linghaiyan 发表于 2017-4-19 12:39:12

Spark技术内幕:Master基于ZooKeeper的High Availability(HA)源码实现

  如果Spark的部署方式选择Standalone,一个采用Master/Slaves的典型架构,那么Master是有SPOF(单点故障,Single Point of Failure)。Spark可以选用ZooKeeper来实现HA。
     ZooKeeper提供了一个Leader Election机制,利用这个机制可以保证虽然集群存在多个Master但是只有一个是Active的,其他的都是Standby,当Active的Master出现故障时,另外的一个Standby Master会被选举出来。由于集群的信息,包括Worker, Driver和Application的信息都已经持久化到文件系统,因此在切换的过程中只会影响新Job的提交,对于正在进行的Job没有任何的影响。加入ZooKeeper的集群整体架构如下图所示。

 
1. Master的重启策略

Master在启动时,会根据启动参数来决定不同的Master故障重启策略:

[*]ZOOKEEPER实现HA
[*]FILESYSTEM:实现Master无数据丢失重启,集群的运行时数据会保存到本地/网络文件系统上

[*]丢弃所有原来的数据重启

Master::preStart()可以看出这三种不同逻辑的实现。
 
 view plaincopyhttps://code.csdn.net/assets/CODE_ico.pnghttps://code.csdn.net/assets/ico_fork.svg 



[*]override def preStart() {  
[*]    logInfo("Starting Spark master at " + masterUrl)  
[*]    ...  
[*]    //persistenceEngine是持久化Worker,Driver和Application信息的,这样在Master重新启动时不会影响  
[*]    //已经提交Job的运行  
[*]    persistenceEngine = RECOVERY_MODE match {  
[*]      case "ZOOKEEPER" =>  
[*]        logInfo("Persisting recovery state to ZooKeeper")  
[*]        new ZooKeeperPersistenceEngine(SerializationExtension(context.system), conf)  
[*]      case "FILESYSTEM" =>  
[*]        logInfo("Persisting recovery state to directory: " + RECOVERY_DIR)  
[*]        new FileSystemPersistenceEngine(RECOVERY_DIR, SerializationExtension(context.system))  
[*]      case _ =>  
[*]        new BlackHolePersistenceEngine()  
[*]    }  
[*]    //leaderElectionAgent负责Leader的选取。  
[*]    leaderElectionAgent = RECOVERY_MODE match {  
[*]        case "ZOOKEEPER" =>  
[*]          context.actorOf(Props(classOf, self, masterUrl, conf))  
[*]        case _ => // 仅仅有一个Master的集群,那么当前的Master就是Active的  
[*]          context.actorOf(Props(classOf, self))  
[*]      }  
[*]  }  

 
RECOVERY_MODE是一个字符串,可以从spark-env.sh中去设置。
 
 view plaincopyhttps://code.csdn.net/assets/CODE_ico.pnghttps://code.csdn.net/assets/ico_fork.svg 



[*]val RECOVERY_MODE = conf.get("spark.deploy.recoveryMode", "NONE")  

 
如果不设置spark.deploy.recoveryMode的话,那么集群的所有运行数据在Master重启是都会丢失,这个结论是从BlackHolePersistenceEngine的实现得出的。
 
 view plaincopyhttps://code.csdn.net/assets/CODE_ico.pnghttps://code.csdn.net/assets/ico_fork.svg 



[*]private class BlackHolePersistenceEngine extends PersistenceEngine {  
[*]  override def addApplication(app: ApplicationInfo) {}  
[*]  override def removeApplication(app: ApplicationInfo) {}  
[*]  override def addWorker(worker: WorkerInfo) {}  
[*]  override def removeWorker(worker: WorkerInfo) {}  
[*]  override def addDriver(driver: DriverInfo) {}  
[*]  override def removeDriver(driver: DriverInfo) {}  
[*]  
[*]  override def readPersistedData() = (Nil, Nil, Nil)  
[*]}  

 
它把所有的接口实现为空。PersistenceEngine是一个trait。作为对比,可以看一下ZooKeeper的实现。
 
 view plaincopyhttps://code.csdn.net/assets/CODE_ico.pnghttps://code.csdn.net/assets/ico_fork.svg 



