MaxCompute Spark 资源使用优化详解

本文作者：吴数傑 阿里云智能 开发工程师

1. 概述

本文主要讲解MaxCompute Spark资源调优，目的在于在保证Spark任务正常运行的前提下，指导用户更好地对Spark作业资源使用进行优化，极大化利用资源，降低成本。

2. Sensor

• Sensor提供了一种可视化的方式监控运行中的Spark进程，每个worker（Executor）及master（Driver）都具有各自的状态监控图，可以通过Logview中找到入口，如下图所示：    

• 打开Sensor之后，可以看到下图提供了Driver/Executor在其生命周期内的CPU和内存的使用情况：

• cpu_plan/mem_plan（蓝线）代表了用户申请的CPU和内存计划量
• 用户可以直观地从cpu_usage图中看出任务运行中的CPU利用率
• mem_usage代表了任务运行中的内存使用，是mem_rss和page cache两项之和，详见下文

• Memory Metrics

• mem_rss 代表了进程所占用了常驻内存，这部分内存也就是Spark任务运行所使用的实际内存，通常需要用户关注，如果该内存超过用户申请的内存量，就可能会发生OOM，导致Driver/Executor进程终止。此外，该曲线也可以用于指导用户进行内存优化，如果实际使用量远远小于用户申请量，则可以减少内存申请，极大化利用资源，降低成本。
• mem_cache（page_cache）用于将磁盘中的数据缓存到内存中，从而减少磁盘I/O操作，通常由系统进行管理，如果物理机内存充足，那么mem_cache可能会使用很多，用户可以不必关心该内存的分配和回收。

3. 资源参数调优

（1）Executor Cores

• 相关参数：spark.executor.cores

• 每个Executor的核数，即每个Executor中的可同时运行的task数目
• Spark任务的最大并行度是num-executors * executor-cores
• Spark任务执行的时候，一个CPU core同一时间最多只能执行一个Task。如果CPU core数量比较充足，通常来说，可以比较快速和高效地执行完这些Task。同时也要注意，每个Executor的内存是多个Task共享的，如果单个Executor核数太多，内存过少，那么也很可能发生OOM。

（2）Executor Num

• 相关参数：spark.executor.instances

• 该参数用于设置Spark作业总共要用多少个Executor进程来执行
• 通常用户可以根据任务复杂度来决定到底需要申请多少个Executor
• 此外，需要注意，如果出现Executor磁盘空间不足，或者部分Executor OOM的问题，可以通过减少单个Executor的cores数，增加Executor的instances数量来保证任务总体并行度不变，同时降低任务失败的风险。

（3）Executor Memory

• 相关参数：spark.executor.memory

• 该参数用于设置每个Executor进程的内存。Executor内存的大小，很多时候直接决定了Spark作业的性能，而且JVM OOM在Executor中更为常见。

• 相关参数2：spark.executor.memoryOverhead

• 设置申请Executor的堆外内存，主要用于JVM自身，字符串, NIO Buffer等开销，注意memoryOverhead 这部分内存并不是用来进行计算的，用户代码及spark都无法直接操作。
• 如果不设置该值，那么默认为spark.executor.memory * 0.10，最小为384 MB

• Executor 内存不足的表现形式：

• 在Executor的日志（Logview->某个Worker->StdErr）中出现Cannot allocate memory

• 在任务结束的Logview result的第一行中出现：The job has been killed by "OOM Killer", please check your job's memory usage.
• 在Sensor中发现内存使用率非常高
• 在Executor的日志中出现java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
• 在Executor的日志中出现GC overhead limit exceeded
• Spark UI中发现频繁的GC信息
• 可能出现OOM的间接表现形式：部分Executor出现No route to host: workerd********* / Could not find CoarseGrainedScheduler等错误

• 可能原因及解决方案：

• 限制executor 并行度，将cores 调小：多个同时运行的 Task 会共享一个Executor 的内存，使得单个 Task 可使用的内存减少，调小并行度能缓解内存压力增加单个Executor内存
• 增加分区数量，减少每个executor负载
• 考虑数据倾斜问题，因为数据倾斜导致某个 task 内存不足，其它 task 内存足够
• 如果出现了上文所述的Cannot allocate memory或The job has been killed by "OOM Killer", please check your job's memory usage，这种情况通常是由于系统内存不足，可以适当增加一些堆外内存来缓解内存压力，通常设置spark.executor.memoryOverhead为1g/2g就足够了

