【Spark学习笔记】- 4运行架构核心组件核心概念

目录标题

- 1 运行架构
- 2 核心组件
- - 2.1 Driver
  - 2. 2 Executor
  - 2. 3 Master & Worker
  - 2. 4 ApplicationMaster
- 3 核心概念
- - 3.1 Executor 与 Core
  - 3. 2 并行度(Parallelism)
  - 3. 3 有向无环图(DAG)
- 4 提交流程
- - 4.1 Yarn Client 模式
  - 4. 2 Yarn Cluster 模式
- 5 分布式计算模拟
- - 5.1 Driver
  - 5.2 Executor
  - 5.3 Executor2
  - 5.4 Task
  - 5.5 SubTask

1 运行架构

Spark 框架的核心是一个计算引擎，整体来说，它采用了标准 master-slave 的结构。
如下图所示，它展示了一个 Spark 执行时的基本结构。图形中的 Driver 表示master，负责管理整个集群中的作业任务调度。图形中的 Executor 则是 slave，负责实际执行任务。

在这里插入图片描述

2 核心组件

由上图可以看出，对于 Spark 框架有两个核心组件：Driver&&Executor

2.1 Driver

Spark 驱动器节点，用于执行Spark 任务中的 main 方法，负责实际代码的执行工作。 Driver 在 Spark 作业执行时主要负责：

将用户程序转化为作业(job)
在 Executor 之间调度任务(task)
跟踪 Executor 的执行情况
通过 UI 展示查询运行情况

实际上，我们无法准确地描述 Driver 的定义，因为在整个的编程过程中没有看到任何有关 Driver 的字眼。所以简单理解，所谓的 Driver 就是驱使整个应用运行起来的程序，也称之为 Driver 类。

2. 2 Executor

Spark Executor 是集群中工作节点(Worker) 中的一个 JVM 进程，负责在 Spark 作业中运行具体任务 (Task) ，任务彼此之间相互独立。Spark 应用启动时， Executor 节点被同时启动，并且始终伴随着整个 Spark 应用的生命周期而存在。如果有 Executor 节点发生了故障或崩溃，Spark 应用也可以继续执行，会将出错节点上的任务调度到其他 Executor 节点上继续运行。

Executor 有两个核心功能：

负责运行组成 Spark 应用的任务，并将结果返回给驱动器进程
它们通过自身的块管理器(Block Manager) 为用户程序中要求缓存的 RDD 提供内存式存储。RDD 是直接缓存在 Executor 进程内的，因此任务可以在运行时充分利用缓存数据加速运算。

2. 3 Master & Worker

Spark 集群的独立部署环境中，不需要依赖其他的资源调度框架，自身就实现了资源调度的功能，所以环境中还有其他两个核心组件：Master 和 Worker，这里的 Master 是一个进程，主要负责资源的调度和分配，并进行集群的监控等职责，类似于 Yarn 环境中的RM, 而 Worker 呢，也是进程，一个 Worker 运行在集群中的一台服务器上，由Master 分配资源对数据进行并行的处理和计算，类似于 Yarn 环境中 NM。

2. 4 ApplicationMaster

Hadoop 用户向 YARN 集群提交应用程序时,提交程序中应该包含 ApplicationMaster，用于向资源调度器申请执行任务的资源容器 Container，运行用户自己的程序任务job，监控整个任务的执行，跟踪整个任务的状态，处理任务失败等异常情况。

说的简单点就是，ResourceManager (资源) 和 Driver (计算)之间的解耦合靠的就是 ApplicationMaster。

3 核心概念

3.1 Executor 与 Core

Spark Executor 是集群中运行在工作节点(Worker) 中的一个 JVM 进程，是整个集群中的专门用于计算的节点。在提交应用中，可以提供参数指定计算节点的个数，以及对应的资源。这里的资源一般指的是工作节点 Executor 的内存大小和使用的虚拟 CPU 核(Core)数量。

应用程序相关启动参数如下：

名称	说明
–num-executors	配置 Executor 的数量
–executor -memory	配置每个 Executor 的内存大小
–executor -cores	配置每个 Executor 的虚拟 CPU core 数量

3. 2 并行度(Parallelism)

在分布式计算框架中一般都是多个任务同时执行，由于任务分布在不同的计算节点进行计算，所以能够真正地实现多任务并行执行，记住，这里是并行，而不是并发。这里我们将整个集群并行执行任务的数量称之为并行度。那么一个作业到底并行度是多少呢？这个取决于框架的默认配置。应用程序也可以在运行过程中动态修改。

3. 3 有向无环图(DAG)

在这里插入图片描述

大数据计算引擎框架我们根据使用方式的不同一般会分为四类，其中第一类就是 Hadoop 所承载的 MapReduce,它将计算分为两个阶段，分别为 Map 阶段和 Reduce 阶段。对于上层应用来说，就不得不想方设法去拆分算法，甚至于不得不在上层应用实现多个 Job 的串联，以完成一个完整的算法，例如迭代计算。由于这样的弊端，催生了支持 DAG 框架的产生。因此，支持 DAG 的框架被划分为第二代计算引擎。如 Tez 以及更上层的 Oozie。这里我们不去细究各种 DAG 实现之间的区别，不过对于当时的 Tez 和 Oozie 来说，大多还是批处理的任务。接下来就是以 Spark 为代表的第三代的计算引擎。第三代计算引擎的特点主要是 Job 内部的 DAG 支持(不跨越 Job)，以及实时计算。

这里所谓的有向无环图，并不是真正意义的图形，而是由 Spark 程序直接映射成的数据流的高级抽象模型。简单理解就是将整个程序计算的执行过程用图形表示出来,这样更直观，更便于理解，可以用于表示程序的拓扑结构。

