大数据平台：计算资源优化技术&作业诊断

原创

Yiwenwu

修改于 2024-05-03 18:37:38

2720

修改于 2024-05-03 18:37:38

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背景介绍

大数据平台的资源管理组件主要针对存储资源与计算资源进行分析优化。前文《大数据平台：资源管理及存储优化技术》主要介绍了存储资源优化，本文主要介绍大数据平台构建过程中，计算资源相关的优化技术。

优化技术

1. 配额管理

大数据平台作为SaaS(软件即服务)系统，会将应用开放给不同的使用方，属于多租户系统架构。多租户（Multi-tenancy）允许多个用户或用户组（称为“租户”）共享同一个系统或程序的实例，同时保持各自数据和配置的隔离性。具体的，大数据平台中，不同的租户是可以共享一套存储集群HDFS和计算资源YARN，但不同租户之间互不影响。

为保证多租户的资源隔离性，平台系统会提供多维度的配额管理，主要包括：

HDFS资源配额：管理每个租户(如项目)可使用的HDFS集群资源
YARN资源池分配：管理每个租户可使用的YARN计算资源
HBase配额：管理每个租户可使用HBase空间，例如Namespace数量，表数量，访问流量等

HDFS资源配额

基于CMD命令执行的常用HDFS配额操作如下：

(1). 设置HDFS指定目录配额Quota

cmd = "hdfs dfsadmin -setQuota {0} {1}".format(maxFileNum, directory)

(2). 清理分配Quota

cmd = "hdfs dfsadmin -clrQuota {0}".format(directory)

(3). 设置磁盘空间

cmd = "hdfs dfsadmin -setSpaceQuota {0} {1}".format(maxDiskSpace, directory)

(4). 清理磁盘空间

cmd = "hdfs dfsadmin -clrSpaceQuota {0}".format(directory)

YARN资源池分配

基于scheduler.xml加载更新YARN资源池

os.path.join(hadoop_conf_dir, 'fair-scheduler.xml') --更新配额文件
cmd = "yarn rmadmin -refreshQueues"

fair-scheduler.xml 公平调度示例XML文件：

<allocations>
  <queue name="root">
    <weight>0.0</weight>
    <queue name="default">
      <weight>0.56</weight>
    </queue>
    <queue name="project1">
      <maxResources>81920 mb, 40 vcores</maxResources>
      <weight>1.0</weight>
    </queue>
    <queue name="res_01">
      <maxResources>81920 mb, 40 vcores</maxResources>
      <weight>1.0</weight>
    </queue>
  </queue>
  <queueMaxAppsDefault>100</queueMaxAppsDefault>
  <defaultQueueSchedulingPolicy>drf</defaultQueueSchedulingPolicy>
</allocations>

HBase配额

HBase可基于配额管理实现针对Namespace和 Table 级别的的rpc请求的限制，限制读写次数和流量。其中，Namespace支持三种容量的管理：(1).table的最大数目，(2). region的最大数目，(3).namespace占用的文件系统空间。HBase限流设置的原理是在：在hbase:quota 进行元数据管理。

设置Namespace的配额，需要hbase-site添加配置文件：

hbase.quota.enabled=true

设置限流的API可参考示例：TestQuotaTableUtil

Java API设置Namespace配额：

connection = ConnectionFactory.createConnection(conf);
Admin admin = this.connection.getAdmin();
NamespaceDescriptor namespaceDescriptor = NamespaceDescriptor.create("myns").build();
namespaceDescriptor.setConfiguration(
        "hbase.namespace.quota.maxtables", "10");
namespaceDescriptor.setConfiguration(
        "hbase.namespace.quota.maxregions", "100");
admin.createNamespace(namespaceDescriptor);
admin.close();

开启基于Region Server的多租户，需修改hbase-site.xml文件

<property>
   <name>hbase.coprocessor.master.classes</name>
   <value>org.apache.hadoop.hbase.rsgroup.RSGroupAdminEndpoint</value>
 </property>
 <property>
   <name>hbase.master.loadbalancer.class</name>
   <value>org.apache.hadoop.hbase.rsgroup.RSGroupBasedLoadBalancer</value>
 </property>

