【Spark Core】TaskScheduler源代码与任务提交原理浅析2

引言

上一节《TaskScheduler源代码与任务提交原理浅析1》介绍了TaskScheduler的创建过程，在这一节中，我将承接《Stage生成和Stage源代码浅析》中的submitMissingTasks函数继续介绍task的创建和分发工作。

DAGScheduler中的submitMissingTasks函数

假设一个Stage的全部的parent stage都已经计算完毕或者存在于cache中。那么他会调用submitMissingTasks来提交该Stage所包括的Tasks。

submitMissingTasks负责创建新的Task。

Spark将由Executor运行的Task分为ShuffleMapTask和ResultTask两种。

每一个Stage生成Task的时候依据Stage中的isShuffleMap标记确定是否为ShuffleMapStage，假设标记为真。则这个Stage输出的结果会经过Shuffle阶段作为下一个Stage的输入。创建ShuffleMapTask；否则是ResultStage，这样会创建ResultTask。Stage的结果会输出到Spark空间。最后，Task是通过taskScheduler.submitTasks来提交的。

计算流程

submitMissingTasks的计算流程例如以下：

1. 首先得到RDD中须要计算的partition，对于Shuffle类型的stage，须要推断stage中是否缓存了该结果；对于Result类型的Final Stage，则推断计算Job中该partition是否已经计算完毕。

2. 序列化task的binary。Executor能够通过广播变量得到它。每一个task运行的时候首先会反序列化。

   这样在不同的executor上运行的task是隔离的，不会相互影响。

3. 为每一个须要计算的partition生成一个task：对于Shuffle类型依赖的Stage，生成ShuffleMapTask类型的task；对于Result类型的Stage。生成一个ResultTask类型的task。

4. 确保Task是能够被序列化的。由于不同的cluster有不同的taskScheduler。在这里推断能够简化逻辑；保证TaskSet的task都是能够序列化的。
5. 通过TaskScheduler提交TaskSet。

部分代码

以下是submitMissingTasks推断是否为ShuffleMapStage的部分代码。其中部分參数说明在凝视中：

    val tasks: Seq[Task[_]] = if (stage.isShuffleMap) {
      partitionsToCompute.map { id =>
        val locs = getPreferredLocs(stage.rdd, id)
        val part = stage.rdd.partitions(id)
        //stage.id：Stage的序号
        //taskBinary：这个在以下详细介绍
        //part：RDD相应的partition
        //locs：最适合的运行位置
        new ShuffleMapTask(stage.id, taskBinary, part, locs)
      }
    } else {
      val job = stage.resultOfJob.get
      partitionsToCompute.map { id =>
        val p: Int = job.partitions(id)
        val part = stage.rdd.partitions(p)
        val locs = getPreferredLocs(stage.rdd, p)
        //p：partition索引，表示从哪个partition读取数据
        //id：输出的分区索引，表示reduceID
        new ResultTask(stage.id, taskBinary, part, locs, id)
      }
    }

关于taskBinary參数：这是RDD和ShuffleDependency的广播变量(broadcase version)。作为序列化之后的结果。

这里将RDD和其依赖关系进行序列化。在executor运行task之前再进行反序列化。这样的方式对不同的task之间提供了较好的隔离。

以下是submitMissingTasks进行任务提交的部分代码：

    if (tasks.size > 0) {
      logInfo("Submitting " + tasks.size + " missing tasks from " + stage + " (" + stage.rdd + ")")
      stage.pendingTasks ++= tasks
      logDebug("New pending tasks: " + stage.pendingTasks)
      taskScheduler.submitTasks(
        new TaskSet(tasks.toArray, stage.id, stage.newAttemptId(), stage.jobId, properties))
      stage.latestInfo.submissionTime = Some(clock.getTimeMillis())
    } else {
      // Because we posted SparkListenerStageSubmitted earlier, we should mark
      // the stage as completed here in case there are no tasks to run
      markStageAsFinished(stage, None)
      logDebug("Stage " + stage + " is actually done; %b %d %d".format(
        stage.isAvailable, stage.numAvailableOutputs, stage.numPartitions))
    }

