Hadoop 内存参数调整与原理

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0. 写在前面

部分原文来自 support.pivotal.io 的翻译，对于该篇文章中感觉概念模糊不清的地方我做了修正，并扩充了我自己的部分理解，有不正确的地方还望大家指正

1. Container是什么

Yarn Container就是一个yarn的java进程（这里容易被误解成类似Linux Container的概念），在Mapreduce中的AM，MapTask，ReduceTask， spark的driver和executor等等都作为Container在Yarn的框架上执行，你可以在RM的网页上看到Container的状态。

2. 相关参数

yarn

yarn.scheduler.minimum-allocation-mb     ## 最小容器内存，默认1024M
yarn.scheduler.maximum-allocation-mb     ## 最大容器内存，默认8192M
yarn.nodemanager.vmem-pmem-ratio         ## 物理内存与虚拟内存比值，默认2.1，即为使用1G物理内存可以使用2.1G虚拟内存，生产环境中一般会调整大一些，具体虚拟内存分配由操作系统执行，在此不再赘述
yrn.nodemanager.resource.memory-mb       ## 可以分配给container的物理内存数量，默认8192M
yarn.scheduler.increment-allocation-mb   ## container内存增量，默认1024M

MapReduce

mapreduce.{map|reduce}.java.opts
mapreduce.{map|reduce}.memory.mb

3. 基础

Yarn的ResourceManger（简称RM）通过逻辑上的队列分配内存，CPU等资源给application.

默认情况下RM允许最大AM申请Container资源为8192MB(“yarn.scheduler.maximum-allocation-mb“)，
默认情况下的最小分配资源为1024M(“yarn.scheduler.minimum-allocation-mb“)，

如果参数中需要的资源在此范围之外，在任务submit的时候会被直接拒绝掉（有兴趣可以翻阅源码）。

AM只能以增量 ("yarn.scheduler.minimum-allocation-mb") + ("yarn.scheduler.increment-allocation-mb") 规整每个task需要的内存.

并且申请的内存只能在（”yarn.scheduler.minimum-allocation-mb“）和(“yarn.scheduler.maximum-allocation-mb“) 的范围内向RM申请资源。

用mr任务举例，再默认情况下，比如只修改了map task配置需要1536M内存，但实际分配出来map task占用2G内存，原因在于 container最小内存1024M < 1560M < container 最小内存为1024M + container内存增量1024M，故分配2G内存。

具体mapreduce task内存配置参数见上，不再赘述。

4. 图例

从上面的图可以看出map，reduce，AM container的JVM，

“JVM”矩形代表服务进程，“Max heap”，“Max virtual” 矩形代表 NodeManager 对 JVM 进程的最大内存和虚拟内存的限制。

以map container内存分配(“mapreduce.map.memory.mb“)设置为1536M为例，AM将会为container向RM请求2048mb的内存资源（原因见上）。

这是一种逻辑上的分配，这个值被NodeManager用来监控改进程内存资源的使用率，如果Task进程树（包括task启动子进程占用的内存，这样可以解决hadoop streaming任务内存跑飞的情况，实际上是对内存使用的一种软限制，至于为什么没有使用Cgroups做限制，大家可以自行查阅资料）的使用超过了2048MB，NM将会把这个task给杀掉。

mapreduce.map.java.opts和mapreduce.map.memory.mb区别：

JVM进程跑在container中，mapreduce.{map|reduce}.java.opts能够通过Xmx设置JVM最大的heap的使用.
一般设置为0.75倍的mapreduce.{map|reduce}.memory.mb.
因为需要为java code，非JVM内存使用等预留些空间，

同理：spark executor在申请内存是也会为堆外内存预留一些空间，参数由spark.yarn.executor.memoryOverhead 控制，算法为
max(384m, 0.07*spark.executor.memory)

当一个mapreduce job完成时，你将会看到一系列的计数器被打印出来，下面的三个计数器展示了多少物理内存和虚拟内存被分配

Physical memory (bytes) snapshot=21850116096
Virtual memory (bytes) snapshot=40047247360
Total committed heap usage (bytes)=22630105088

5. 虚拟内存

默认的(“yarn.nodemanager.vmem-pmem-ratio“)设置为2.1.