HBase shell配置设置文档：commands

(1). 基于set_quota 设置流量

hbase> set_quota TYPE => THROTTLE, USER => 'u1', LIMIT => '10req/sec'
hbase> set_quota TYPE => THROTTLE, THROTTLE_TYPE => READ, USER => 'u1', LIMIT => '10req/sec'

hbase> set_quota TYPE => THROTTLE, USER => 'u1', LIMIT => '10M/sec'
hbase> set_quota TYPE => THROTTLE, THROTTLE_TYPE => WRITE, USER => 'u1', LIMIT => '10M/sec'

hbase> set_quota TYPE => THROTTLE, USER => 'u1', TABLE => 't2', LIMIT => '5K/min'
hbase> set_quota TYPE => THROTTLE, USER => 'u1', NAMESPACE => 'ns2', LIMIT => NONE

hbase> set_quota TYPE => THROTTLE, NAMESPACE => 'ns1', LIMIT => '10req/sec'
hbase> set_quota TYPE => THROTTLE, TABLE => 't1', LIMIT => '10M/sec'
hbase> set_quota TYPE => THROTTLE, THROTTLE_TYPE => WRITE, TABLE => 't1', LIMIT => '10M/sec'
hbase> set_quota TYPE => THROTTLE, USER => 'u1', LIMIT => NONE
hbase> set_quota TYPE => THROTTLE, THROTTLE_TYPE => WRITE, USER => 'u1', LIMIT => NONE

(2). Namesapce设置Table数量控制

create_namespace 'ns1', {'hbase.namespace.quota.maxtables'=>'5'}
alter_namespace 'ns1', {METHOD => 'set', 'hbase.namespace.quota.maxtables'=>'8'}

(3). Namesapce设置Region数量控制

create_namespace 'ns1', {'hbase.namespace.quota.maxregions'=>'5'}
alter_namespace 'ns1', {METHOD => 'set', 'hbase.namespace.quota.maxregions'=>'8'}

2. 调度优先级

YARN调度器采用主资源公平调度算法(Dominant Resource Fairness，DRF)，该算法扩展最大最小公平算法(max-min fairness)，使其可以支持多维资源调度。DRF中将所需份额(比例)最大的资源称为主资源，将最大最小公平算法应用在主资源上，将多维资源调度问题转化为单资源调度问题。

资源调度器中，每个队列可以设置一个最小和最大资源量，在极端情况下，最小资源量是每个队列需要保证的资源量，最大资源量是不能超过的资源量。资源抢占发生的原因在于最小资源量的设置，资源调度器(包括Capacity Scheduler和Fair Scheduler) 会将负载较轻队列的资源暂时分配给负载较重的队列。特别的，最小资源量并不是硬资源保证，当队列负载低，也会暂时将空闲资源分配给其他有需求的队列。对于暂时分配出去的资源，在需要使用时会"告知"资源回收并等待一段时间，若超时则强制回收进行资源抢占。

YARN任务的优先级有支持两个维度

全局最大优先级：yarn.cluster.max-application-priority，设置全局默认最大优先级，系统将根据优先级从高到低调度
队列默认优先级：yarn.scheduler.capacity.{leaf-queue-path}.default-application-priority，设置指定队列默认优先级

YARN任务的优先级规则：

设置优先级的数值越大，则调度优先级越高
任务提交时，如果没有指定优先级，使用提交队列的队列默认优先级
指定的优先级超过全局配置的优先级，则使用全局配置的优先级作为任务的优先级

3. 作业参数调优

作业参数调优是指在大数据运行作业（如MapReduce作业、Spark作业等）中，调整各种配置参数以优化作业的执行效率、减少资源消耗和提高系统的整体性能。常用作业参数调优：内存设置、并行度设置、I/O设置。参数调优可以分为事前、事中、事后不同形式：

事前：任务执行前，了解数据读写模式，理解作业特性，识别作业瓶颈，进行定向调整。如CPU密集型，则增加算力资源与并行度。
事中：计算引擎内置能力，如Spark支持AQE(Adaptive Query Execution) 进行动态的查询优化调整
事后：基于UI工具、监控指标、日志等工具，找出性能瓶颈并调整

4. 监控与分析

监控与分析是指使用各种工具和技术来跟踪和评估大数据系统的性能和资源使用情况。目的是为了发现性能瓶颈、资源瓶颈、异常行为或者效率低下的地方，并基于这些信息进行优化。

常用的实现方式：

监控工具
1. 内置监控工具：基于大数据系统自身内置的指标数据和监控工具，例如Spark History UI
2. 外置监控工具：采集大数据系统的指标数据，使用Ganglia、Prometheus等系统级监控工具来收集集群的性能指标
日志分析：可以基于ELK进行可视化日志数据管理
调优工具：可以基于Dr. Elephant工具，自动分析作业指标并提供调优建议，下面将对作业指标分析进行详细展开。

作业指标诊断

Dr. Elephant 由 LinkedIn 于 2016 年开源，是一个 Hadoop 和 Spark 的性能监控和调优工具。通过自动化收集所有作业运行指标，进行数据分析并基于UI界面化方式展示。

整体架构如图所示，包括三部分：

数据采集(Fetcher)：自动采集执行成功的计算任务
内置诊断(Rule)：基于内置规则，启发式进行作业诊断
存储及展示(DB)：将分析结果保存在DB持久化，根据作业诊断分级在UI界面展示

