Hadoop MapReduce Task的进程模型与Spark Task的线程模型

Hadoop的MapReduce的Map Task和Reduce Task都是进程级别的;而Spark Task则是基于线程模型的。

多进程模型和多线程模型

  • 所谓的多进程模型和多线程模型,指的是同一个节点上多个任务的运行模式。无论是MapReduce和Spark,整体上看都是多进程的:MapReduce应用程序是由多个独立的Task进程组成的;Spark应用程序的运行环境是由多个独立的Executor进程(每个应用程序使用一个Executor进程)构建的临时资源池构成的。
  • 多进程模型便于细粒度控制每个任务占用的资源,但会消耗较多的启动时间,不适合运行低延迟类型的作业,这是MapReduce广为诟病的原因之一。 而多线程模型则相反,该模型使得Spark很适合运行低延迟类型的作业。

异步并发模型

Apache Spark的高性能一定程度上取决于它采用的异步并发模型(这里指server/driver端采用的模型),这与Hadoop 2.0(包括YARN和MapReduce)是一致的。Hadoop 2.0自己实现了类似Actor的异步并发模型,实现方式是epoll+状态机,而Apache Spark则直接采用了开源软件Akka,该软件实现了Actor模型,性能非常高。尽管二者在server端采用了一致的并发模型,但在任务级别(特指 Spark任务和MapReduce任务)上却采用了不同的并行机制:Hadoop MapReduce采用了多进程模型,而Spark采用了多线程模型

Hadoop MapReduce任务的进程模型:

Hadoop MapReduce Task的进程模型与Spark Task的线程模型

Spark任务的线程模型

Hadoop MapReduce Task的进程模型与Spark Task的线程模型

Hadoop任务的进程模型特点:

  • 每个Task运行在一个独立的JVM进程中;
  • 可单独为不同类型的Task设置不同的资源量,目前支持内存和CPU两种资源;
  • 每个Task运行完后,将释放所占用的资源,这些资源不能被其他Task复用,即使是同一个作业相同类型的Task。也就是说,每个Task都要经历“申请资源—> 运行Task –> 释放资源”的过程。
  • 进程特点决定了启动一个Task将是一个很expensive的操作,对于迭代计算而言,无疑是噩梦。

Spark任务的线程模型特点:

  • 每个节点上可以运行一个或多个Executor服务。每个应用程序在一个工作者节点上只会有一个Executor。多个应用程序则会有多个Executor
  • 每个Executor配有一定数量的slot,表示该Executor中可以同时运行多少个ShuffleMapTask或者ReduceTask;
  • 每个Executor单独运行在一个JVM进程中,每个Task则是运行在Executor中的一个线程;
  • 同一个Executor内部的Task可共享内存,比如通过函数SparkContext.broadcast广播的数据如文件或者数据结构只会在每个Executor中加载一次,而不会像MapReduce那样,每个Task加载一次
  • Executor一旦启动后,将一直运行,且它的资源可以一直被Task复用,直到Spark程序运行完成后才释放退出。

总体上看,Spark采用的是经典的scheduler/workers模式,每个Spark应用程序运行的第一步是构建一个可重用的资源池,然后 在这个资源池里运行所有的ShuffleMapTask和ReduceTask(注意,尽管Spark编程方式十分灵活,不再局限于编写Mapper和 Reducer,但是在Spark引擎内部只用两类Task便可表示出一个复杂的应用程序,即ShuffleMapTask和ResultTask),而 MapReduce应用程序则不同,它不会构建一个可重用的资源池,而是让每个Task动态申请资源,且运行完后马上释放资源

Hadoop任务与Spark任务的执行模型优劣势对比

任务线程模型的优点

Spark同节点上的任务以多线程的方式运行在一个JVM进程中,可带来以下好处:

  • 任务启动速度快,与之相反的是MapReduce Task进程的慢启动速度,通常需要1s左右;
  • 同节点上同一个应用程序的所有任务运行在一个进程中,有利于共享内存。这非常适合内存密集型任务,尤其对于那些需要加载大量词典的应用程序,可大大节省内存。
  • 同节点上所有任务可运行在一个JVM进程(Executor)中,且Executor所占资源可连续被多批任务使用,不会在运行部分任务后释放 掉,这避免了每个任务重复申请资源带来的时间开销,对于任务数目非常多的应用,可大大降低运行时间。与之对比的是MapReduce中的Task:每个 Task单独申请资源,用完后马上释放,不能被其他任务重用,尽管1.0支持JVM重用在一定程度上弥补了该问题,但2.0尚未支持该功能。

任务线程模型的不足

尽管Spark的多线程模型带来了很多好处,但同样存在不足,主要有:

  • 由于同节点上所有任务运行在一个进程中,因此,会出现严重的资源争用,难以细粒度控制每个任务占用资源。与之相反的是MapReduce,它允许用户单独为Map Task和Reduce Task设置不同的资源,进而细粒度控制任务占用资源量,有利于大作业的正常平稳运行。
  • 也就是说,Spark适用于任务数多,但每个任务耗时不那么长的作业;而Hadoop则使用于任务数少,任务时间久的作业。
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