Hadoop2.6.0运行mapreduce之Uber模式验证

前言

在有些情况下，运行于Hadoop集群上的一些mapreduce作业本身的数据量并不是很大，如果此时的任务分片很多，那么为每个map任务或者reduce任务频繁创建Container，势必会增加Hadoop集群的资源消耗，并且因为创建分配Container本身的开销，还会增加这些任务的运行时延。如果能将这些小任务都放入少量的Container中执行，将会解决这些问题。好在Hadoop本身已经提供了这种功能，只需要我们理解其原理，并应用它。
Uber运行模式就是解决此类问题的现成解决方案。本文旨在通过测试手段验证Uber运行模式的效果，在正式的生成环境下，还需要大家具体情况具体对待。

Uber运行模式

Uber运行模式对小作业进行优化，不会给每个任务分别申请分配Container资源，这些小任务将统一在一个Container中按照先执行map任务后执行reduce任务的顺序串行执行。那么什么样的任务，mapreduce框架会认为它是小任务呢？

地图任务的数量不大于mapreduce.job.ubertask.maxmaps参数（默认值是9）的值;
减少任务的数量不大于mapreduce.job.ubertask.maxreduces参数（默认值是1）的值;
输入文件大小不大于mapreduce.job.ubertask.maxbytes参数（默认为1个Block的字节大小）的值；
map任务和reduce任务需要的资源量不能大于MRAppMaster（mapreduce作业的ApplicationMaster）可用的资源总量；
我们可以使用在《Hadoop2.6.0配置参数查看小工具》一文中制作的小工具，查看Uber相关参数及其默认值：


上面显示的参数mapreduce.job.ubertask.enable用来控制是否开启Uber运行模式，默认为false。

优化

为简单起见，我们还是以WordCount例子展开。输入数据及输出结果目录的构造过程可以参照《Hadoop2.6.0的FileInputFormat的任务切分原理分析》一文，本文不再赘述。

限制任务划分数量

我们知道WordCount例子中的reduce任务的数量通过Job.setNumReduceTasks(int)方法已经设置为1，因此满足mapreduce.job.ubertask.maxreduces参数的限制。所以我们首先控制下map任务的数量，我们通过设置mapreduce.input.fileinputformat.split.maxsize参数来限制。看看在满足小任务前提，但是不开启Uber运行模式时的执行情况。执行命令如下：

hadoop jar share/hadoop/mapreduce/hadoop-mapreduce-examples-2.6.0.jar wordcount -D mapreduce.input.fileinputformat.split.maxsize = 30 /wordcount/input /wordcount/output/result1

观察执行结果，可以看到没有启用Uber模式，作业划分为6个分片，如下图：


还可以看到一共是6个地图任务和1个减少任务，如下图：


我在任务执行过程中，在web界面对于分配的Container进行截图，可以看到一共分配了7个Container：


如果阅读了《Hadoop2.6.0的FileInputFormat的任务切分原理分析》一文，你会知道输入源/wordcount/input目录下2个文件的大小总和为177字节，为了这么小的数据量和简单的WordCount而分配这么多资源的确很不划算。

开启Uber模式

现在我们开启mapreduce.job.ubertask.enable参数并使用Uber运行模式，命令如下：

hadoop jar share/hadoop/mapreduce/hadoop-mapreduce-examples-2.6.0.jar wordcount -D mapreduce.input.fileinputformat.split.maxsize = 30 -D mapreduce.job.ubertask.enable = true /wordcount/input /wordcount/output/result2

然后观察执行结果，可以看到已经启用了Uber模式，如下图：



依然是6个地图任务和1个减少任务，但是之前的数据本地地图任务= 6一行信息已经变为当地的其他地图tasks=6。此外还增加了TOTAL_LAUNCHED_UBERTASKS、NUM_UBER_SUBMAPS、NUM_UBER_SUBREDUCES等信息，如下图所示：


以下列出这几个信息的含义：

输出字段	描述
TOTAL_LAUNCHED_UBERTASKS	启动的Uber任务数
NUM_UBER_SUBMAPS	Uber任务中的地图任务数
NUM_UBER_SUBREDUCES	Uber中减少任务数

