【源码剖析】- Spark 新旧内存管理方案（下）

上一篇文章【源码剖析】- Spark 新旧内存管理方案（上）介绍了旧的内存管理方案以及其实现类 StaticMemoryManager 是如何工作的，本文将通过介绍 UnifiedMemoryManager 来介绍新内存管理方案（以下统称为新方案）。

内存总体分布

系统预留

在新方案中，内存依然分为三块，分别是系统预留、用于 storage、用于 execution。其中系统预留大小如下：

val reservedMemory = conf.getLong("spark.testing.reservedMemory",
  if (conf.contains("spark.testing")) 0 else RESERVED_SYSTEM_MEMORY_BYTES)

生产环境中使用一般不会设置 spark.testing.reservedMemory 和 spark.testing，所以我们认为系统预留空间大小置为 RESERVED_SYSTEM_MEMORY_BYTES，即 300M。

execution 和 storage 部分总大小

上一小节这段代码是 UnifiedMemoryManager#getMaxMemory 的一个片段，该方法返回 execution 和 storage 可以共用的总空间，让我们来看看这个方法的具体实现：

  private def getMaxMemory(conf: SparkConf): Long = {
    //< 生产环境中一般不会设置 spark.testing.memory，所以这里认为 systemMemory 大小为 Jvm 最大可用内存
    val systemMemory = conf.getLong("spark.testing.memory", Runtime.getRuntime.maxMemory)
    //< 系统预留 300M
    val reservedMemory = conf.getLong("spark.testing.reservedMemory",
      if (conf.contains("spark.testing")) 0 else RESERVED_SYSTEM_MEMORY_BYTES)
    val minSystemMemory = reservedMemory * 1.5
    //< 如果 systemMemory 小于450M，则抛异常
    if (systemMemory < minSystemMemory) {
      throw new IllegalArgumentException(s"System memory $systemMemory must " +
        s"be at least $minSystemMemory. Please use a larger heap size.")
    }
    val usableMemory = systemMemory - reservedMemory
    val memoryFraction = conf.getDouble("spark.memory.fraction", 0.75)
    //< 最终 execution 和 storage 的可用内存之和为 (JVM最大可用内存 - 系统预留内存) * spark.memory.fraction
    (usableMemory * memoryFraction).toLong
  }

从以上代码及注释我们可以看出，最终 execution 和 storage 的可用内存之和为 (JVM最大可用内存 - 系统预留内存) * spark.memory.fraction，默认为（JVM 最大可用内存 - 300M）* 0.75。举个例子，如果你为 execution 设置了2G 内存，那么 execution 和 storage 可用的总内存为 (2048-300)*0.75=1311

execution 和 storage 部分默认大小

上一小节搞清了用于 execution 和 storage 的内存之和 maxMemory，那么用于 execution 和 storage 的内存分别为多少呢？看下面三段代码：

object UnifiedMemoryManager 的 apply 方法用来构造类 UnifiedMemoryManager 的实例

  def apply(conf: SparkConf, numCores: Int): UnifiedMemoryManager = {
    val maxMemory = getMaxMemory(conf)
    new UnifiedMemoryManager(
      conf,
      maxMemory = maxMemory,
      storageRegionSize =
        (maxMemory * conf.getDouble("spark.memory.storageFraction", 0.5)).toLong,
      numCores = numCores)
  }

这段代码确定在构造 UnifiedMemoryManager 时：

• maxMemory 即 execution 和 storage 能共用的内存总和为 getMaxMemory(conf)，即 (JVM最大可用内存 - 系统预留内存) * spark.memory.fraction
• storageRegionSize 为 maxMemory * conf.getDouble("spark.memory.storageFraction", 0.5)，在没有设置 spark.memory.storageFraction 的情况下为一半的 maxMemory

那么 storageRegionSize 是干嘛用的呢？继续看 UnifiedMemoryManager 和 MemoryManager 构造函数：

private[spark] class UnifiedMemoryManager private[memory] (
    conf: SparkConf,
    val maxMemory: Long,
    storageRegionSize: Long,
    numCores: Int)
  extends MemoryManager(
    conf,
    numCores,
    storageRegionSize,
    maxMemory - storageRegionSize)

private[spark] abstract class MemoryManager(
    conf: SparkConf,
    numCores: Int,
    storageMemory: Long,
    onHeapExecutionMemory: Long) extends Logging

我们不难发现：

• storageRegionSize 就是 storageMemory，大小为 maxMemory * conf.getDouble("spark.memory.storageFraction", 0.5)，默认为 maxMemory * 0.5
• execution 的大小为 maxMemory - storageRegionSize，默认为 maxMemory * 0.5，即默认情况下 storageMemory 和 execution 能用的内存相同，各占一半

互相借用内存

新方案与旧方案最大的不同是：旧方案中 execution 和 storage 可用的内存是固定死的，即使一方内存不够用而另一方有大把空闲内存，空闲一方也无法将结存借给不足一方，这样降造成严重的内存浪费。而新方案解决了这一点，execution 和 storage 之间的内存可以互相借用，大大提供内存利用率，也更好的满足了不同资源侧重的计算的需求

下面便来介绍新方案中内存是如何互相借用的

acquireStorageMemory

先来看看 storage 从 execution 借用内存是如何在分配 storage 内存中发挥作用的

这一过程对应的实现是 UnifiedMemoryManager#acquireStorageMemory，上面的流程图应该说明了是如何 storage 内存及在 storage 内存不足时是如何向 execution 借用内存的

acquireExecutionMemory

该方法是给 execution 给指定 task 分配内存的实现，当 execution pool 内存不足时，会从 storage pool 中借。该方法在某些情况下可能会阻塞直到有足够空闲内存。

在该方法内部定义了两个函数：

• maybeGrowExecutionPool：会释放storage中保存的数据，减小storage部分内存大小，从而增大Execution部分
• computeMaxExecutionPoolSize：计算在 storage 释放内存借给 execution 后，execution 部分的内存大小

在定义了这两个方法后，直接调用 ExecutionMemoryPool#acquireMemory 方法，acquireMemory方法会一直处理该 task 的请求，直到分配到足够内存或系统判断无法满足该请求为止。acquireMemory 方法内部有一个死循环，循环内部逻辑如下：

从上面的流程图中，我们可以知道当 execution pool 要为某个 task 分配内存并且内存不足时，会从 storage pool 中借用内存，能借用的最大 size 为 storage 的空闲内存+之前 storage 从 execution 借走的内存。这与 storage 从 execution 借用内存不同，storage 只能从 execution 借走空闲的内存，不能借走 execution 中已在使用的从 storage 借来的内存，源码中的解释是如果要这么做实现太过复杂，暂时不支持。

以上过程分析的是memoryMode 为 ON_HEAP 的情况，如果是 OFF_HEAP，则直接从 offHeapExecution 内存池中分配，本文重点不在此，故不展开分析。

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