京公网安备 11010802034615号
经营许可证编号:京B2-20210330
在过去几年,Apache Spark的采用以惊人的速度增加着,通常被作为MapReduce后继,可以支撑数千节点规模的集群部署。在内存中数据处理上,Apache Spark比MapReduce更加高效已经得到广泛认识;但是当数据量远超内存容量时,我们也听到了一些机构在Spark使用上的困扰。因此,我们与Spark社区一起,投入了大量的精力做Spark稳定性、扩展性、性能等方面的提升。既然Spark在GB或TB级别数据上运行良好,那么它在PB级数据上也应当同样如此。
为了评估这些工作,最近我们与AWS一起完成了一个Sort Benchmark(Daytona Gray类别)测试,一个考量系统排序100TB数据(万亿条记录)速度的行业基准测试。在此之前,这项基准测试的世界记录保持者是雅虎,使用2100节点的Hadoop MapReduce集群在72分钟内完成计算。而根据测试结果得知,在使用了206个EC2节点的情况下,Spark将排序用时缩短到了23分钟。这意味着在使用十分之一计算资源的情况下,相同数据的排序上,Spark比MapReduce快3倍!
此外,在没有官方PB排序对比的情况下,我们首次将Spark推到了1PB数据(十万亿条记录)的排序。这个测试的结果是,在使用190个节点的情况下,工作负载在短短不到4小时内完成,同样远超雅虎之前使用3800台主机耗时16个小时的记录。同时,据我们所知,这也是公用云环境首次完成的PB级排序测试。
| Hadoop World Record | Spark 100 TB | Spark 1 PB | |
| Data Size | 102.5 TB | 100 TB | 1000 TB |
| Elapsed Time | 72 mins | 23 mins | 234 mins |
| # Nodes | 2100 | 206 | 190 |
| # Cores | 50400 | 6592 | 6080 |
| # Reducers | 10,000 | 29,000 | 250,000 |
| 1.42 TB/min | 4.27 TB/min | 4.27 TB/min | |
| Rate/node | 0.67 GB/min | 20.7 GB/min | 22.5 GB/min |
| Sort Benchmark Daytona Rules | Yes | Yes | No |
| Environment | dedicated data center | EC2 (i2.8xlarge) | EC2 (i2.8xlarge) |
为什么会选择排序?
排序的核心是shuffle操作,数据的传输会横跨集群中所有主机。Shuffle基本支持了所有的分布式数据处理负载。举个例子,在一个连接了两个不同数据源的SQL查询中,会使用shuffle将需要连接数据的元组移动到同一台主机;同时,类似ALS等协同过滤算法同样需要依赖shuffle在网络中发送用户或产品的评级(ratings)和权重(weights)。
大部分数据管道开始时都会有大量的原始数据,但是在管道处理过程中,随着越来越多不相干数据被过滤,或者中间数据被更简洁的表示,数据量必然会减少。在100TB原始数据的查询上,网络上shuffle的数据可能只有100TB的一小部分,这种模式也体现在MapReduce的命名。
然而,排序却是非常有挑战的,因为数据管道中的数据量并不会减少。如果对100TB的原始数据进行排序,网络中shuffle的数据必然也是100TB。同时,在Daytona类型的基准测试中,为了容错,不管是输入数据还是输出数据都需要做备份。实际上,在100TB的数据排序上,我们可能会产生500TB的磁盘I/O及200TB的网络I/O。
因此,基于上述原因,当我们寻找Spark的测量标准和提升办法时,排序这个最苛刻的工作负载成为了对比的不二之选。
产生如此结果的技术实现
在超大规模工作负载上,我们投入了大量的精力来提升Spark。从细节上看,与这个基准测试高度相关的工作主要有3个:
首先及最关键的,在Spark 1.1中我们引入了一个全新的shuffle实现,也就是基于排序的shuffle(SPARK2045)。在此之前,Spark做的是基于哈希的shuffle实现,它需要在内存中同时保持P(reduce的分割数量)个缓冲区。而在基于排序的shuffle下,任何时候系统只使用一个缓冲区。这个操作将显著地减少内存开销,因此同一个场景下可以支撑数十万任务(我们在PB排序中使用了2.5万个任务)。
其次,我们修订了Spark的网络模型,通过JNI(SPARK2468)使用基于Netty的Epoll本地端口传输。同时,新的模型还拥有了独立的内存池,绕过了JVM的内存分配器,从而减少垃圾回收造成的影响。
最后但同样重要的是,我们建立了一个外部shuffle服务(SPARK3796),它与Spark本身的执行器完全解耦。这个新的服务基于上文所述的网络模型,同时,在Spark本身的执行器忙于GC处理时,它仍然可以保证shuffle文件处理的继续执行。
通过这三项改变,我们的Spark集群在map阶段单 节点可以支撑每秒3GB的IO吞吐,在reduce阶段单节点可以支撑1.1GB,从而榨干这些机器间10Gbps的网络带宽。
更多的技术细节
TimSort:在Spark 1.1版本中,我们将默认排序算法从 quicksort转换到TimSort,它是合并排序和嵌入排序的一个衍生。在大部分现实世界数据集中,TimSort比quicksort更加高效,在部分排序数据中表现则更为优秀。不管在map阶段还是Reduce阶段,我们都使用了TimSort。
缓存位置的利用:在排序基准测试中,每条记录的大小都是100字节,而被排序的键是前10个字节。在排序项目的性能分析阶段,我们注意到缓存命中率不如人意,因为每次比较都需要进行一个随机的对象指针查询。为此,我们重新设计了记录在内存的布局,用16字节长度(两个长整形)的记录来表示每条记录。在这里,前10个字节代表了排序的键,后4个字节则代表了记录的位置(鉴于字节顺序和符号,这点并不容易发现)。这样一来,每个比较只需要做一次缓存查询,而且它们都是连续的,从而避免了随机的内存查询。
使用TimSort和新的布局方式来利用缓存命中,排序所占用的CPU时间足足减少了5倍。
大规模下的容错机制:在大规模下,许多问题都会暴露。在这个测试过程中,我们看到因为网络连通问题出现的节点丢失,Linux内核自旋,以及因为内存碎片整理造成的节点停滞。幸运的是,Spark的容错机制非常好,并且顺利的进行故障恢复。
AWS的能量:如上文所述,我们使用了206个i2.8xlarge实例来跑这个I/O密集测试。通过SSD,这些实例交付了非常高的I/O吞吐量。我们将这些实例放到一个VPC放置组中,从而通过单SR-IOV增强网络性能,以获得高性能(10Gbps)、低延时和低抖动。
Spark只能在内存中大放异彩?