MapReduce

1. 采集作业详情

基于JobHistory rest api调用，前缀：http://{historyServer}:{port}

(1). Job概要详情

GET /ws/v1/history/mapreduce/jobs/{jobId}

返回结果参数说明：

字段	说明
id	作业的JobID
submitTime	作业提交时间
startTime	作业启动时间
finishTime	作业结束时间
name	作业名称
queue	作用所属资源队列
user	作业提交用户
state	作业状态
mapsTotal	MapReduce作业Mapper阶段总个数
mapsCompleted	Mapper阶段总完成数
reducesTotal	MapReduce作业Reducer阶段总个数
reducesCompleted	Reducer阶段总完成数
uberized	是否启动uber mode，若开启(true)，则MapReduce任务在同一个JVM上运行
diagnostics	诊断信息
avgMapTime	Mapper阶段平均耗时，单位毫秒(ms)
avgReduceTime	Reducer阶段平均耗时，单位毫秒(ms)
avgShuffleTime	数据Shuffle平均耗时，单位毫秒(ms)
avgMergeTime	数据Merge平均耗时，单位毫秒(ms)
failedMapAttempts	Mapper阶段失败尝试次数
killedMapAttempts	Mapper阶段被kill次数
successfulMapAttempts	Mapper阶段成功执行次数
failedReduceAttempts	Reducer阶段失败尝试次数
killedReduceAttempts	Reducer阶段被kill次数
successfulReduceAttempts	Reducer阶段成功执行次数

(2).Job CounterGroup

汇总作业运行的内置Counters信息(执行计数器)，对MapReduce进行作业详情统计，counter主要包括：counter的Group类型，counter名称，counter总值，counter mapper数值，counter reducer数值。

GET /ws/v1/history/mapreduce/jobs/{jobId}/counters

返回结果参数说明：

FileSystemCounter级别

指标	描述
FILE_BYTES_READ	从本地文件系统读取的总字节数
FILE_BYTES_WRITTEN	向本地文件系统写入的总字节数
FILE_READ_OPS	本地文件系统的读操作次数
FILE_WRITE_OPS	本地文件系统的写操作次数
FILE_LARGE_READ_OPS	读取大文件的操作次数
HDFS_BYTES_READ	从HDFS读取的总字节数
HDFS_BYTES_WRITTEN	向HDFS写入的总字节数
HDFS_READ_OPS	HDFS的读操作次数
HDFS_WRITE_OPS	HDFS的写操作次数
HDFS_LARGE_READ_OPS	读取HDFS上大文件的操作次数

JobCounter级别

指标	描述
TOTAL_LAUNCHED_MAPS	启动的Map任务总数
TOTAL_LAUNCHED_REDUCES	启动的Reduce任务总数
DATA_LOCAL_MAPS	数据本地化的Map作业数
SLOTS_MILLIS_MAPS	所有Map任务在Slots的总耗时（单位：ms）
SLOTS_MILLIS_REDUCES	所有Reduce任务在Slots的总耗时（单位：ms）
MILLIS_MAPS	所有Map任务的总耗时（单位：ms）
MILLIS_REDUCES	所有Reduce任务的总耗时（单位：ms）
VCORES_MILLIS_MAPS	所有Map任务的总核数消耗（单位：vcore-ms）
VCORES_MILLIS_REDUCES	所有Reduce任务的总核数消耗（单位：vcore-ms）
MB_MILLIS_MAPS	所有Map任务的总内存消耗（单位：mb-ms）
MB_MILLIS_REDUCES	所有Reduce任务的总内存消耗（单位：mb-ms）

TaskCounter级别

指标	描述
MAP_INPUT_RECORDS	所有Map输入记录数
MAP_OUTPUT_RECORDS	Map任务产生的输出记录数
MAP_OUTPUT_BYTES	Map任务产生的输出字节数
MAP_OUTPUT_MATERIALIZED_BYTES	Map输出后写入到磁盘的字节数
SPLIT_RAW_BYTES	Mao读取的输入-分片对象的字节数
COMBINE_INPUT_RECORDS	Combiner处理的输入记录数
COMBINE_OUTPUT_RECORDS	Combiner产生的输出记录数
REDUCE_INPUT_GROUPS	Reduce处理的不同分组的个数
REDUCE_SHUFFLE_BYTES	Reduce任务通过Shuffle接收的字节数
REDUCE_INPUT_RECORDS	Reduce任务处理的输入记录数
REDUCE_OUTPUT_RECORDS	Reduce任务产生的输出记录数
SPILLED_RECORDS	作业中所有任务溢出到磁盘的记录数
SHUFFLED_MAPS	通过Shuffle从Map传输到Reduce的记录数
FAILED_SHUFFLE	失败的Shuffle操作数
MERGED_MAP_OUTPUTS	合并的Map输出数
GC_TIME_MILLIS	垃圾回收消耗的时间（单位：ms）
CPU_MILLISECONDS	总计的CPU时间（单位：ms）
PHYSICAL_MEMORY_BYTES	物理内存字节数
VIRTUAL_MEMORY_BYTES	虚拟内存字节数
COMMITTED_HEAP_BYTES	JVM中的总有效的堆内存量