因此我们知道这7个任务都在Uber模式下运行，其中包含6个map任务和1个reduce任务。即便如此，有人依然会担心真正分配了多少Container资源，请看我在web界面的截图：

其它测试

由于我主动控制了分片大小，导致分片数量是6，这小于mapreduce.job.ubertask.maxmaps参数的默认值9。按照之前的介绍，当map任务数量大于9时，那么这个作业就不会被认为小任务。所以我们先将分片大小调整为20字节，使得map任务的数量刚好等于9，然后执行以下命令：

hadoop jar share/hadoop/mapreduce/hadoop-mapreduce-examples-2.6.0.jar wordcount -D mapreduce.input.fileinputformat.split.maxsize = 20 -D mapreduce.job.ubertask.enable = true /wordcount/input /wordcount/output/result3

任务划分相关的信息截图如下：


。我们看到的确将输入数据划分为9份了其它信息如下：


我们看到一共10个Uber模式运行的任务，其中包括9个地图任务和1个减少任务。最后，我们再将分片大小调整为19字节，使得map任务数量等于10，然后执行以下命令：

hadoop jar share/hadoop/mapreduce/hadoop-mapreduce-examples-2.6.0.jar wordcount -D mapreduce.input.fileinputformat.split.maxsize = 19 -D mapreduce.job.ubertask.enable = true /wordcount/input /wordcount/output/result4

任务划分相关的信息截图如下：



。我们看到的确将输入数据划分为10份了其它信息如下：



可以看到又重新显示了数据的本地地图 地图此外，还可以通过调整reduce任务数量或者输入数据大小等方式，使得Uber失效，有兴趣的同学可以自行测试。

源码分析

本文的最后，我们从源码实现的角度来具体分析下Uber运行机制。有经验的Hadoop工程师，想必知道当mapreduce任务提交给ResourceManager后，由RM负责向NodeManger通信启动一个Container用于执行MRAppMaster。启动MRAppMaster实际也是通过调用其main方法，最终会调用MRAppMaster实例的serviceStart方法，其实现如下：

protected void serviceStart() throws Exception {

// 省略无关代码
job = createJob(getConfig(), forcedState, shutDownMessage);

// 省略无关代码
if (!errorHappenedShutDown) {
JobEvent initJobEvent = new JobEvent(job.getID(), JobEventType.JOB_INIT);

jobEventDispatcher.handle(initJobEvent);

// 省略无关代码

if (job.isUber()) {
speculatorEventDispatcher.disableSpeculation();
} else {
dispatcher.getEventHandler().handle(
new SpeculatorEvent(job.getID(), clock.getTime()));
}

}

serviceStart方法的执行步骤如下：
调用createJob方法创建JobImpl实例。
发送JOB_INIT事件，然后处理此事件。
使用Uber运行模式的一个附加动作——即一旦满足Uber运行的四个条件，那么将不会进行推断执行优化。
createJob方法的代码实现如下：

protected Job createJob(Configuration conf, JobStateInternal forcedState,
String diagnostic) {

// create single job
Job newJob =
new JobImpl(jobId, appAttemptID, conf, dispatcher.getEventHandler(),
taskAttemptListener, jobTokenSecretManager, jobCredentials, clock,
completedTasksFromPreviousRun, metrics,
committer, newApiCommitter,
currentUser.getUserName(), appSubmitTime, amInfos, context,
forcedState, diagnostic);
((RunningAppContext) context).jobs.put(newJob.getID(), newJob);

dispatcher.register(JobFinishEvent.Type.class,
createJobFinishEventHandler());
return newJob;
}

从以上代码可以看到创建了一个JobImpl对象，此对象自身维护了一个状态机（有关状态机转换的实现原理可以参阅《Hadoop2.6.0中YARN底层状态机实现分析》一文的内容），用于在接收到事件之后进行状态转移并触发一些动作。JobImpl新建后的状态forcedState是JobStateInternal.NEW。最后将此JobImpl对象放入AppContext接口的实现类RunningAppContext的类型为Map<JobId,工作>的缓存上下文中。JobEventDispatcher的handle方法用来处理JobEvent。之前说到serviceStart方法主动创建了一个类型是JobEventType.JOB_INIT的JobEvent，并且交由JobEventDispatcher的handle方法处理。handle方法的实现如下：

private class JobEventDispatcher implements EventHandler<JobEvent> {
@SuppressWarnings("unchecked")
@Override
public void handle(JobEvent event) {
((EventHandler<JobEvent>)context.getJob(event.getJobId())).handle(event);
}
}

