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文章目录

    • 1、前言
    • 2、堆内存和堆外内存
    • 3、内存划分
      • 3.1 相关参数
      • 3.2 内存划分示意图
    • 4、相关源码解读
      • 4.1 UnrollMemory 理解
    • 参考

1、前言

spark 内存管理源码说明

  • spark-core jar 中 org.apache.spark.memory 负责内存管理
  • spark-unsafe jar 中 org.apache.spark.unsafe 负责内存分配

2、堆内存和堆外内存

堆内存和堆外内存：ON_HEAP 和 OFF_HEAP。

  • 堆内存表示使用 JVM 管理的内存。
  • 堆外内存使用系统平台管理的内存。堆外内存在 Spark 中可以从逻辑上分成两种: 一种是 DirectMemory（直接内存）, 一种是 JVM Overhead(下面统称为 off heap)

为什么使用堆外内存）

为了进一步优化内存的使用以及提高 Shuffle 时排序的效率，Spark 引入了堆外（Off-heap）内存，使之可以直接在工作节点的系统内存中开辟空间，
存储经过序列化的二进制数据。除了没有 other 空间，堆外内存与堆内内存的划分方式相同，所有运行中的并发任务共享存储内存和执行内存。

Spark 1.6 开始引入了 Off-heap memory(详见 SPARK-11389 )。
这种模式不在 JVM 内申请内存，而是调用 Java 的 unsafe 相关 API 。由于这种方式不经过 JVM 内存管理，所以可以避免频繁的 GC。

优点是：Spark 可以直接操作系统堆外内存，减少了不必要的内存开销，以及频繁的 GC 扫描和回收，提升了处理性能。堆外内存可以被精确地申请和释放，而且序列化的数据占用的空间可以被精确计算，所以相比堆内内存来说降低了管理的难度，也降低了误差。

缺点是：必须自己编写内存申请和释放的逻辑。

3、内存划分

Spark-（1.6.0 ~ pre3.0.0）之前 org.apache.spark.memory.MemoryManager 有 2 个实现类，UnifiedMemoryManager
（静态内存管理） 和 StaticMemoryManager（统一内存管理）。

Spark-1.6.0 中，引入了一个新的参数 spark.memory.userLegacyMode（默认值为 false），表示不使用 Spark-1.6.0 之前的内存管理机制 (StaticMemoryManager)。

Spark 3 已经废弃该参数且删除了 StaticMemoryManager 类。因此我们现在分析的内存模型为 UnifiedMemoryManager 实现的统一内存管理。

  • Spark 在 MemoryMode 定义了两种内存类型，堆内存和堆外内存：ON_HEAP 和 OFF_HEAP。

  • Spark 定义了一个抽象类 MemoryPool 对内存进行管理，它需要一个保证线程安全的锁对象 lock，还有一个成员属性就是内存池的大小 _poolSize。该抽象类还定义了一些方法：获取内存池的大小、获取已用内存的大小、获取空余内存的大小、为内存池扩展指定 delta 大小的空间 (delta 必须为正整数)、将内存池缩小指定大小 delta 的空间 (delta 必须为正整数，且缩小后的空间大小要大于已经使用的空间大小)。

  • MemoryPool 有两个实现类，一个为存储体系服务 (storage)，另一个为计算引擎服务 (execution)。

  • StorageMemory 和 ExecutionMemory 存在动态占用的机制。任何一方资源不足时都可以占用另一方空余的资源。
    当 Storage 占用了 Execution 的资源后，如果 Execution 需要更多的计算资源，会将 Storage 所占用的资源强行回收（转存硬盘）；相反，如果 Execution 占用了 Storage 的资源后，Storage 需要更多的存储资源时，无法强行回收 Execution 占用的资源（考虑 Shuffle 等多种因素）。

3.1 相关参数

spark.driver.memory（默认 1g）driver 端分配的内存
spark.driver.memoryOverhead（每个 driver 分配的 non-heap memory）spark.executor.memory（默认 1g）每个 executor 分配的内存
spark.executor.memoryOverhead （cluster mode 模式下每个 executor 分配的 non-heap memory）spark.memory.fraction （默认 0.6）executor 上用作 storage&execution 的内存占比，剩余的用于代码层面的存储
spark.memory.storageFraction （默认 0.5）executor 上用作 storage 的内存占比，剩余的用于 executionspark.memory.offHeap.enabled （默认为 false）是否开启堆外内存
spark.memory.offHeap.size （默认为 0）如果开启对外内存，设置堆外大小

Spark 3 以前废弃及无用参数说明

spark.memory.useLegacyMode （！3.0 废弃配置），3.0 前配置为 true 将使用`StaticMemoryManager`进行内存管理
spark.storage.safetyFraction （默认 0.9）（！spark3 中未使用该参数控制动态占用）

3.2 内存划分示意图

Spark 内存管理-内存划分-编程知识网

4、相关源码解读

MemoryManager 中定义了堆内堆外 4 个 MemoryPool（Storage&Execution 各 2 个），所有内存的管理通过该类管理。以下是相关类型的内存申请释放方法：

//申请存储内存
def acquireStorageMemory(blockId: BlockId, numBytes: Long, memoryMode: MemoryMode): Boolean
//申请展开内存
def acquireUnrollMemory(blockId: BlockId, numBytes: Long, memoryMode: MemoryMode): Boolean
//申请执行内存
def acquireExecutionMemory(numBytes: Long, taskAttemptId: Long, memoryMode: MemoryMode): Long
//释放存储内存
def releaseStorageMemory(numBytes: Long, memoryMode: MemoryMode): Unit
//释放执行内存
def releaseExecutionMemory(numBytes: Long, taskAttemptId: Long, memoryMode: MemoryMode): Unit
//释放展开内存
def releaseUnrollMemory(numBytes: Long, memoryMode: MemoryMode): Unit

MemoryPool 内存池有 StorageMemoryPool 与 ExecutionMemoryPool 2 个实现类

  • ExecutionMemoryPool 中记录了 taskId 与其使用的内存大小
  • StorageMemoryPool 中记录了当前使用大小以及存储的内容 MemoryStore

4.1 UnrollMemory 理解

将 Partition 由不连续的存储空间转换为连续存储空间的过程，Spark 称之为"展开"（Unroll）。

我们使用迭代器一条一条获取数据时，事先不知道占用内存的大小，只能一边迭代一边申请内存。全部迭代完成后将 UnrollMemory 转为 StorageMemory。

UnrollMemory 是 StorageMemory 内部的一部分。

参考

  • Apache Spark 内存管理详解

Spark 内存管理-内存划分-编程知识网