(3).Job Tasks信息

获取作业下的所有task信息及对应的各个task的统计汇总信息和任务执行信息。

(3.1). Task列表

GET  /ws/v1/history/mapreduce/jobs/{jobID}/tasks

参数说明：

字段	说明
startTime	Task任务的启动时间
finishTime	Task任务的结束时间
elapsedTime	Task任务的耗时
id	Task任务ID
state	Task状态
type	Task类型：MAP、REDUCE
successfulAttempt	任务成功执行的Attempt信息

(3.2). Task Counters，获取指定task的counter统计信息

GET  /ws/v1/history/mapreduce/jobs/{jobID}/tasks/{taskId}/counters

(3.3). Task Attempts，获取指定task的attempts重试执行信息

GET  /ws/v1/history/mapreduce/jobs/{jobID}/tasks/{taskId}/attempts

参数说明：

字段	说明
startTime	Task任务的启动时间
finishTime	Task任务的结束时间
rack	Task任务执行机架信息
nodeHttpAddress	Task任务执行的node节点信息
assignedContainerId	Task任务被分配的containerId

2. Mapper/Reducer GC

指标说明：分别对Mapper、Reducer类型的Task任务进行分析，分析Task的GC效率，GC/CPU的使用比例、任务运行时间分布，分析指标：

指标	说明	计算
Number of tasks	对应Tasks的数量
Avg task runtime (ms)	对应Tasks的运行时间平均值	avg(TaskAttempt.finishTime - TaskAttempt.startTime)
Avg task CPU time (ms)	对应Tasks CPU耗时平均值， TaskCounter.CPU_MILLISECONDS 获取对应CPU耗时	avg(TaskCounter.CPU_MILLISECONDS)
Avg task GC time (ms)	对应Tasks GC耗时平均值， TaskCounter.GC_TIME_MILLIS 获取对应GC耗时	avg(TaskCounter.GC_TIME_MILLIS)
Task GC/CPU ratio	GC/CPU耗时比例，计算GC效率	avg(TaskCounter.GC_TIME_MILLIS)/avg(TaskCounter.CPU_MILLISECONDS)

指标建议：如果Task GC/CPU ratio 过高，则说明对应GC耗时比例过多，应该检查代码进行优化，减少GC耗时，Task运行时间过长，则说明该阶段Task任务过多，需重点关注，返回最严重的指标建议。

指标	LOW	MODERATE	SEVERE	CRITICAL
GC Ratio	0.01	0.02	0.03	0.04
Task Runtime(单位：分钟)	5	10	12	15

3. Mapper/Reducer Memory

指标说明：分别对Mapper、Reducer类型的Task任务进行分析，分析Task的内存使用率，分析指标如下：

指标	说明	计算
Number of tasks	对应Tasks的数量
Avg Physical Memory (MB)	对应Tasks消耗内存平均值，单位MB	avg(TaskCounter.PHYSICAL_MEMORY_BYTES)/MB
Max Physical Memory (MB)	Tasks中最大的内存消耗，单位MB	max(TaskCounter.PHYSICAL_MEMORY_BYTES)/MB
Min Physical Memory (MB)	Tasks中最小的内存消耗，单位MB	min(TaskCounter.PHYSICAL_MEMORY_BYTES)/MB
Avg Virtual Memory (MB)	对应Tasks消耗虚拟内存平均值，单位MB	avg(TaskCounter.VIRTUAL_MEMORY_BYTES)/MB
Requested Container Memory	配置参数中执行Map/Reduce任务container的配置额	mapreduce.map.memory.mb，mapreduce.reduce.memory.mb，如果没有配置默认是2G

指标建议：根据分析Task内存使用情况，判断Container分配的内存是否合理，如果使用的内存远远小于container配额内存，则说明container内存配额过大；根据内存的统计值信息(平均值、最大值、最小值)判断是否有数据倾斜问题。

指标	LOW	MODERATE	SEVERE	CRITICAL	计算
Physical Memory Ratio	0.6	0.5	0.4	0.3	Physical Memor/Container Memory
Container配额	1.1	1.5	2.0	2.5	默认2G，对应倍数

4. Mapper/Reducer Skew

指标说明：分别对Mapper、Reducer类型的Task任务进行分析，统计分析任务的数据倾斜指标，将Tasks任务数据分为两组，其中一组(Group A)是小于平均值Tasks分析，另一组(Group B)是大于平均值Tasks分析，分析的具体指标如下：