TaskSchedulerImpl中的submitTasks

submitTasks的流程例如以下：

1. 任务(tasks)会被包装成TaskSetManager（由于TaskSetManager不是线程安全的。所以源代码中须要进行同步）
2. TaskSetManager实例通过schedulableBuilder（分为FIFOSchedulableBuilder和FairSchedulableBuilder两种）投入调度池中等待调度
3. 任务提交同一时候启动定时器，假设任务还未被运行。定时器会持续发出警告直到任务被运行
4. 调用backend的reviveOffers函数。向backend的driverActor实例发送ReviveOffers消息，driveerActor收到ReviveOffers消息后。调用makeOffers处理函数

  override def submitTasks(taskSet: TaskSet) {
    val tasks = taskSet.tasks
    logInfo("Adding task set " + taskSet.id + " with " + tasks.length + " tasks")
    this.synchronized {
      val manager = createTaskSetManager(taskSet, maxTaskFailures)
      activeTaskSets(taskSet.id) = manager
      schedulableBuilder.addTaskSetManager(manager, manager.taskSet.properties)

      if (!isLocal && !hasReceivedTask) {
        starvationTimer.scheduleAtFixedRate(new TimerTask() {
          override def run() {
            if (!hasLaunchedTask) {
              logWarning("Initial job has not accepted any resources; " +
                "check your cluster UI to ensure that workers are registered " +
                "and have sufficient resources")
            } else {
              this.cancel()
            }
          }
        }, STARVATION_TIMEOUT, STARVATION_TIMEOUT)
      }
      hasReceivedTask = true
    }
    backend.reviveOffers()
  }

TaskSetManager调度

每一个Stage一经确认，生成相应的TaskSet（即为一组tasks），其相应一个TaskSetManager通过Stage回溯到最源头缺失的Stage提交到调度池pool中。在调度池中，这些TaskSetMananger又会依据Job ID排序。先提交的Job的TaskSetManager优先调度。然后一个Job内的TaskSetManager ID小的先调度，而且假设有未运行完的父母Stage的TaskSetManager。则不会提交到调度池中。

reviveOffers函数代码

以下是CoarseGrainedSchedulerBackend的reviveOffers函数：

  override def reviveOffers() {
    driverActor ! ReviveOffers
  }

driveerActor收到ReviveOffers消息后，调用makeOffers处理函数。

DriverActor的makeOffers函数

makeOffers函数的处理逻辑是：

1. 找到空暇的Executor，分发的策略是随机分发的，即尽可能将任务平摊到各个Executor
2. 假设有空暇的Executor。就将任务列表中的部分任务利用launchTasks发送给指定的Executor

SchedulerBackend(这里实际是CoarseGrainedSchedulerBackend)负责将新创建的Task分发给Executor，从launchTasks代码中能够看出。在发送LauchTasks指令之前须要将TaskDescription序列化。

    // Make fake resource offers on all executors
    def makeOffers() {
      launchTasks(scheduler.resourceOffers(executorDataMap.map { case (id, executorData) =>
        new WorkerOffer(id, executorData.executorHost, executorData.freeCores)
      }.toSeq))
    }

TaskSchedulerImpl中的resourceOffers函数

任务是随机分发给各个Executor的，资源分配的工作由resourceOffers函数处理。

正如上面submitTasks函数提到的。在TaskSchedulerImpl中，这一组Task被交给一个新的TaskSetManager实例进行管理。全部的TaskSetManager经由SchedulableBuilder依据特定的调度策略进行排序，在TaskSchedulerImpl的resourceOffers函数中，当前被选择的TaskSetManager的ResourceOffer函数被调用并返回包括了序列化任务数据的TaskDescription。最后这些TaskDescription再由SchedulerBackend派发到ExecutorBackend去运行。

resourceOffers主要做了3件事：

1. 从Workers里面随机抽出一些来运行任务。
2. 通过TaskSetManager找出和Worker在一起的Task，最后编译打包成TaskDescription返回。
3. 将Worker–>Array[TaskDescription]的映射关系返回。

  /**
   * Called by cluster manager to offer resources on slaves. We respond by asking our active task
   * sets for tasks in order of priority. We fill each node with tasks in a round-robin manner so
   * that tasks are balanced across the cluster.
   */
  def resourceOffers(offers: Seq[WorkerOffer]): Seq[Seq[TaskDescription]] = synchronized {
    // Mark each slave as alive and remember its hostname
    // Also track if new executor is added
    var newExecAvail = false
    // 遍历worker提供的资源。更新executor相关的映射
    for (o <- offers) {
      executorIdToHost(o.executorId) = o.host
      activeExecutorIds += o.executorId
      if (!executorsByHost.contains(o.host)) {
        executorsByHost(o.host) = new HashSet[String]()
        executorAdded(o.executorId, o.host)
        newExecAvail = true
      }
      for (rack <- getRackForHost(o.host)) {
        hostsByRack.getOrElseUpdate(rack, new HashSet[String]()) += o.host
      }
    }
    // 从worker其中随机选出一些来，防止任务都堆在一个机器上
    // Randomly shuffle offers to avoid always placing tasks on the same set of workers.
    val shuffledOffers = Random.shuffle(offers)
    // Build a list of tasks to assign to each worker.
    // worker的task列表
    val tasks = shuffledOffers.map(o => new ArrayBuffer[TaskDescription](o.cores))
    val availableCpus = shuffledOffers.map(o => o.cores).toArray
    // getSortedTask函数对taskset进行排序
    val sortedTaskSets = rootPool.getSortedTaskSetQueue
    for (taskSet <- sortedTaskSets) {
      logDebug("parentName: %s, name: %s, runningTasks: %s".format(
        taskSet.parent.name, taskSet.name, taskSet.runningTasks))
      if (newExecAvail) {
        taskSet.executorAdded()
      }
    }