处理方法从AppContext的实现类RunningAppContext中获取JobImpl对象，代码如下：

@Override
public Job getJob(JobId jobID) {
return jobs.get(jobID);
}

最后调用JobImpl实例的句柄方法，其实现如下：

public void handle(JobEvent event) {
if (LOG.isDebugEnabled()) {
LOG.debug("Processing " + event.getJobId() + " of type "
+ event.getType());
}
try {
writeLock.lock();
JobStateInternal oldState = getInternalState();
try {
getStateMachine().doTransition(event.getType(), event);
} catch (InvalidStateTransitonException e) {
LOG.error("Can't handle this event at current state", e);
addDiagnostic("Invalid event " + event.getType() +
" on Job " + this.jobId);
eventHandler.handle(new JobEvent(this.jobId,
JobEventType.INTERNAL_ERROR));
}
//notify the eventhandler of state change
if (oldState != getInternalState()) {
LOG.info(jobId + "Job Transitioned from " + oldState + " to "
+ getInternalState());
rememberLastNonFinalState(oldState);
}
}

finally {
writeLock.unlock();
}
}

处理方法的处理步骤如下：获取修改JobImpl实例的锁;
获取JobImpl实例目前所处的状态
状态机状态转换;
释放修改JobImpl实例的锁。
getInternalState方法用于获取JobImpl实例当前的状态，其实现如下：

@Private
public JobStateInternal getInternalState() {
readLock.lock();
try {
if(forcedState != null) {
return forcedState;
}
return getStateMachine().getCurrentState();
} finally {
readLock.unlock();
}
}

我们之前介绍过，在创建JobImpl实例时，其forcedState字段应当是JobStateInternal.NEW。
JobImpl状态机转移时，处理的JobEvent的类型是JobEventType.JOB_INIT，因此经过状态机转换最终会调用InitTransition的transition方法。有关状态机转换的实现原理可以参阅《Hadoop2.6.0中YARN底层状态机实现分析》一文的内容。
InitTransition的transition方法处理Uber运行模式的关键代码是

@Override
public JobStateInternal transition(JobImpl job, JobEvent event) {
// 省略无关代码
job.makeUberDecision(inputLength);

// 省略无关代码
}

最后我们看看JobImpl实例的makeUberDecision方法的实现：

private void makeUberDecision(long dataInputLength) {
//FIXME:  need new memory criterion for uber-decision (oops, too late here;
// until AM-resizing supported,
// must depend on job client to pass fat-slot needs)
// these are no longer "system" settings, necessarily; user may override
int sysMaxMaps = conf.getInt(MRJobConfig.JOB_UBERTASK_MAXMAPS, 9);

int sysMaxReduces = conf.getInt(MRJobConfig.JOB_UBERTASK_MAXREDUCES, 1);

long sysMaxBytes = conf.getLong(MRJobConfig.JOB_UBERTASK_MAXBYTES,
fs.getDefaultBlockSize(this.remoteJobSubmitDir)); // FIXME: this is wrong; get FS from
// [File?]InputFormat and default block size
// from that

long sysMemSizeForUberSlot =
conf.getInt(MRJobConfig.MR_AM_VMEM_MB,
MRJobConfig.DEFAULT_MR_AM_VMEM_MB);

long sysCPUSizeForUberSlot =
conf.getInt(MRJobConfig.MR_AM_CPU_VCORES,
MRJobConfig.DEFAULT_MR_AM_CPU_VCORES);