这个误解一直围绕着Spark,特别是刚进入社区中的新人更是如此认为。不错,Spark因为内存计算的高性能闻名,然而Spark的设计初衷和理念却是一个通用的大数据处理平台——不管是使用内存还是磁盘。在数据无法完全放入内存时,基本上所有的Spark运算符都会做一些额外的处理。通俗来说,Spark运算符是MapReduce的超集。
如本次测试所示,Spark可以胜任集群内存大小N倍的数据集处理。
总结
击败Hadoop MapReduce集群创造的大规模数据处理记录不仅是对我们工作的一个证明,也是对Spark承诺的一个验证——在任何数据体积,Spark在性能和扩展性上都更具优势。同时,我们也希望在用户使用过程中,Spark可以带来时间和开销上的双节省。
CDA数据分析师
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
在数据库数据查询与数据分析工作中,日期时间是最常用的数据类型之一。原始数据库中存储的日期格式多为标准时间戳、年月日时分秒 ...
2026-09-20在时序数据分析中,增长率是衡量数据涨跌幅度、研判发展趋势、识别周期波动的核心指标,主要分为环比增长率与同比增长率。传统Ex ...
2026-09-20 很多企业团队并非缺乏指标,而是陷入“指标失控”:仪表盘上堆满实时跳动的数据,却无法回答“当前瓶颈在哪、下一步该做什么 ...
2026-09-20CDA数据分析师 出品 作者:李诗怡 STP模型(营销战略三步法) 定义: 现代营销战略核心框架,通过市场细分(S)、目标市场选择( ...
2026-09-18在互联网产品迭代、运营优化、界面改版与策略升级过程中,主观经验判断容易造成决策偏差、盲目改版、资源浪费等问题。AB实验(AB ...
2026-09-18 很多企业并不缺少指标,缺少的是让指标“串起来、动起来、用起来”的体系。零散指标像散落一地的珠子,指标体系则是那根把珠 ...
2026-09-18在电商行业精细化运营时代,流量红利逐步消退,粗放式投流、广撒网营销模式已无法适配市场竞争需求。依托用户点击、加购、收藏、 ...
2026-09-17在数据可视化与数据分析工作中,图表是将零散数据转化为直观业务规律的核心工具。不同图表拥有专属的数据逻辑与分析维度,能够从 ...
2026-09-17 很多数据分析师每天盯着GMV、DAU、转化率,但当被问到“哪些指标在所有行业都适用”“哪些指标只对电商有意义”“二者如何搭 ...
2026-09-17在企业数字化运营、业务流程管理与精细化管控体系中,流程运营是串联各项业务环节、保障工作落地、提升运转效率的核心载体。无论 ...
2026-09-16在数据分析与统计学研究中,卡方检验是分析分类变量关联性与差异性的重要方法,广泛应用于市场调研、行为统计、社会调查、商业数 ...
2026-09-16 很多数据分析师每天盯着GMV、DAU、转化率,但当被问到“什么是指标”“指标和维度有什么区别”“如何定义指标值的计算规则和 ...
2026-09-16CDA数据分析师 出品 作者:李诗怡 定义: 用户增长核心分析框架,刻画用户从接触产品到自发推荐的全生命周期,五个递进环节构建 ...
2026-09-15在数字化营销与精细化用户运营时代,企业传统的广撒网式营销模式成本高、转化率低,已无法适配精准商业竞争需求。客户画像作为大 ...
2026-09-15 很多数据分析师精通描述性统计,能熟练计算均值、中位数、标准差,但当被问到“用500个样本如何推断10万用户的真实满意度” ...
2026-09-15在MySQL数据库数据查询与数据分析中,GROUP BY与ORDER BY是使用频率极高的核心关键字。二者语法结构相似,常搭配使用,但核心功 ...
2026-09-14随着数字化治理、智慧运营、数字孪生技术的普及,数字体征成为衡量业务状态、系统运行、城市治理与企业经营健康度的核心体系。数 ...
2026-09-14 很多数据分析师沉迷于复杂的模型和算法,却忽略了数据分析的一项基础能力——描述性统计。事实上,大量商业分析问题,用描述 ...
2026-09-14在MySQL数据库运维与开发实践中,经常出现一种典型现象:数据库实际存储的数据量很小,数据表条数少、文件体积低,但服务器整体 ...
2026-09-11 很多数据分析师能熟练计算均值、标准差,但当被问到“总体和样本有什么区别”“参数和统计量有什么关系”“数据级别的高低如 ...
2026-09-11