内容介绍

hive on spark的调优,那必然涉及到这一系列框架的内存模型。本章就是来讲一下这些框架的内存模型。
hive on spark的任务，从开始到结束。总共涉及了3个框架。分别是：yarn、hive、spark
其中，hive只是一个客户端的角色。就不涉及任务运行时的内存。所以这里主要讲的yarn和spark的内存模型。
其中，由于spark是运行在yarn的container中。所以我们从外到内。先将yarn的资源分配。后讲spark的内存模型。

hive on spark提交流程

hive阶段

首先上场的是hive框架。当我们写了一个SQL语句的时候，会被hive进行解析（hive用的SQL解析框架是Antlr4）。解析的流程是：

解析器将SQL解析成AST（抽象语法树）
逻辑生成器
逻辑优化器 (这里主要做一些谓词下推的操作)
物理生成器
物理优化器(这里则是做基于代价的优化，简称CBO)
执行器 (在这里就会将Spark任务提交给yarn)
这里是进行物理优化器的地方，可以看见，从这里开始，就已经根据引擎的不同，进行不同的优化了。

此处就是执行器

我们进去之后就可以看见提交Spark任务

我们可以在这里看见，把job上传到yarn上，并且添加了一些监听器来获取job的状态

这样之后，SQL就会被转为Spark一系列的RDD。

yarn资源

在hive中，我们已经把spark job提交到yarn上面。现在我们就来看一下yarn的内存模型。

yarn的组成很简单，有ResourceManager和NodeManager，其中ResourceManager是大哥。对客户端传来的请求做处理。NodeManager是小弟。负责运行任务。
就此而言，我们就可以做出一个简单的判断：对于资源（内存和CPU）的分配，我们要多给NodeManager资源。ResourceManager无需很多的资源。因为ResourceManager仅仅是处理客户端的请求和管理NodeManager。并不进行任务的计算。
NodeManager里面是很多的Container，我们的Spark任务就是跑在Container里面的。

yarn中关于资源的参数

由于spark任务是跑在NodeManager下的Container中。所以我们可以对NodeManager和Contaniner进行参数的调整（资源的配置）

NodeManager的参数

yarn.nodemanager.resource.memory-mb : NodeManager可以给Container分配内存
yarn.nodemanager.resource.cpu-vcores ：NodeManager可以给Container分配的虚拟核数（因为不同的CPU可能计算能力不同。有可能一个i7的CPU顶两个i5的。所以就可以把i7的cpu映射为两个虚拟核。这样的话，就不会出现因为CPU的差异，而导致的：相同的任务跑多次。每次所耗的时间相差特别大。）

Container的参数

yarn.scheduler.maximum-allocation-mb ：单个Container可以使用的最大内存
yarn.scheduler.minimum-allocation-mb ：单个Container可以使用的最小内存

Spark资源

Spark的内存模型可以大致分为堆内内存和堆外内存

堆内内存

动态占用机制：简单的来说，

当存储和执行的内存都不足时。存储会存放到硬盘。
当存储占用了执行的内存后，执行想收回内存时。存储会将占用的部分转存到硬盘。归还内存
当执行占用了存储的内存后，存储想收回内存时，执行无法归还内存。需要等到执行使用完毕，才可以归还内存。（朴素的想一想，比较计算重要。不能停止，只好让存储等一等。等执行计算完毕，再归还内存）

堆外内存

在默认情况下，堆外内存并不启用。可以通过spark.memory.offHeap.enabled开启。
堆外内存的大小由spark.memory.offHeap.size指定。
堆外内存的优点：

Spark直接操作系统堆外内存，减少了不必要的内存开销，和频繁的GC的扫描和回收，提高了性能
可以被精准的申请和释放。（因为堆内内存是由JVM管理的。所以无法实现精准的释放）

整合yarn和Spark

我们先对一台服务器的资源配置做出假设，并根据这些假设，对资源进行合理的分配。

服务器的资源情况： 32核CPU，128G内存

因为我们的服务器不可能只是为yarn一个框架提供资源。其他的框架也需要资源。所以我们可用分配给yarn的资源为：16核CPU，64G内存

Spark任务分为Driver和Executor。

Executor

由于 Spark 的Executor的CPU建议数量是4~6个。然后服务器中yarn可用的CPU资源数是16。

16/4=4;16/5=3...1;16/6=2...4;可以看出。单个Executor的CPU核数为5、6的时候，都会有一些CPU核未使用上，造成CPU的浪费。所以我们选取单个Executor的CPU核数为4。然后我们根据1CU原则（1个CPU对应4G内存）。所以Executor的内存数为4*4G。

单个Executo资源情况： 4核CPU，16G内存。

根据资源的配置情况可知，一个节点能运行的Executo数量为 4

这样，我们对于单个Executor 的资源分配好了。我们再来看Executor内部的内存分配。

由上面的Spark的内存模型可知。Spark的内存分为堆内和堆外内存。在默认情况下堆外内存=堆内内存0.1 (spark.executor.memoryOverhead=spark.executor.memory0.1)
所以简单的计算一下就可知：

spark.executor.memoryOverhead=$\frac{1}{11}*16G(单个Executor的可用的总内存)$
spark.executor.memory=$\frac{10}{11}*16G(单个Executor的可用总内存)$