[*]class ZooKeeperPersistenceEngine(serialization: Serialization, conf: SparkConf)  
[*]  extends PersistenceEngine  
[*]  with Logging  
[*]{  
[*]  val WORKING_DIR = conf.get("spark.deploy.zookeeper.dir", "/spark") + "/master_status"  
[*]  val zk: CuratorFramework = SparkCuratorUtil.newClient(conf)  
[*]  
[*]  SparkCuratorUtil.mkdir(zk, WORKING_DIR)  
[*]  // 将app的信息序列化到文件WORKING_DIR/app_{app.id}中  
[*]  override def addApplication(app: ApplicationInfo) {  
[*]    serializeIntoFile(WORKING_DIR + "/app_" + app.id, app)  
[*]  }  
[*]  
[*]  override def removeApplication(app: ApplicationInfo) {  
[*]    zk.delete().forPath(WORKING_DIR + "/app_" + app.id)  
[*]  }  

 
Spark使用的并不是ZooKeeper的API,而是使用的org.apache.curator.framework.CuratorFramework 和 org.apache.curator.framework.recipes.leader.{LeaderLatchListener, LeaderLatch} 。Curator在ZooKeeper上做了一层很友好的封装。
 
2. 集群启动参数的配置
简单总结一下参数的设置,通过上述代码的分析,我们知道为了使用ZooKeeper至少应该设置一下参数(实际上,仅仅需要设置这些参数。通过设置spark-env.sh:
 
 view plaincopyhttps://code.csdn.net/assets/CODE_ico.pnghttps://code.csdn.net/assets/ico_fork.svg 



[*]spark.deploy.recoveryMode=ZOOKEEPER  
[*]spark.deploy.zookeeper.url=zk_server_1:2181,zk_server_2:2181  
[*]spark.deploy.zookeeper.dir=/dir     
[*]// OR 通过一下方式设置  
[*]export SPARK_DAEMON_JAVA_OPTS="-Dspark.deploy.recoveryMode=ZOOKEEPER "  
[*]export SPARK_DAEMON_JAVA_OPTS="${SPARK_DAEMON_JAVA_OPTS} -Dspark.deploy.zookeeper.url=zk_server1:2181,zk_server_2:2181"  

 
各个参数的意义:
参数
默认值
含义
spark.deploy.recoveryMode
NONE
恢复模式(Master重新启动的模式),有三种:1, ZooKeeper, 2, FileSystem, 3 NONE
spark.deploy.zookeeper.url
 ZooKeeper的Server地址
spark.deploy.zookeeper.dir
/spark
ZooKeeper 保存集群元数据信息的文件目录,包括Worker,Driver和Application。
 
3. CuratorFramework简介 
CuratorFramework极大的简化了ZooKeeper的使用,它提供了high-level的API,并且基于ZooKeeper添加了很多特性,包括

[*]自动连接管理:连接到ZooKeeper的Client有可能会连接中断,Curator处理了这种情况,对于Client来说自动重连是透明的。
[*]简洁的API:简化了原生态的ZooKeeper的方法,事件等;提供了一个简单易用的接口。
[*]Recipe的实现(更多介绍请点击Recipes):

[*]Leader的选择
[*]共享锁
[*]缓存和监控
[*]分布式的队列
[*]分布式的优先队列

 
CuratorFrameworks通过CuratorFrameworkFactory来创建线程安全的ZooKeeper的实例。
CuratorFrameworkFactory.newClient()提供了一个简单的方式来创建ZooKeeper的实例,可以传入不同的参数来对实例进行完全的控制。获取实例后,必须通过start()来启动这个实例,在结束时,需要调用close()。
 
 view plaincopyhttps://code.csdn.net/assets/CODE_ico.pnghttps://code.csdn.net/assets/ico_fork.svg 



[*]/** 
[*]     * Create a new client 
[*]     * 
[*]     * 
[*]     * @param connectString list of servers to connect to 
[*]     * @param sessionTimeoutMs session timeout 
[*]     * @param connectionTimeoutMs connection timeout 
[*]     * @param retryPolicy retry policy to use 
[*]     * @return client 
[*]     */  
[*]    public static CuratorFramework newClient(String connectString, int sessionTimeoutMs, int connectionTimeoutMs, RetryPolicy retryPolicy)  
[*]    {  
[*]        return builder().  
[*]            connectString(connectString).  
[*]            sessionTimeoutMs(sessionTimeoutMs).  
[*]            connectionTimeoutMs(connectionTimeoutMs).  
[*]            retryPolicy(retryPolicy).  
[*]            build();  
[*]    }  

