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Python数据分析中,Pandas库的DataFrame是最核心、最常用的结构化数据表对象,类似于Excel的二维表格,具备规整的行列结构、字 ...
2026-09-07在数据分析、经营复盘、业绩预测与经济统计工作中,平均增速(平均增长率)是衡量数据长期变化趋势、业务发展快慢的核心指标。不 ...
2026-09-07 很多数据分析师精通Excel单元格操作,但当被问到“表结构数据的基本处理单位是什么”“字段和记录的本质区别”“为什么表结 ...
2026-09-07随着大数据技术的快速发展,商业竞争逐步从传统的经验式经营转变为数据驱动的精细化运营。海量的用户行为数据、交易数据、运营数 ...
2026-09-04CDA数据分析师 出品 作者:李诗怡 1. 波士顿矩阵(BCG Matrix) 定义: BCG于1970年提出的业务组合分析工具,以"市场增长率"(纵 ...
2026-09-04 数据分析师八成以上的时间在和数据表格打交道,但许多人拿到Excel后习惯性地先算、先分析,结果回头发现漏了一列关键数据, ...
2026-09-04数据透视表是Excel与Power BI中最核心的数据分析工具,具备快速汇总、维度拆分、动态筛选的能力,可高效完成数据归类与统计展示 ...
2026-09-03在Power BI数据分析可视化场景中,堆积柱状图+折线图是最常用的复合图表组合。堆积柱状图适合展示各细分维度当期数值、结构占比 ...
2026-09-03 很多数据分析师每天与Excel打交道,但当被问到“表格结构数据的基本处理单位是什么”“数据类型误判会引发哪些分析错误”“ ...
2026-09-03CDA数据分析师 出品 作者:李诗怡 一、8个核心数据清洗函数 1. TRIM:一键清除多余空格(最常用) 作用:仅保留文本中"单词/字 ...
2026-09-02数据分析的核心并非单纯操作工具、整理报表或绘制图表,而是依靠科学的思维逻辑挖掘数据价值、解释业务现象、指导经营决策。在完 ...
2026-09-02在社会经济、产业研究、区域治理与大数据实证分析中,面板数据是最具研究价值的数据类型。面板数据同时包含截面维度与时间维度信 ...
2026-09-02 很多数据分析师能熟练计算均值、标准差,但当被问到“如何用一张图让业务方3秒内看懂核心结论”“面对不同数据类型该怎么选 ...
2026-09-02在数据驱动决策的体系中,数据分析按照分析目的可分为描述性分析、诊断性分析、预测性分析与指导性分析四大类型。其中,诊断性分 ...
2026-09-01网络请求是Python爬虫开发、接口测试、数据拉取的核心基础功能,Python生态中主要依靠 urllib 和 requests 两大库实现HTTP请求操 ...
2026-09-01 很多数据分析师面对业务问题时,常常感到“知道要分析,却不知道用什么方法”。其实,数据分析并非无章可循——从三大基础范 ...
2026-09-01在数据库设计与业务数据维护中,自增ID是数据表最常用的主键字段,用于唯一标识每一条业务数据,正常状态下ID应保持连续递增。但 ...
2026-08-31在数理统计、数据分析、经济测算与日常量化评估中,平均值是刻画数据集中趋势、反映整体水平的基础核心指标。在实际应用中,最常 ...
2026-08-31在数据驱动的时代,数据分析早已不是“凭经验、靠感觉”的零散操作,而是一套具备固定逻辑、标准化流程的系统方法——这就是数据 ...
2026-08-31在大数据时代背景下,海量行业数据亟需通过专业化工具挖掘潜在价值,辅助企业业务决策、优化运营模式、规避经营风险。Python凭借 ...
2026-08-28