当然，很多情况下这个结果都不是整数。所以计算出结果后，再进行一些个人的调整就好。

在这里Executor内部实际的内存分配情况如下：

spark.executor.memoryOverhead=2G

spark.executor.memory=14G

到这里，我们给各个组件的资源就已经分配完毕了。
下面我们来从Spark任务的角度谈一下，一个Spark任务，应该使用多少个Executor合适。

对于一个Spark任务的Executor数量，有静态分配和动态分配两种选择。
我们当然是选择动态分配。（因为静态分配相比于动态分配，更容易造成资源的浪费或者Spark任务资源的不足。）

动态分配： 根据Spark任务的工作负载，可用动态的调整所占用的资源（Executor的数量）。需要时申请，不需要时释放。下面是动态分配的一些参数的设置

#启动动态分配
spark.dynamicAllocation.enabled    true
#启用Spark shuffle服务
spark.shuffle.service.enabled    true
#Executor个数初始值
spark.dynamicAllocation.initialExecutors    1
#Executor个数最小值
spark.dynamicAllocation.minExecutors    1
#Executor个数最大值
spark.dynamicAllocation.maxExecutors    12
#Executor空闲时长，若某Executor空闲时间超过此值，则会被关闭
spark.dynamicAllocation.executorIdleTimeout    60s
#积压任务等待时长，若有Task等待时间超过此值，则申请启动新的Executor
spark.dynamicAllocation.schedulerBacklogTimeout    1s
#spark shuffle老版本协议
spark.shuffle.useOldFetchProtocol true

$\color{ForestGreen}{为什么启动Spark的shuffle}$：作用是将map的输出文件落盘。供后续的reduce使用。

$\color{ForestGreen}{为什么落盘}$：因为如果map的输出的文件不落盘。map就不会被释放。也就无法释放这个空闲的Executor。只有将输出文件落盘后，这个Executor才会被释放。

Driver

Driver主要的配置参数有spark.driver.memory和spark.driver.memoryOverhead。

此处spark.driver.memory和spark.driver.memoryOverhead的分配的内存比例和Executor一样。都是spark.driver.memoryOverhead=spark.driver.memory*0.1

对于Driver的总内存，有一个经验公式：（假定yarn.nodemanager.resource.memory-mb设为$X$）

若$X>50G$，则Driver设为12G
若$12G<X<50G$，则Driver设为4G
若$1G<X<12G$，则Driver设为1G

因为我们的yarn.nodemanager.resource.memory-mb=64G。所以：

spark.driver.memory = 10G
spark.driver.memoryOverhead = 2G

配置文件的设置

spark-defaults.conf

配置文件的位置：$HivE_HOME/conf/spark-defaults.conf

由于我们多个节点有Spark。所以可能会有一些疑问：$\color{ForestGreen}{这么多Spark，这么多配置文件，究竟是Spark任务运行的节点的配置文件生效呢？还是Hive目录下的配置文件生效呢？}$
答案：当然是Hive目录下的配置文件生效。如果我们了解过Spark的任务提交流程就知道。当我们运行了一条命令行后。Spark-submit会解析参数。然后再向yarn提交请求。

spark.master                               yarn
spark.eventLog.enabled                   true
spark.eventLog.dir    hdfs://myNameService1/spark-history
spark.executor.cores    4
spark.executor.memory    14g
spark.executor.memoryOverhead    2g
spark.driver.memory    10g
spark.driver.memoryOverhead    2g
spark.dynamicAllocation.enabled  true
spark.shuffle.service.enabled  true
spark.dynamicAllocation.executorIdleTimeout  60s
spark.dynamicAllocation.initialExecutors    1
spark.dynamicAllocation.minExecutors  1
spark.dynamicAllocation.maxExecutors  12
spark.dynamicAllocation.schedulerBacklogTimeout 1s
spark.shuffle.useOldFetchProtocol    true

spark-shullfe

Spark的shullfe会因为Cluster Manager（standalone、Mesos、Yarn）的不同而不同。
此处我们是yarn。

步骤如下：

拷贝$SPARK_HOME/yarn/spark-3.0.0-yarn-shuffle.jar到$HADOOP_HOME/share/hadoop/yarn/lib
向集群分发$HADOOP_HOME/share/hadoop/yarn/lib/spark-3.0.0-yarn-shuffle.jar
修改$HADOOP_HOME/etc/hadoop/yarn-site.xml

<property>
    <name>yarn.nodemanager.aux-services</name>
    <value>mapreduce_shuffle,spark_shuffle</value>
</property>

<property>
    <name>yarn.nodemanager.aux-services.spark_shuffle.class</name>
    <value>org.apache.spark.network.yarn.YarnShuffleService</value>
</property>

分发$HADOOP_HOME/etc/hadoop/yarn-site.xml
重启yarn