指标	说明	计算
Data skew (Number of tasks)	对应Tasks的数量
Data skew (Group A)	获取Group A的Tasks数量和平均输入值，计算所有Tasks的数据量平均值，过滤Task 数据量小于平均值的为Group A	avg(GroupA(FileSystemCounter.DATA_BYTES))
Data skew (Group B)	获取Group B的Tasks数量和平均输入值，计算所有Tasks的数据量平均值，过滤Task 数据量大于平均值的为Group B	avg(GroupB(FileSystemCounter.DATA_BYTES))
Time skew (Number of tasks)	对应Tasks的数量
Time skew (Group A)	获取Group A的Tasks数量和平均运行耗时，计算所有Tasks的运行耗时平均值，过滤Task 运行耗时小于平均值的为Group A	avg(GroupA(TaskAttempt.finishTime - TaskAttempt.startTime))
Time skew (Group B)	获取Group B的Tasks数量和平均运行耗时，计算所有Tasks的运行耗时平均值，过滤Task 运行耗时大于平均值的为Group B	avg(GroupB(TaskAttempt.finishTime - TaskAttempt.startTime))

指标建议：若Group A和 Group B统计数值相差较大，则说明存在数据倾斜，对于Map任务应尽量减少过多小文件输入，对于Reduce任务尽量减少根据Key的聚合操作(如 GroupByKey、JoinKey)。

指标	LOW	MODERATE	SEVERE	CRITICAL	计算
Data Severity	2	4	8	16	(avgDataGroupB/avgDataGroupA) - 1
Time Severity	2	4	8	16	(avgTimeGroupB/avgTimeGroupA) - 1
Data GroupA TasksNum Severity	10	50	100	200	DataGroupA.size
Time GroupA TasksNum Severity	10	50	100	200	TimeGroupA.size

5. Mapper/Reducer Time

指标说明：分别对Mapper、Reducer类型的Task任务进行分析，对Task任务运行耗时进行统计分析，分析的具体指标如下：

指标	说明	计算
Number of tasks	对应Tasks的数量
Average task runtime	对应Tasks的运行耗时平均值	avg(TaskAttempt.finishTime - TaskAttempt.startTime)
Max task runtime	对应Tasks的运行耗时最大值	max(TaskAttempt.finishTime - TaskAttempt.startTime)
Min task runtime	对应Tasks的运行耗时最小值	min(TaskAttempt.finishTime - TaskAttempt.startTime)
Average task input size	Map Task中平均数据值(仅针对Map任务)	avg(FileSystemCounter.HDFS_BYTES_READ)

指标建议：根据Task数量与Task的运行耗时统计数据，判断Tasks数量是否合理，输入文件大小是否合理。

指标	LOW	MODERATE	SEVERE	CRITICAL	计算
Short Runtime Severity	10min	4min	2min	1min	avg(TaskAttempt.finishTime - TaskAttempt.startTime)
Long Runtime Severity	15min	30min	60min	120min	avg(TaskAttempt.finishTime - TaskAttempt.startTime)
Task Num Severity	50	100	500	1000	tasks.size

6. Mapper Speed

指标说明：对Mapper类型的Task任务进行分析，以指标反映Map人物的运行速率，分析的具体指标如下：

指标	说明	计算
Number of tasks	对应Tasks的数量
Median task input size	Map Task中Input数据量中位值	median(FileSystemCounter.HDFS_BYTES_READ)
Median task runtime	Tasks的运行耗时中位值	median(TaskAttempt.finishTime - TaskAttempt.startTime)
Median task speed	Tasks运行速率中位值	median((1000 * inputBytes) / (runtimeMs))
Total input size in MB	Map Task中Input总数据量	sum(FileSystemCounter.HDFS_BYTES_READ)

指标建议：分析Map任务的每秒运行效率，判断Map任务是否是CPU密集型，并进行代码优化

指标	LOW	MODERATE	SEVERE	CRITICAL	计算
Speed Severity	1/2 * 100M	1/4 * 100M	1/8 * 100M	1/32 * 100M	median((1000 * inputBytes) / (runtimeMs))
Runtime Severity	5min	10min	15min	30min	median(TaskAttempt.finishTime - TaskAttempt.startTime)

7. Mapper Spill

指标说明：对Mapper类型的Task任务进行分析，磁盘IO持久化性能，分析的具体指标如下：

指标	说明	计算
Number of tasks	对应Tasks的数量
Avg spilled records per task	每个Task的平均磁盘溢出记录数	sum(TaskCounter.SPILLED_RECORDS)/tasks.size
Avg output records per task	每个Task的平均Output记录数	sum(TaskCounter.MAP_OUTPUT_RECORDS)/tasks.size
Ratio of spilled records to output records	溢出记录数与输出记录数比值	sum(TaskCounter.SPILLED_RECORDS)/sum(TaskCounter.MAP_OUTPUT_RECORDS)