boolean uberEnabled =
conf.getBoolean(MRJobConfig.JOB_UBERTASK_ENABLE, false);
boolean smallNumMapTasks = (numMapTasks <= sysMaxMaps);
boolean smallNumReduceTasks = (numReduceTasks <= sysMaxReduces);
boolean smallInput = (dataInputLength <= sysMaxBytes);
// ignoring overhead due to UberAM and statics as negligible here:
long requiredMapMB = conf.getLong(MRJobConfig.MAP_MEMORY_MB, 0);
long requiredReduceMB = conf.getLong(MRJobConfig.REDUCE_MEMORY_MB, 0);
long requiredMB = Math.max(requiredMapMB, requiredReduceMB);
int requiredMapCores = conf.getInt(
MRJobConfig.MAP_CPU_VCORES,
MRJobConfig.DEFAULT_MAP_CPU_VCORES);
int requiredReduceCores = conf.getInt(
MRJobConfig.REDUCE_CPU_VCORES,
MRJobConfig.DEFAULT_REDUCE_CPU_VCORES);
int requiredCores = Math.max(requiredMapCores, requiredReduceCores);
if (numReduceTasks == 0) {
requiredMB = requiredMapMB;
requiredCores = requiredMapCores;
}
boolean smallMemory =
(requiredMB <= sysMemSizeForUberSlot)
|| (sysMemSizeForUberSlot == JobConf.DISABLED_MEMORY_LIMIT);

boolean smallCpu = requiredCores <= sysCPUSizeForUberSlot;
boolean notChainJob = !isChainJob(conf);

// User has overall veto power over uberization, or user can modify
// limits (overriding system settings and potentially shooting
// themselves in the head).  Note that ChainMapper/Reducer are
// fundamentally incompatible with MR-1220; they employ a blocking
// queue between the maps/reduces and thus require parallel execution,
// while "uber-AM" (MR AM + LocalContainerLauncher) loops over tasks
// and thus requires sequential execution.
isUber = uberEnabled && smallNumMapTasks && smallNumReduceTasks
&& smallInput && smallMemory && smallCpu
&& notChainJob;

if (isUber) {
LOG.info("Uberizing job " + jobId + ": " + numMapTasks + "m+"
+ numReduceTasks + "r tasks (" + dataInputLength
+ " input bytes) will run sequentially on single node.");

// make sure reduces are scheduled only after all map are completed
conf.setFloat(MRJobConfig.COMPLETED_MAPS_FOR_REDUCE_SLOWSTART,
1.0f);
// uber-subtask attempts all get launched on same node; if one fails,
// probably should retry elsewhere, i.e., move entire uber-AM:  ergo,
// limit attempts to 1 (or at most 2?  probably not...)
conf.setInt(MRJobConfig.MAP_MAX_ATTEMPTS, 1);
conf.setInt(MRJobConfig.REDUCE_MAX_ATTEMPTS, 1);

// disable speculation
conf.setBoolean(MRJobConfig.MAP_SPECULATIVE, false);
conf.setBoolean(MRJobConfig.REDUCE_SPECULATIVE, false);
} else {
StringBuilder msg = new StringBuilder();
msg.append("Not uberizing ").append(jobId).append(" because:");
if (!uberEnabled)
msg.append(" not enabled;");
if (!smallNumMapTasks)
msg.append(" too many maps;");
if (!smallNumReduceTasks)
msg.append(" too many reduces;");
if (!smallInput)
msg.append(" too much input;");
if (!smallCpu)
msg.append(" too much CPU;");
if (!smallMemory)
msg.append(" too much RAM;");
if (!notChainJob)
msg.append(" chainjob;");
LOG.info(msg.toString());
}
}

如果你认真阅读以上代码的实现，就知道这正是我在本文一开始说的Uber运行模式判断mapreduce作业是否采用Uber模式执行的4个条件，缺一不可。一旦判定为Uber运行模式，那么还告诉我们以下几点：设置当map任务全部运行结束后才开始reduce任务（参数mapreduce.job.reduce.slowstart.completedmaps设置为1.0）。
将当前Job的最大map任务尝试执行次数（参数mapreduce.map.maxattempts）和最大reduce任务尝试次数（参数mapreduce.reduce.maxattempts）都设置为1。
取消当前Job的map任务的推断执行（参数mapreduce.map.speculative设置为false）和reduce任务的推断执行（参数mapreduce.reduce.speculative设置为false）。

后记：个人总结整理的《深入理解Spark：核心思想与源码分析》一书现在已经正式出版上市，目前京东、当当、天猫等网站均有销售，欢迎感兴趣的同学购买。



京东：http://item.jd.com/11846120.html
当当：http://product.dangdang.com/23838168.html