（4）Driver Cores

• 相关参数spark.driver.cores

• 通常Driver Cores不需要太大，但是如果任务较为复杂（如Stage及Task数量过多）或者Executor数量过多（Driver需要与每个Executor通信并保持心跳），在Sensor中看到Cpu利用率非常高，那么可能需要适当调大Driver Cores
• 另外要注意，在Yarn-Cluster模式运行Spark任务，不能直接在代码中设置Driver的资源配置（core/memory），因为在JVM启动时就需要该参数，因此需要通过--driver-memory命令行选项或在spark-defaults.conf文件/Dataworks配置项中进行设置。

（5）Driver Memory

• 相关参数1：spark.driver.memory

• 设置申请Driver的堆内内存，与executor类似

• 相关参数2：spark.driver.maxResultSize

• 代表每个Spark的action（例如collect）的结果总大小的限制，默认为1g。如果总大小超过此限制，作业将被中止，如果该值较高可能会导致Driver发生OOM，因此用户需要根据作业实际情况设置适当值。

• 相关参数3：spark.driver.memoryOverhead

• 设置申请Driver的堆外内存，与executor类似

• Driver的内存通常不需要太大，如果Driver出现内存不足，通常是由于Driver收集了过多的数据，如果需要使用collect算子将RDD的数据全部拉取到Driver上进行处理，那么必须确保Driver的内存足够大。
• 表现形式：

• Spark应用程序无响应或者直接停止
• 在Driver的日志（Logview->Master->StdErr）中发现了Driver OutOfMemory的错误
• Spark UI中发现频繁的GC信息
• 在Sensor中发现内存使用率非常高
• 在Driver的日志中出现Cannot allocate memory

• 可能原因及解决方案：

• 代码可能使用了collect操作将过大的数据集收集到Driver节点
• 在代码创建了过大的数组，或者加载过大的数据集到Driver进程汇总
• SparkContext，DAGScheduler都是运行在Driver端的。对应rdd的Stage切分也是在Driver端运行，如果用户自己写的程序有过多的步骤，切分出过多的Stage，这部分信息消耗的是Driver的内存，这个时候就需要调大Driver的内存。有时候如果stage过多，Driver端甚至会有栈溢出

（6）本地磁盘空间

• 相关参数：spark.hadoop.odps.cupid.disk.driver.device_size：

• 该参数代表为单个Driver或Executor申请的磁盘空间大小，默认值为20g，最大支持100g
• Shuffle数据以及BlockManager溢出的数据均存储在磁盘上

• 磁盘空间不足的表现形式：

• 在Executor/Driver的日志中发现了No space left on device错误

• 解决方案：

• 最简单的方法是直接增加更多的磁盘空间，调大spark.hadoop.odps.cupid.disk.driver.device_size
• 如果增加到100g之后依然出现该错误，可能是由于存在数据倾斜，shuffle或者cache过程中数据集中分布在某些block，也可能是单个Executor的shuffle数据量确实过大，可以尝试：

• 对数据重分区，解决数据倾斜问题
• 缩小单个Executor的任务并发spark.executor.cores
• 缩小读表并发spark.hadoop.odps.input.split.size
• 增加executor的数量spark.executor.instances

• 需要注意：

• 同样由于在JVM启动前就需要挂载磁盘，因此该参数必须配置在spark-defaults.conf文件或者dataworks的配置项中，不能配置在用户代码中
• 此外需要注意该参数的单位为g，不能省略g
• 很多时候由于用户配置位置有误或者没有带单位g，导致参数实际并没有生效，任务运行依然失败

4. 总结

上文主要介绍了MaxCompute Spark在使用过程中可能遇到的资源不足的问题及相应的解决思路，为了能够最大化利用资源，首先建议按照1: 4的比例来申请单个worker资源，即1 core: 4 gb memory，如果出现OOM，那么需要查看日志及Sensor对问题进行初步定位，再进行相应的优化和资源调整。不建议单个Executor Cores 设置过多，通常单个Executor在2-8 core是相对安全的，如果超过8，那么建议增加instance数量。适当增加堆外内存（为系统预留一些内存资源）也是一个常用的调优方法，通常在实践中可以解决很多OOM的问题。最后，用户可以参考官方文档https://spark.apache.org/docs/2.4.5/tuning.html，包含更多的内存调优技巧，如gc优化，数据序列化等。

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