指标建议：分析Mapper任务的IO性能，是否存在IO溢出到磁盘，降低IO性能：

指标	LOW	MODERATE	SEVERE	CRITICAL	计算
Task Num Severity	50	100	500	1000	tasks.size
IO Spill Severity	2.01	2.2	2.5	3.0	sum(TaskCounter.SPILLED_RECORDS)/sum(TaskCounter.MAP_OUTPUT_RECORDS)

8. Shuffle Sort

指标说明：对Reducer类型的Task任务进行分析，在Shuffle/Sort阶段的耗时统计，分析的具体指标如下：

指标	说明	计算
Number of tasks	对应Tasks的数量
Average code runtime	真正Code执行时间的平均值	avg(TaskAttempt.finishTime -TaskAttempt.mergeFinishTime)
Average shuffle time	Shuffle时间的平均值，并计算与code runtime的比例(avgShuffleTime/avgCodeTime)	avg(TaskAttempt.shuffleFinishTime - TaskAttempt.startTime)
Average sort time	Sort时间的平均值，并计算与code runtime的比例(avgSortTime/avgCodeTime)	avg(TaskAttempt.mergeFinishTime - TaskAttempt.shuffleFinishTime)

Reduce Code执行时间：totalTimeMs - shuffleTimeMs - sortTimeMs
totalTimeMs = TaskAttempt.finishTime - TaskAttempt.startTime
shuffleTimeMs = TaskAttempt.shuffleFinishTime - TaskAttempt.startTime
sortTimeMs = TaskAttempt.mergeFinishTime - TaskAttempt.shuffleFinishTime

指标建议：根据对应Shuffle、Sort时间进行优化判断，对应的指标如下

指标	LOW	MODERATE	SEVERE	CRITICAL	计算
Shuffle Runtime Severity	1m	5m	10m	30m	avg(TaskAttempt.shuffleFinishTime - TaskAttempt.startTime)
Shuffle/Code Runtime Ratio Severity	1	2	4	8	avgShuffleTime * 2 / avgCodeTime
Sort Runtime Severity	1m	5m	10m	30m	avg(TaskAttempt.mergeFinishTime - TaskAttempt.shuffleFinishTime)
Sort/Code Runtime Ratio Severity	1	2	4	8	avgSortTime * 2 / avgCodeTime

Spark

1. 采集作业详情

基于Spark HistoryServer rest api调用，前缀：http://{historyServer}:{port}

(1). 应用概要详情

GET /api/v1/applications/{appId}

返回结果参数说明：

字段	说明
attemptId	应用执行ID，一个应用若失败，可重试进行多次执行
startTime	应用执行的开始时间
endTime	应用执行的结束时间
duration	应用执行的耗时
sparkUser	应用提交用户
completed	应用是否执行完成

(2). 应用执行详情

基于应用执行信息获取最后一次执行(attempt)，并调用接口获取该次执行的所有Job详情包括：Data、Stages、Executor、Conf信息。

(2.1). Job Datas

GET /api/v1/applications/{appId}/{attemptId}/jobs

返回结果参数说明：

字段	说明
jobId	对应此次Attempt执行jobId
stageIds	对应的stageId信息
numTasks	该job执行的Task任务数量
numCompletedTasks	执行完成的Task数量
numCompletedStages	执行完成的Stages数量

(2.2). Job Stages

GET /api/v1/applications/{appId}/{attemptId}/stages

返回结果参数说明：

字段	说明
attemptId	执行的AttemptId
stageId	对应此次Attempt对应的StageId
numTasks	执行的Task数量
executorRunTime	该Stage执行executor运行的时间(单位：ms)
executorCpuTime	该Stage执行executor时CPU耗时，包括数据拉取(单位：ms)
submissionTime	该Stage提交时间
firstTaskLaunchedTime	该Stage第一个Task启动时间
inputBytes	该Stage输入字节数
inputRecords	该Stage输入记录数
outputBytes	该Stage输出字节数
outputRecords	该Stage输出记录数
shuffleReadBytes	Shuffle阶段读取字节数
shuffleReadRecords	Shuffle阶段读取记录数
shuffleWriteBytes	Shuffle节点写字节数
shuffleWriteRecords	Shuffle阶段写记录数
memoryBytesSpilled	内存溢出字节数
diskBytesSpilled	磁盘溢出字节数
details	执行详情
schedulingPool	调度资源池
rddIds	该Stage对应RDD信息