  
需要关注的还有两个Recipe:org.apache.curator.framework.recipes.leader.{LeaderLatchListener, LeaderLatch}。
 
首先看一下LeaderlatchListener,它在LeaderLatch状态变化的时候被通知:

[*]在该节点被选为Leader的时候,接口isLeader()会被调用
[*]在节点被剥夺Leader的时候,接口notLeader()会被调用
由于通知是异步的,因此有可能在接口被调用的时候,这个状态是准确的,需要确认一下LeaderLatch的hasLeadership()是否的确是true/false。这一点在接下来Spark的实现中可以得到体现。
 
 view plaincopyhttps://code.csdn.net/assets/CODE_ico.pnghttps://code.csdn.net/assets/ico_fork.svg 



[*]/** 
[*]* LeaderLatchListener can be used to be notified asynchronously about when the state of the LeaderLatch has changed. 
[*]* 
[*]* Note that just because you are in the middle of one of these method calls, it does not necessarily mean that 
[*]* hasLeadership() is the corresponding true/false value. It is possible for the state to change behind the scenes 
[*]* before these methods get called. The contract is that if that happens, you should see another call to the other 
[*]* method pretty quickly. 
[*]*/  
[*]public interface LeaderLatchListener  
[*]{  
[*]  /** 
[*]* This is called when the LeaderLatch's state goes from hasLeadership = false to hasLeadership = true. 
[*]* 
[*]* Note that it is possible that by the time this method call happens, hasLeadership has fallen back to false. If 
[*]* this occurs, you can expect {@link #notLeader()} to also be called. 
[*]*/  
[*]  public void isLeader();  
[*]  
[*]  /** 
[*]* This is called when the LeaderLatch's state goes from hasLeadership = true to hasLeadership = false. 
[*]* 
[*]* Note that it is possible that by the time this method call happens, hasLeadership has become true. If 
[*]* this occurs, you can expect {@link #isLeader()} to also be called. 
[*]*/  
[*]  public void notLeader();  
[*]}  

LeaderLatch负责在众多连接到ZooKeeper Cluster的竞争者中选择一个Leader。Leader的选择机制可以看ZooKeeper的具体实现,LeaderLatch这是完成了很好的封装。我们只需要要知道在初始化它的实例后,需要通过
 
 view plaincopyhttps://code.csdn.net/assets/CODE_ico.pnghttps://code.csdn.net/assets/ico_fork.svg 



[*]public class LeaderLatch implements Closeable  
[*]{  
[*]    private final Logger log = LoggerFactory.getLogger(getClass());  
[*]    private final CuratorFramework client;  
[*]    private final String latchPath;  
[*]    private final String id;  
[*]    private final AtomicReference<State> state = new AtomicReference<State>(State.LATENT);  
[*]    private final AtomicBoolean hasLeadership = new AtomicBoolean(false);  
[*]    private final AtomicReference<String> ourPath = new AtomicReference<String>();  
[*]    private final ListenerContainer<LeaderLatchListener> listeners = new ListenerContainer<LeaderLatchListener>();  
[*]    private final CloseMode closeMode;  
[*]    private final AtomicReference<Future<?>> startTask = new AtomicReference<Future<?>>();  
[*].  
[*].  
[*].  
[*]    /** 
[*]     * Attaches a listener to this LeaderLatch 
[*]     * <p/> 
[*]     * Attaching the same listener multiple times is a noop from the second time on. 
[*]     * <p/> 
[*]     * All methods for the listener are run using the provided Executor.  It is common to pass in a single-threaded 
[*]     * executor so that you can be certain that listener methods are called in sequence, but if you are fine with 
[*]     * them being called out of order you are welcome to use multiple threads. 
[*]     * 
[*]     * @param listener the listener to attach 
[*]     */  
[*]    public void addListener(LeaderLatchListener listener)  
[*]    {  
[*]        listeners.addListener(listener);  
[*]    }  

 
 
通过addListener可以将我们实现的Listener添加到LeaderLatch。在Listener里,我们在两个接口里实现了被选为Leader或者被剥夺Leader角色时的逻辑即可。
 
