【Spark Core】TaskScheduler源码与任务提交原理浅析1

引言

上一节《Stage生成和Stage源码浅析》中，我介绍了Stage生成划分到提交Stage的过程，分析最终归结到submitStage的递归提交Stage，其中要通过submitMissingTasks函数创建task集合来实现任务的创建和分发。
在接下来的几篇文章中，我将具体介绍一下任务创建和分发的过程，为了让逻辑更加清楚，我将分成几篇文章进行介绍，好保证简明清晰，逻辑连贯，前后统一。

TaskScheduler介绍

TaskScheduler的主要任务是提交taskset到集群运算并汇报结果。
具体而言：
* 出现shuffle输出lost要报告fetch failed错误
* 碰到straggle任务需要放到别的节点上重试
* 为每个TaskSet维护一个TaskSetManager(追踪本地性及错误信息)

TaskScheduler创建

在《SparkContext源码解读》一文中，我介绍了在SparkContext初始化时创建TaskScheduler和DAGScheduler。这里具体描述一下其创建过程。

SparkContext创建过程中会调用createTaskScheduler函数来启动TaskScheduler任务调度器：

  // Create and start the scheduler
  private[spark] var (schedulerBackend, taskScheduler) =
    SparkContext.createTaskScheduler(this, master)

createTaskScheduler函数中，TaskScheduler会根据部署方式而选择不同的SchedulerBackend来处理.
针对不同部署方式会有不同的TaskScheduler与SchedulerBackend进行组合：

• Local模式：TaskSchedulerImpl + LocalBackend
• Spark集群模式：TaskSchedulerImpl + SparkDepolySchedulerBackend
• Yarn-Cluster模式：YarnClusterScheduler + CoarseGrainedSchedulerBackend
• Yarn-Client模式：YarnClientClusterScheduler + YarnClientSchedulerBackend

  /**
   * Create a task scheduler based on a given master URL.
   * Return a 2-tuple of the scheduler backend and the task scheduler.
   */
  private def createTaskScheduler(
      sc: SparkContext,
      master: String): (SchedulerBackend, TaskScheduler) = {
    // Regular expression used for local[N] and local[*] master formats
    val LOCAL_N_REGEX = """local\[([0-9]+|\*)\]""".r
    // Regular expression for local[N, maxRetries], used in tests with failing tasks
    val LOCAL_N_FAILURES_REGEX = """local\[([0-9]+|\*)\s*,\s*([0-9]+)\]""".r
    // Regular expression for simulating a Spark cluster of [N, cores, memory] locally
    val LOCAL_CLUSTER_REGEX = """local-cluster\[\s*([0-9]+)\s*,\s*([0-9]+)\s*,\s*([0-9]+)\s*]""".r
    // Regular expression for connecting to Spark deploy clusters
    val SPARK_REGEX = """spark://(.*)""".r
    // Regular expression for connection to Mesos cluster by mesos:// or zk:// url
    val MESOS_REGEX = """(mesos|zk)://.*""".r
    // Regular expression for connection to Simr cluster
    val SIMR_REGEX = """simr://(.*)""".r

    // When running locally, don‘t try to re-execute tasks on failure.
    val MAX_LOCAL_TASK_FAILURES = 1

    master match {
      case "local" =>
        val scheduler = new TaskSchedulerImpl(sc, MAX_LOCAL_TASK_FAILURES, isLocal = true)
        val backend = new LocalBackend(scheduler, 1)
        scheduler.initialize(backend)
        (backend, scheduler)

      case LOCAL_N_REGEX(threads) =>
        ...

      case LOCAL_N_FAILURES_REGEX(threads, maxFailures) =>
        ...