(2.3). Job Executors

GET /api/v1/applications/{appId}/{attemptId}/executors

结果返回参数说明：

字段	说明
id	Executor执行ID
hostPort	指定执行Executor的Node节点信息
rddBlocks	Executor执行中持久化的RDD blocks数量
memoryUsed	Executor过程中RDD缓存内存的大小
diskUsed	Executor过程中RDD持久化到磁盘的空间大小
totalCores	Executor使用总核数
maxTasks	最大的Task数量
totalDuration	Executor的总执行时间(单位：ms)
maxMemory	用于缓存RDD的最大内存(单位：bytes)
executorLogs	Executor执行日志
memoryMetrics	内存指标数据
totalGCTime	总的GC耗时

(2.4). Job Conf

GET /api/v1/applications/{appId}/{attemptId}/environment

2. Executor GC

指标说明：分析Spark任务中GC耗时情况，GC时间占比，分析的具体指标如下：

指标	说明	计算
Total GC time	GC总耗时	sum(Executor.totalGCTime)
Total Executor Runtime	总运行耗时	sum(Executor.totalDuration)
GC time to Executor Run time ratio	GC耗时与运行耗时占比	sum(Executor.totalGCTime)/sum(Executor.totalDuration)

指标建议：若Executor GC耗时占比过大，建议调大Excutor 内存值

指标	LOW	MODERATE	SEVERE	CRITICAL	计算
GC Ratio High Severity	0.08	0.1	0.15	0.2	sum(Executor.totalGCTime)/sum(Executor.totalDuration)
GC Ratio Low Severity	0.05	0.04	0.03	0.01	sum(Executor.totalGCTime)/sum(Executor.tota3Duration)

3. Executor Metrics

指标说明：分析Spark任务Executor指标进行分析，分析的具体指标如下：

指标	说明	计算
Total executor storage memory allocated	所有Executors RDD缓存的内存总分配值	sum(Executor.maxMemory)
Total executor storage memory used	所有Executors RDD缓存的内存总使用值	sum(Executor.memoryUsed)
Executor storage memory utilization rate	所有Executors RDD缓存的内存比例	sum(Executor.memoryUsed)/sum(Executor.maxMemory)
Executor storage memory used distribution	所有Executors RDD缓存的内存统计值	Dist(Executor.memoryUsed)
Executor task time distribution	所有Executor 任务运行时间统计值	Dist(Executor.totalDuration)
Executor task time sum	所有Executor 任务运行时间总值	sum(Executor.totalDuration)
Executor input bytes distribution	所有Executor Input数据量统计值	Dist(Executor.totalInputBytes)
Executor shuffle read bytes distribution	所有Executor Shuffle Read统计值	Dist(Executor.totalShuffleRead)
Executor shuffle write bytes distribution	所有Executor Shuffle Write统计值	Dist(Executor.totalShuffleWrite)

其中Dist统计值计算包括：

min：最小值
max：最大值
p25：百分位25%值
median：中位值(百分位50%)
p75：百分位75%值

指标建议：Executor 运行统计值判断任务是否运行合理

指标	LOW	MODERATE	SEVERE	CRITICAL	计算
memoryUsed Median Ratio Severity	0.125	0.25	0.5	1	max(Executor.memoryUsed)/median(Executor.memoryUsed)
Task Time Median Ratio Severity	0.125	0.25	0.5	1	max(Executor.totalDuration)/median(Executor.totalDuration)
InputBytes Median Ratio Severity	0.125	0.25	0.5	1	max(Executor.totalInputBytes)/median(Executor.totalInputBytes)
Shuffle Read Median Ratio Severity	0.125	0.25	0.5	1	max(Executor.totalShuffleRead)/median(Executor.totalShuffleRead)
Shuffle Write Median Ratio Severity	0.125	0.25	0.5	1	max(Executor.totalShuffleWrite)/median(Executor.totalShuffleWrite)

4. Stages Metrics

指标说明：分析Spark任务Stages指标进行分析，分析的具体指标如下：

指标	说明	计算
Spark completed stages count	已结束的Stages总计	(Stage.status = COMPLETE).size
Spark failed stages count	失败的Stages总计	(Stage.status = FAILED).size
Spark stage failure rate	Stage执行失败率	FailedStageSize/(FailedStageSize + completedStageSize)
Spark stages with high task failure rates	Stages中Tasks执行失败率	(Stage.numFailedTasks/(Stage.numFailedTasks + Stage.numCompletedTasks)
Spark stages with long average executor runtime	Stages中Task超时运行的时间(30min)	该Stage下，单个Executor的运行耗时：Stage.executorRunTime/Stage.Executors.size

指标建议：Stages 运行统计值判断任务是否运行合理

指标	LOW	MODERATE	SEVERE	CRITICAL	计算
Max Task Failed Ratio Severity	0.1	0.3	0.4	0.5	max(Stage.numFailedTasks/(Stage.numFailedTasks + Stage.numCompletedTasks)
Max Task Runtime Severity	15min	30min	45min	60min	max(Stage.executorRunTime/Stage.Executors.size)