意味则map container或者reduce container分配的虚拟内存超过2.1倍的(“mapreduce.reduce.memory.mb“)或(“mapreduce.map.memory.mb“)就会被NM给KILL掉，如果 (“mapreduce.map.memory.mb”) 被设置为1536M那么总的虚拟内存为2.1*1536=3225.6MB

当container的内存超出要求的，log将会打印一下信息

Current usage: 2.1gb of 2.0gb physical memory used; 1.6gb of 3.15gb virtual memory used. Killing container.

6. yarn内存增量代码分析

在 3.2 中，提到 yarn.scheduler.increment-allocation-mb 参数用于控制container内存增量，如果需要更细粒度控制container内存增量，则需要修改该参数，那么接写来分析一下这个参数如何工作的

先看下该参数在FairSchedulerConfiguration.java中的定义（顺带上cpu增量）

/** Increment request grant-able by the RM scheduler.
* These properties are looked up in the yarn-site.xml  */
public static final String RM_SCHEDULER_INCREMENT_ALLOCATION_MB =
       YarnConfiguration.YARN_PREFIX + "scheduler.increment-allocation-mb";
public static final int DEFAULT_RM_SCHEDULER_INCREMENT_ALLOCATION_MB = 1024;
public static final String RM_SCHEDULER_INCREMENT_ALLOCATION_VCORES =
       YarnConfiguration.YARN_PREFIX + "scheduler.increment-allocation-vcores";
public static final int DEFAULT_RM_SCHEDULER_INCREMENT_ALLOCATION_VCORES = 1;

在FairScheduler.java中 initScheduler方法中，初始化了一个incrAllocation对象，表明资源使用的增量

public Resource getIncrementAllocation() {
   int incrementMemory = getInt(
           RM_SCHEDULER_INCREMENT_ALLOCATION_MB,
           DEFAULT_RM_SCHEDULER_INCREMENT_ALLOCATION_MB);
   int incrementCores = getInt(
           RM_SCHEDULER_INCREMENT_ALLOCATION_VCORES,
           DEFAULT_RM_SCHEDULER_INCREMENT_ALLOCATION_VCORES);
   return Resources.createResource(incrementMemory, incrementCores);
}

在具体FairScheduler#allocate方法中使用（allocate是每次资源分配过程中入口方法，在此不再赘述，有兴趣的同学自己可以下来看源码）

@Override
public Allocation allocate(ApplicationAttemptId appAttemptId,
                          List ask, List release, List blacklistAdditions, List blacklistRemovals) {

   // Make sure this application exists
   FSAppAttempt application = getSchedulerApp(appAttemptId);
   if (application == null) {
       LOG.info("Calling allocate on removed " +
               "or non existant application " + appAttemptId);
       return EMPTY_ALLOCATION;
   }

   // Sanity check
   SchedulerUtils.normalizeRequests(ask, new DominantResourceCalculator(),
           clusterResource, minimumAllocation, getMaximumResourceCapability(),
           incrAllocation);

......

接下来，我们看下在Sanity check中发生了什么

/**
* Utility method to normalize a list of resource requests, by insuring that
* the memory for each request is a multiple of minMemory and is not zero.
*/
public static void normalizeRequests(
       List asks,
       ResourceCalculator resourceCalculator,
       Resource clusterResource,
       Resource minimumResource,
       Resource maximumResource,
       Resource incrementResource) {
   for (ResourceRequest ask : asks) {
       normalizeRequest(
               ask, resourceCalculator, clusterResource, minimumResource,
               maximumResource, incrementResource);
   }
}

看注释，实际上normalizeRequests方法对申请的资源进行了一个检查。

我们看到最终调用了normalizeRequest方法，再往下追，最终发现调用到ResourceCalculator#normalize方法，ResourceCalculator实例对象为DominantResourceCalculator（参见allocate方法）

@Override
  public Resource normalize(Resource r, Resource minimumResource,
                            Resource maximumResource, Resource stepFactor) {
    int normalizedMemory = Math.min(
      roundUp(
        Math.max(r.getMemory(), minimumResource.getMemory()),
        stepFactor.getMemory()),
      maximumResource.getMemory());
    int normalizedCores = Math.min(
      roundUp(
        Math.max(r.getVirtualCores(), minimumResource.getVirtualCores()),
        stepFactor.getVirtualCores()),
      maximumResource.getVirtualCores());
    return Resources.createResource(normalizedMemory,
      normalizedCores);
  }

其中stepFactor对象为之前提到的incrAllocation对象，所以可以看出，在这里进行了一个计算资源请求的操作。