 
4. ZooKeeperLeaderElectionAgent的实现
实际上因为有Curator的存在,Spark实现Master的HA就变得非常简单了,ZooKeeperLeaderElectionAgent实现了接口LeaderLatchListener,在isLeader()确认所属的Master被选为Leader后,向Master发送消息ElectedLeader,Master会将自己的状态改为ALIVE。当noLeader()被调用时,它会向Master发送消息RevokedLeadership时,Master会关闭。

 
 view plaincopyhttps://code.csdn.net/assets/CODE_ico.pnghttps://code.csdn.net/assets/ico_fork.svg 



[*]private class ZooKeeperLeaderElectionAgent(val masterActor: ActorRef,  
[*]    masterUrl: String, conf: SparkConf)  
[*]  extends LeaderElectionAgent with LeaderLatchListener with Logging  {  
[*]  val WORKING_DIR = conf.get("spark.deploy.zookeeper.dir", "/spark") + "/leader_election"  
[*]  // zk是通过CuratorFrameworkFactory创建的ZooKeeper实例  
[*]  private var zk: CuratorFramework = _  
[*]  // leaderLatch:Curator负责选出Leader。  
[*]  private var leaderLatch: LeaderLatch = _  
[*]  private var status = LeadershipStatus.NOT_LEADER  
[*]  
[*]  override def preStart() {  
[*]  
[*]    logInfo("Starting ZooKeeper LeaderElection agent")  
[*]    zk = SparkCuratorUtil.newClient(conf)  
[*]    leaderLatch = new LeaderLatch(zk, WORKING_DIR)  
[*]    leaderLatch.addListener(this)  
[*]  
[*]    leaderLatch.start()  
[*]  }  

 
 
在prestart中,启动了leaderLatch来处理选举ZK中的Leader。就如在上节分析的,主要的逻辑在isLeader和noLeader中。
 view plaincopyhttps://code.csdn.net/assets/CODE_ico.pnghttps://code.csdn.net/assets/ico_fork.svg 



[*]override def isLeader() {  
[*]  synchronized {  
[*]    // could have lost leadership by now.  
[*]    //现在leadership可能已经被剥夺了。。详情参见Curator的实现。  
[*]    if (!leaderLatch.hasLeadership) {  
[*]      return  
[*]    }  
[*]  
[*]    logInfo("We have gained leadership")  
[*]    updateLeadershipStatus(true)  
[*]  }  
[*]}  
[*]  
[*]override def notLeader() {  
[*]  synchronized {  
[*]    // 现在可能赋予leadership了。详情参见Curator的实现。  
[*]    if (leaderLatch.hasLeadership) {  
[*]      return  
[*]    }  
[*]  
[*]    logInfo("We have lost leadership")  
[*]    updateLeadershipStatus(false)  
[*]  }  
[*]}  

updateLeadershipStatus的逻辑很简单,就是向Master发送消息。
 
 view plaincopyhttps://code.csdn.net/assets/CODE_ico.pnghttps://code.csdn.net/assets/ico_fork.svg 



[*]def updateLeadershipStatus(isLeader: Boolean) {  
[*]    if (isLeader && status == LeadershipStatus.NOT_LEADER) {  
[*]      status = LeadershipStatus.LEADER  
[*]      masterActor ! ElectedLeader  
[*]    } else if (!isLeader && status == LeadershipStatus.LEADER) {  
[*]      status = LeadershipStatus.NOT_LEADER  
[*]      masterActor ! RevokedLeadership  
[*]    }  
[*]  }  

 
5. 设计理念
为了解决Standalone模式下的Master的SPOF,Spark采用了ZooKeeper提供的选举功能。Spark并没有采用ZooKeeper原生的Java API,而是采用了Curator,一个对ZooKeeper进行了封装的框架。采用了Curator后,Spark不用管理与ZooKeeper的连接,这些对于Spark来说都是透明的。Spark仅仅使用了100行代码,就实现了Master的HA。当然了,Spark是站在的巨人的肩膀上。谁又会去重复发明轮子呢?
  http://blog.csdn.net/anzhsoft/article/details/33740737
页: [1]
查看完整版本: Spark技术内幕:Master基于ZooKeeper的High Availability(HA)源码实现