DAG (Directed Acyclic Graph) 有向无环图是由点和线组成的拓扑图形，该图形具有方向，不会闭环。

4 提交流程

所谓的提交流程，其实就是我们开发人员根据需求写的应用程序通过 Spark 客户端提交给 Spark 运行环境执行计算的流程。在不同的部署环境中，这个提交过程基本相同，但是又有细微的区别，我们这里不进行详细的比较，但是因为国内工作中，将 Spark 引用部署到 Yarn 环境中会更多一些，所以本课程中的提交流程是基于 Yarn 环境的。
在这里插入图片描述

Spark 应用程序提交到 Yarn 环境中执行的时候，一般会有两种部署执行的方式： Client 和 Cluster 。两种模式主要区别在于： Driver 程序的运行节点位置。

4.1 Yarn Client 模式

Client 模式将用于监控和调度的 Driver 模块在客户端执行，而不是在 Yarn 中，所以一般用于测试。

Driver 在任务提交的本地机器上运行
Driver 启动后会和 ResourceManager 通讯申请启动 ApplicationMaster
ResourceManager 分配 container，在合适的 NodeManager 上启动 ApplicationMaster ，负责向 ResourceManager 申请 Executor 内存
ResourceManager 接到 ApplicationMaster 的资源申请后会分配 container，然后 ApplicationMaster 在资源分配指定的 NodeManager 上启动 Executor 进程
Executor 进程启动后会向Driver 反向注册， Executor 全部注册完成后 Driver 开始执行
main 函数
之后执行到 Action 算子时，触发一个 Job，并根据宽依赖开始划分 stage，每个 stage 生成对应的 TaskSet，之后将 task 分发到各个 Executor 上执行。

4. 2 Yarn Cluster 模式

Cluster 模式将用于监控和调度的 Driver 模块启动在 Yarn 集群资源中执行。一般应用于实际生产环境。

在 YARN Cluster 模式下，任务提交后会和 ResourceManager 通讯申请启动
ApplicationMaster，
随后 ResourceManager 分配 container，在合适的 NodeManager 上启动 ApplicationMaster，此时的 ApplicationMaster 就是 Driver。
Driver 启动后向 ResourceManager 申请 Executor 内存， ResourceManager 接到 ApplicationMaster 的资源申请后会分配 container，然后在合适的 NodeManager 上启动 Executor 进程
Executor 进程启动后会向Driver 反向注册， Executor 全部注册完成后 Driver 开始执行
main 函数，
之后执行到 Action 算子时，触发一个 Job，并根据宽依赖开始划分 stage，每个 stage 生成对应的 TaskSet，之后将 task 分发到各个 Executor 上执行。

5 分布式计算模拟

5.1 Driver

package com.atguigu.bigdata.spark.core.test

import java.io.{ObjectOutputStream, OutputStream}
import java.net.Socket

object Driver {

    def main(args: Array[String]): Unit = {
        // 连接服务器
        val client1 = new Socket("localhost", 9999)
        val client2 = new Socket("localhost", 8888)

        val task = new Task()

        val out1: OutputStream = client1.getOutputStream
        val objOut1 = new ObjectOutputStream(out1)

        val subTask = new SubTask()
        subTask.logic = task.logic
        subTask.datas = task.datas.take(2)

        objOut1.writeObject(subTask)
        objOut1.flush()
        objOut1.close()
        client1.close()

        val out2: OutputStream = client2.getOutputStream
        val objOut2 = new ObjectOutputStream(out2)

        val subTask1 = new SubTask()
        subTask1.logic = task.logic
        subTask1.datas = task.datas.takeRight(2)
        objOut2.writeObject(subTask1)
        objOut2.flush()
        objOut2.close()
        client2.close()
        println("客户端数据发送完毕")
    }
}

5.2 Executor

package com.atguigu.bigdata.spark.core.test

import java.io.{InputStream, ObjectInputStream}
import java.net.{ServerSocket, Socket}

object Executor {

    def main(args: Array[String]): Unit = {

        // 启动服务器，接收数据
        val server = new ServerSocket(9999)
        println("服务器启动，等待接收数据")

        // 等待客户端的连接
        val client: Socket = server.accept()
        val in: InputStream = client.getInputStream
        val objIn = new ObjectInputStream(in)
        val task: SubTask = objIn.readObject().asInstanceOf[SubTask]
        val ints: List[Int] = task.compute()
        println("计算节点[9999]计算的结果为：" + ints)
        objIn.close()
        client.close()
        server.close()
    }
}

5.3 Executor2

package com.atguigu.bigdata.spark.core.test

import java.io.{InputStream, ObjectInputStream}
import java.net.{ServerSocket, Socket}

object Executor2 {

    def main(args: Array[String]): Unit = {

        // 启动服务器，接收数据
        val server = new ServerSocket(8888)
        println("服务器启动，等待接收数据")

        // 等待客户端的连接
        val client: Socket = server.accept()
        val in: InputStream = client.getInputStream
        val objIn = new ObjectInputStream(in)
        val task: SubTask = objIn.readObject().asInstanceOf[SubTask]
        val ints: List[Int] = task.compute()
        println("计算节点[8888]计算的结果为：" + ints)
        objIn.close()
        client.close()
        server.close()
    }
}

5.4 Task

package com.atguigu.bigdata.spark.core.test

class Task extends Serializable {

    val datas = List(1,2,3,4)

    //val logic = ( num:Int )=>{ num * 2 }
    val logic : (Int)=>Int = _ * 2


}

5.5 SubTask

package com.atguigu.bigdata.spark.core.test

class SubTask extends Serializable {
    var datas : List[Int] = _
    var logic : (Int)=>Int = _

    // 计算
    def compute() = {
        datas.map(logic)
    }
}