5. Job Metrics

指标说明：分析Spark任务Jobs指标进行分析，分析的具体指标如下：

指标	说明	计算
Spark completed jobs count	Spark任务执行成功的Job数量统计	(Job.status = SUCCEEDED).size
Spark failed jobs count	Spark任务执行失败的Job数量统计	(Job.status = FAILED).size
Spark failed jobs list	执行失败的Job列表	List(Job.status = FAILED)
Spark jobs failure rates	Job执行失败率	numFailedJobs/numFailedJobs + numSucceededJobs
Spark jobs with high task failure rates	Job Tasks执行失败率	Job.numFailedTasks/Job.numTasks

指标建议：若Executor GC耗时占比过大，建议调大Excutor 内存值

指标	LOW	MODERATE	SEVERE	CRITICAL	计算
Max Task Failed Ratio Severity	0.1	0.3	0.4	0.5	max(Job.numFailedTasks/Job.numTasks)
Max Job Failed Severity	0.1	0.3	0.4	0.5	max(numFailedJobs/numFailedJobs + numSucceededJobs)

6. Spark Conf

指标说明：对Spark配置参数进行分析，主要包括driver memory，driver cores，executor cores，executor instances，executor memory，serializer

指标	说明	计算
Serializer Key	Spark序列化方式，是否支持KryoSerializer	默认：org.apache.spark.serializer.KryoSerializer
Shuffle Enable	支持支持Shuffle	spark.shuffle.service.enabled
Minimum Executors	最小的Executor数量(1)	spark.dynamicAllocation.minExecutors
Maximum Executors	最大的Executor数量(900)	spark.dynamicAllocation.maxExecutors
Jars notation	指定对应jar，不使用*代指	spark.yarn.secondary.jars
Executor Overhead Memory	exector overhead memory配置	spark.yarn.executor.memoryOverhead
Driver Overhead Memory	driver overhead memory配置	spark.yarn.driver.memoryOverhead

通用聚合指标

计算运行App汇总指标，包括ResourceUsed 资源使用，ResourceWasted 资源浪费，TotalDelay 任务总延迟。

ResourceUsed 资源使用：与App.memorySeconds保持一致，单位(MB-Seconds)
ResourceWasted 资源浪费：ResourceUsed - TaskMemoryUsed，虽然配置了指定资源，但执行任务过程中会出现container 内存资源没有消耗完，即存在浪费内存；
TotalDelay：任务延迟分析，Task结束时间 - (Task提交时间 + Task耗时)

内存引子=1.5，即实际的内存使用数据，可能超过内存已使用的指标数据，因此放大实际使用的倍数。

MapReduce

参数说明

MapContainerMemorySize : 获取MapReduce中Map任务Container的Memory大小，通过配置参数mapreduce.map.memory.mb获取，若获取不到，默认2048MB；
ReduceContainerMemorySize : 获取MapReduce中Reduce任务Container的Memory大小，通过配置参数mapreduce.reduce.memory.mb获取，若获取不到，默认2048MB；

指标	说明	计算
ResourceUsed	使用的总资源，单位MB-Seconds	App.memorySeconds
ResourceWasted	汇总所有任务Task的浪费内存资源，单位MB-Seconds	sum(（(ContainerSize - max(TaskCounter.PHYSICAL_MEMORY_BYTES， TaskCounter.VIRTUAL_MEMORY_BYTES)内存因子) (Task.elapsedTime/Second) )
TotalDelay	总任务延迟时间	max(Task.finishTime) - (idealStartTime + max(Task.elapsedTime))

Map任务中idealStartTime 为 Job.submitTime，Reduce任务中 idealStartTime 为Map Task 中max(Task.finishTime);

Spark

参数说明：

spark.executor.instances： Spark instances数量；
spark.executor.memory：Spark任务中执行Executor的内存值；

指标	说明	计算
ResourceUsed	使用的总资源，单位MB-Seconds	App.memorySeconds
ResourceWasted	汇总所有任务Executor的浪费内存资源，单位MB-Seconds	sum((Excutor.maxMemory - Excutor.memoryUsed内存因子)/MB totalDuration/Second)
TotalDelay	总任务延迟时间	sum(Stage.firstTaskLaunchedTime - Stage.submissionTime)

总结

本文主要介绍资源管理组件中的计算资源优化，主要包括：配额管理、调度优先级设置、作业参数调优、监控与分析四个方面。针对作业指标分析，基于开源项目 Dr. Elephant 进行介绍，分别详述了MapReduce任务和Spark任务的采集详情及作业的调优判断指标。基于 Dr. Elephant 项目的设计思路和启发式算法，我们可以进行二次开发或者重构一个作业智能诊断平台，从作业执行全链路进行参数调优。

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