      case SPARK_REGEX(sparkUrl) =>
        val scheduler = new TaskSchedulerImpl(sc)
        val masterUrls = sparkUrl.split(",").map("spark://" + _)
        val backend = new SparkDeploySchedulerBackend(scheduler, sc, masterUrls)
        scheduler.initialize(backend)
        (backend, scheduler)

      case LOCAL_CLUSTER_REGEX(numSlaves, coresPerSlave, memoryPerSlave) =>
        // Check to make sure memory requested <= memoryPerSlave. Otherwise Spark will just hang.
        val memoryPerSlaveInt = memoryPerSlave.toInt
        if (sc.executorMemory > memoryPerSlaveInt) {
          throw new SparkException(
            "Asked to launch cluster with %d MB RAM / worker but requested %d MB/worker".format(
              memoryPerSlaveInt, sc.executorMemory))
        }

        val scheduler = new TaskSchedulerImpl(sc)
        val localCluster = new LocalSparkCluster(
          numSlaves.toInt, coresPerSlave.toInt, memoryPerSlaveInt, sc.conf)
        val masterUrls = localCluster.start()
        val backend = new SparkDeploySchedulerBackend(scheduler, sc, masterUrls)
        scheduler.initialize(backend)
        backend.shutdownCallback = (backend: SparkDeploySchedulerBackend) => {
          localCluster.stop()
        }
        (backend, scheduler)

        .....

以Standalone模式为例，backend根据不同的部署方式实例化，后又作为scheduler对象的一个成员变量对scheduler调用initialize函数：

case SPARK_REGEX(sparkUrl) =>
        val scheduler = new TaskSchedulerImpl(sc)
        val masterUrls = sparkUrl.split(",").map("spark://" + _)
        val backend = new SparkDeploySchedulerBackend(scheduler, sc, masterUrls)
        scheduler.initialize(backend)
        (backend, scheduler)

TaskScheduler、TaskSchedulerImpl、SchedulerBackend之间的关系

TaskScheduler类负责任务调度资源的分配，SchedulerBackend负责与Master、Worker通信收集Worker上分配给该应用使用的资源情况。
下图描述了TaskScheduler、TaskSchedulerImpl、SchedulerBackend之间的UML关系，其中TaskSchedulerImpl是task schduler的具体实现，其中混入了TaskScheduler特质，而SparkDeploySchedulerBackend等具体的资源收集类继承自CoarseGrainedSchedulerBackend这一父类，而CoarseGrainedSchedulerBackend混入了SchedulerBackend特质：

这里还是以Spark Standalone集群模式为例，分析TaskSchedulerImpl与SparkDepolySchedulerBackend类中的具体操作。

• 资源信息收集
  SparkDepolySchedulerBackend类就是专门负责收集Worker的资源信息，在它的父类CoarseGrainedSchedulerBackend中的DriverActor就是与Worker通信的Actor。
  Worker启动后会向Driver发送RegisterExecutor消息，此消息中就包含了Executor为Application分配的计算资源信息，而接收该消息的Actor也正是DriverActor。

• 资源分配
  TaskSchedulerImpl类就是负责为Task分配资源的。在CoarseGrainedSchedulerBackend获取到可用资源后就会通过makeOffers方法通知TaskSchedulerImpl对资源进行分配，TaskSchedulerImpl的resourceOffers方法就是负责为Task分配计算资源的，在为Task分配好资源后又会通过lauchTasks方法发送LaunchTask消息通知Worker上的Executor执行Task。

TaskScheduler创建中函数调用链

SparkContext的createTaskScheduler创建schedulerBackend和taskScheduler–>根据不同的调度方式选择具体的scheduler和backend构造器–>调用TaskSchedulerImpl的initialize方法为scheduler的成员变量backend赋值–>createTaskScheduler返回创建好的(schedulerBackend, taskScheduler)–>调用TaskScheduler.start()启动–>实际上在TaskSchedulerImpl的start方法中调用backend.start()来启动SchedulerBackend。

TaskScheduler是在Application执行过程中，为它进行任务调度的，是属于Driver侧的。对应于一个Application就会有一个TaskScheduler，TaskScheduler和Application是一一对应的。TaskScheduler对资源的控制也比较鲁棒，一个Application申请Worker的计算资源，只要Application不结束就会一直被占有。　

小结

这一篇文章，我们介绍了TaskScheduler的创建过程，TaskScheduler、TaskSchedulerImpl、SchedulerBackend之间的关系还有创建过程的调用链，给大家一个初始印象。在下一篇中，我将承接Stage划分完毕后进行task创建和分发流程，进行细致的介绍。

参考资料

Spark源码分析（三）-TaskScheduler创建

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