    // Take each TaskSet in our scheduling order, and then offer it each node in increasing order
    // of locality levels so that it gets a chance to launch local tasks on all of them.
    // NOTE: the preferredLocality order: PROCESS_LOCAL, NODE_LOCAL, NO_PREF, RACK_LOCAL, ANY
    // 随机遍历抽出来的worker，通过TaskSetManager的resourceOffer。把本地性最高的Task分给Worker
    // 本地性是依据当前的等待时间来确定的任务本地性的级别。
    // 它的本地性主要是包括四类：PROCESS_LOCAL, NODE_LOCAL, RACK_LOCAL, ANY。

    //1. 首先依次遍历 sortedTaskSets, 并对于每一个 Taskset, 遍历 TaskLocality
    //2. 越 local 越优先, 找不到(launchedTask 为 false)才会到下个 locality 级别
    //3. (封装在resourceOfferSingleTaskSet函数)在多次遍历offer list,
    //由于一次taskSet.resourceOffer仅仅会占用一个core,
    //而不是一次用光全部的 core, 这样有助于一个 taskset 中的 task 比較均匀的分布在workers上
    //4. 仅仅有在该taskset, 该locality下, 对全部worker offer都找不到合适的task时,
    //才跳到下个 locality 级别
    var launchedTask = false
    for (taskSet <- sortedTaskSets; maxLocality <- taskSet.myLocalityLevels) {
      do {
        launchedTask = resourceOfferSingleTaskSet(
            taskSet, maxLocality, shuffledOffers, availableCpus, tasks)
      } while (launchedTask)
    }

    if (tasks.size > 0) {
      hasLaunchedTask = true
    }
    return tasks
  }

TaskDescription代码：

private[spark] class TaskDescription(
    val taskId: Long,
    val attemptNumber: Int,
    val executorId: String,
    val name: String,
    val index: Int,    // Index within this task's TaskSet
    _serializedTask: ByteBuffer)
  extends Serializable {

  // Because ByteBuffers are not serializable, wrap the task in a SerializableBuffer
  private val buffer = new SerializableBuffer(_serializedTask)

  def serializedTask: ByteBuffer = buffer.value

  override def toString: String = "TaskDescription(TID=%d, index=%d)".format(taskId, index)
}

DriverActor的launchTasks函数

launchTasks函数流程：

1. launchTasks函数将resourceOffers函数返回的TaskDescription信息进行序列化
2. 向executorActor发送封装了serializedTask的LaunchTask消息

由于受到Akka Frame Size尺寸的限制。假设发送数据过大，会被截断。

    // Launch tasks returned by a set of resource offers
    def launchTasks(tasks: Seq[Seq[TaskDescription]]) {
      for (task <- tasks.flatten) {
        val ser = SparkEnv.get.closureSerializer.newInstance()
        val serializedTask = ser.serialize(task)
        if (serializedTask.limit >= akkaFrameSize - AkkaUtils.reservedSizeBytes) {
          val taskSetId = scheduler.taskIdToTaskSetId(task.taskId)
          scheduler.activeTaskSets.get(taskSetId).foreach { taskSet =>
            try {
              var msg = "Serialized task %s:%d was %d bytes, which exceeds max allowed: " +
                "spark.akka.frameSize (%d bytes) - reserved (%d bytes). Consider increasing " +
                "spark.akka.frameSize or using broadcast variables for large values."
              msg = msg.format(task.taskId, task.index, serializedTask.limit, akkaFrameSize,
                AkkaUtils.reservedSizeBytes)
              taskSet.abort(msg)
            } catch {
              case e: Exception => logError("Exception in error callback", e)
            }
          }
        }
        else {
          val executorData = executorDataMap(task.executorId)
          executorData.freeCores -= scheduler.CPUS_PER_TASK
          executorData.executorActor ! LaunchTask(new SerializableBuffer(serializedTask))
        }
      }
    }

參考资料

Spark大数据处理，高彦杰著，机械工业出版社

Spark技术内幕: Task向Executor提交的源代码解析

Spark源代码系列（三）作业运行过程

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