Spark作业调度中stage的划分

Posted 2021-09-16 <一蓑烟雨任平生>

目录

• • （1）Spark作业调度
  • （2）RDD依赖关系
  • （3）Stage的划分

Spark在接收到提交的作业后，会进行RDD依赖分析并划分成多个stage，以stage为单位生成taskset并提交调度。

（1）Spark作业调度

对RDD的操作分为transformation和action两类，真正的作业提交运行发生在action之后，调用action之后会将对原始输入数据的所有transformation操作封装成作业并向集群提交运行。这个过程大致可以如下描述：

• 由DAGScheduler对RDD之间的依赖性进行分析，通过DAG来分析各个RDD之间的转换依赖关系
• 根据DAGScheduler分析得到的RDD依赖关系将Job划分成多个stage
• 每个stage会生成一个TaskSet并提交给TaskScheduler，调度权转交给TaskScheduler，由它来负责分发task到worker执行

（2）RDD依赖关系

Spark中RDD的粗粒度操作，每一次transformation都会生成一个新的RDD，这样就会建立RDD之间的前后依赖关系，在Spark中，依赖关系被定义为两种类型，分别是窄依赖和宽依赖

• 窄依赖：父RDD的分区最多只会被子RDD的一个分区使用
• 宽依赖：父RDD的一个分区会被子RDD的多个分区使用

图中左边都是窄依赖关系，可以看出分区是1对1的。右边为宽依赖关系，有分区是1对多。

区分宽窄依赖，我们主要从父RDD的Partition流向来看：流向单个RDD就是窄依赖，流向多个RDD就是宽依赖。

（3）Stage的划分

Stage：
RDD在执行action操作时，会触发Job的提交，Spark会根据RDD的DAG图，将Job划分成多个阶段，每个阶段称为一个Stage。

Stage分为两种：Shuffle Map Stage和Result Stage。

• Shuffle Map Stage：Shuffle Map Stage阶段的task结果被输入到其他Stage。
• Result Stage：Result Stage阶段的task结果直接是job的结果，也就是说包含最后一个RDD的Stage就是Result Stage。

Shuffle Map Stage中的Task称为ShuffleMapTask，Result Stage中的Task称为ResultTask。

ShuffleMapTask的计算结果需要shuffle到下一个Stage，其本质上相当于MapReduce中的mapper。Result Task则相当于MapReduce中的reducer。因此整个计算过程会根据数据依赖关系自后向前建立，遇到宽依赖则形成新的Stage。

Stage的调度是由DAG Scheduler完成的。由RDD的有向无环图DAG切分出了Stage的有向无环图DAG。Stage以最后执行的Stage为根进行广度优先遍历，遍历到最开始执行的Stage执行，如果提交的Stage仍有未完成的父Stage，则Stage需要等待其父Stage执行完才能执行。

Stage的划分：

首先，需要明确的关键点是Spark Stage划分依据主要是基于Shuffle。

Shuffle是产生宽依赖RDD的算子，例如reduceByKey、reparttition、sortByKey等算子。同一个Stage内的所有Transformation算子所操作的RDD都是具有相同的Partition数量的。

stage的划分是Spark作业调度的关键一步，它基于DAG确定依赖关系，借此来划分stage，将依赖链断开，每个stage内部可以并行运行，整个作业按照stage顺序依次执行，最终完成整个Job。实际应用提交的Job中RDD依赖关系是十分复杂的，依据这些依赖关系来划分stage自然是十分困难的，Spark此时就利用了前文提到的依赖关系，调度器从DAG图末端出发，逆向遍历整个依赖关系链，遇到ShuffleDependency（宽依赖关系的一种叫法）就断开，遇到NarrowDependency就将其加入到当前stage。stage中task数目由stage末端的RDD分区个数来决定，RDD转换是基于分区的一种粗粒度计算，一个stage执行的结果就是这几个分区构成的RDD。

Spark的Job会根据RDD的依赖关系来划分Stage，划分Stage的整体逻辑是：

从最后一个RDD往前推，遇到窄依赖的父RDD时，就将这个父RDD加入子RDD所在的stage；遇到宽依赖的父RDD时就断开，父RDD被划分为新的stage。每个Stage里task的数量由Stage最后一个RDD中的分区数决定。如果Stage要生成Result，则该Stage里的Task都是ResultTask，否则是ShuffleMapTask。

图中可以看出，在宽依赖关系处就会断开依赖链，划分stage，这里的stage1不需要计算，只需要计算stage2和stage3，就可以完成整个Job。

为什么遇到宽依赖需要切分Stage？
原因是：保证同一个Stage中的所有Task可以并行执行。

对于窄依赖，父子RDD的partition依赖关系是一对一，所以将子RDD的partition和其依赖的父RDD的partition放在同一个线程里处理，不同的线程可以并行的执行不同partition的转换处理。
而对于宽依赖，因为子RDD的每个partition都依赖父RDD的所有partition，所以子RDD的partition转换处理需要等父RDD的所有partition处理完成才能开始。所以宽依赖的父RDD不能和子RDD放在同一个Stage中。

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