't do it in its constructor because # of partitions is unknown
        for (dep <- r.dependencies) {
          dep match {
            case shufDep: ShuffleDependency[_, _, _] => // 在ShuffleDependency时需要生成新的stage
              parents += getShuffleMapStage(shufDep, jobId)
            case _ =>
              waitingForVisit.push(dep.rdd) //不是ShuffleDependency,那么就属于同一个Stage
          }
        }
      }
    }
    waitingForVisit.push(rdd) // 输入的rdd作为第一个需要处理的RDD。然后从该rdd开始,顺序访问其parent rdd
    while (!waitingForVisit.isEmpty) { //只要stack不为空,则一直处理。
      visit(waitingForVisit.pop()) //每次visit如果遇到了ShuffleDependency,那么就会形成一个Stage,否则这些RDD属于同一个Stage
    }
    parents.toList
  }

生成了finalStage后,就需要提交Stage了。

  // 提交Stage,如果有parent Stage没有提交,那么递归提交它。
  private def submitStage(stage: Stage) {
    val jobId = activeJobForStage(stage)
    if (jobId.isDefined) {
      logDebug("submitStage(" + stage + ")")
      // 如果当前stage不在等待其parent stage的返回,并且 不在运行的状态, 并且 没有已经失败(失败会有重试机制,不会通过这里再次提交)
      if (!waitingStages(stage) && !runningStages(stage) && !failedStages(stage)) {
        val missing = getMissingParentStages(stage).sortBy(_.id)
        logDebug("missing: " + missing)
        if (missing == Nil) { // 如果所有的parent stage都已经完成,那么提交该stage所包含的task
          logInfo("Submitting " + stage + " (" + stage.rdd + "), which has no missing parents")
          submitMissingTasks(stage, jobId.get)
        } else {
          for (parent <- missing) { // 有parent stage为完成,则递归提交它
            submitStage(parent)
          }
          waitingStages += stage
        }
      }
    } else {
      abortStage(stage, "No active job for stage " + stage.id)
    }
  }


DAGScheduler将Stage划分完成后,提交实际上是通过把Stage转换为TaskSet,然后通过TaskScheduler将计算任务最终提交到集群。其所在的位置如下图所示。


接下来,将分析Stage是如何转换为TaskSet,并最终提交到Executor去运行的。


BTW,最近工作太忙了,基本上到家洗漱完都要10点多。也再没有精力去进行源码解析了。幸运的是周末不用加班。因此以后的博文更新都要集中在周末了。加油。


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