hadoop作业调优参数整理及原理
hadoop作业调优参数整理及原理 1 Map side tuning参数
1.1 MapTask运行内部原理
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Input Split的大小，决定了一个Job拥有多少个map，默认64M每个Split，如果输入的数据量巨大，那么默认的64M的block会有几万甚至几十万的Map Task，集群的网络传输会很大，最严重的是给Job Tracker的调度、队列、内存都会带来很大压力。
mapred.min.split.size这个配置项决定了每个Input Split的最小值，也间接决定了一个Job的map数目。
当map task开始运算，并产生中间数据时，其产生的中间结果并非直接就简单的写入磁盘。这中间的过程比较复杂，并且利用到了内存buffer来进行已经产生的部分结果的缓存，并在内存buffer中进行一些预排序来优化整个map的性能。如上图所示，每一个map都会对应存在一个内存buffer（MapOutputBuffer，即上图的buffer in memory），map会将已经产生的部分结果先写入到该buffer中，这个buffer默认是100MB大小，但是这个大小是可以根据job提交时的参数设定来调整的，该参数即为：io.sort.mb（mapred-default.xml中 ）。当map的产生数据非常大时，并且把io.sort.mb调大，那么map在整个计算过程中spill的次数就势必会降低，map task对磁盘的操作就会变少，如果map tasks的瓶颈在磁盘上，这样调整就会大大提高map的计算性能。map做sort和spill的内存结构如下如所示：
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map在运行过程中，不停的向该buffer中写入已有的计算结果，但是该buffer并不一定能将全部的map输出缓存下来，当map输出超出一定阈值（比如100M），那么map就必须将该buffer中的数据写入到磁盘中去，这个过程在mapreduce中叫做spill。map并不是要等到将该buffer全部写满时才进行spill，因为如果全部写满了再去写spill，势必会造成map的计算部分等待buffer释放空间的情况。所以，map其实是当buffer被写满到一定程度（比如80%）时，就开始进行spill。这个阈值也是由一个job的配置参数来控制，即io.sort.spill.percent（mapred-default.xml中），默认为0.80或80%。这个参数同样也是影响spill频繁程度，进而影响map task运行周期对磁盘的读写频率的。但非特殊情况下，通常不需要人为的调整。调整io.sort.mb对用户来说更加方便。
上面的参数定义了map输出结果在内存占用buffer的大小，当buffer达到一定阈值，会启动一个后台线程来对buffer的内容进行排序，然后写入本地磁盘(一个spill文件)，在内存中的buffer如下图：(kvstart,kvend,kvindex为hadoop源码中操作buffer的变量)
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根据map输出数据量的大小，可以适当的调整buffer的大小，注意是适当的调整，不是越大越好，假设内存无限大，io.sort.mb=1024(1G), 和io.sort.mb=300 (300M)，前者未必比后者快，因为1G的数据排序一次和排序3次，每次300MB，一定是后者快（分而治之的思想）
io.sort.spill.percent
【hadoop作业调优参数整理及原理】这个值就是上述buffer的阈值，默认是0.8，既80%，当buffer中的数据达到这个阈值，后台线程会起来对buffer中已有的数据进行排序，然后写入磁盘，此时map输出的数据继续往剩余的20% buffer写数据，如果buffer的剩余20%写满，排序还没结束，map task被block等待。如果你确认map输出的数据基本有序（很少见），排序时间很短，可以将这个阈值适当调高，更理想的，如果你的map输出是有序的数据（基本不可能吧？），那么可以把buffer设的更大，阈值设置为1.
Io.sort.factor
同时打开的文件句柄的数量，默认是10
当一个map task执行完之后，本地磁盘上(mapred.local.dir)有若干个spill文件，map task最后做的一件事就是执行merge sort，把这些spill文件合成一个文件（partition），有时候我们会自定义partition函数，就是在这个时候被调用的。执行merge sort的时候，每次同时打开多少个spill文件，就是由io.sort.factor决定的。打开的文件越多，不一定merge sort就越快，所以也要根据数据情况适当的调整。
补充：merge排序的结果是两个文件，一个是index，另一个是数据文件，index文件记录了每个不同的key在数据文件中的偏移量（这就是partition）
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当map task的计算部分全部完成后，如果map有输出，就会生成一个或者多个spill文件，这些文件就是map的输出结果。map在正常退出之前，需要将这些spill合并（merge）成一个，所以map在结束之前还有一个merge的过程。merge的过程中，有一个参数可以调整这个过程的行为，该参数为：io.sort.factor（mapred-default.xml中）。该参数默认为10。它表示当merge spill文件时，最多能有多少并行的stream向merge文件中写入。比如如果map产生的数据非常的大，产生的spill文件大于10，而io.sort.factor使用的是默认的10，那么当map计算完成做merge时，就没有办法一次将所有的spill文件merge成一个，而是会分多次，每次最多10个stream。这也就是说，当map的中间结果非常大，调大io.sort.factor，有利于减少merge次数，进而减少map对磁盘的读写频率，有可能达到优化作业的目的。
当job指定了combiner的时候，我们都知道map介绍后会在map端根据combiner定义的函数将map结果进行合并。运行combiner函数的时机有可能会是merge完成之前，或者之后，这个时机可以由一个参数控制，即min.num.spill.for.combine（default 3，没找到在哪个配置文件中），当job中设定了combiner，并且spill数最少有3个的时候，那么combiner函数就会在merge产生结果文件之前运行。通过这样的方式，就可以在spill非常多需要merge，并且很多数据需要做combine的时候，减少写入到磁盘文件的数据数量，同样是为了减少对磁盘的读写频率，有可能达到优化作业的目的。
减少中间结果读写进出磁盘的方法不止这些，还有就是压缩。也就是说map的中间，无论是spill的时候，还是最后merge产生的结果文件，都是可以压缩的。压缩的好处在于，通过压缩减少写入读出磁盘的数据量。对中间结果非常大，磁盘速度成为map执行瓶颈的job，尤其有用。控制map中间结果是否使用压缩的参数为：mapred.compress.map.output(true/false,mapred-default.xml中)。将这个参数设置为true时，那么map在写中间结果时，就会将数据压缩后再写入磁盘，读结果时也会采用先解压后读取数据。这样做的后果就是：写入磁盘的中间结果数据量会变少，Reduce从每个map节点copy数据，Reduce从每个map节点copy数据，也会明显降低网络传输的时间，但是cpu会消耗一些用来压缩和解压。所以这种方式通常适合job中间结果非常大，瓶颈不在cpu，而是在磁盘的读写的情况。说的直白一些就是用cpu换IO。根据观察，通常大部分的作业cpu都不是瓶颈，除非运算逻辑异常复杂。所以对中间结果采用压缩通常来说是有收益的。以下是一个wordcount中间结果采用压缩和不采用压缩产生的map中间结果本地磁盘读写的数据量对比：
map中间结果不压缩：
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map中间结果压缩：
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可以看出，同样的job，同样的数据，在采用压缩的情况下，map中间结果能缩小将近10倍，如果map的瓶颈在磁盘，那么job的性能提升将会非常可观。
当采用map中间结果压缩的情况下，用户还可以选择压缩时采用哪种压缩格式进行压缩，现在hadoop支持的压缩格式有：GzipCodec，LzoCodec，BZip2Codec，LzmaCodec等压缩格式。
通常来说，想要达到比较平衡的cpu和磁盘压缩比，LzoCodec比较适合。但也要取决于job的具体情况。用户若想要自行选择中间结果的压缩算法，可以设置配置参数：mapred.map.output.compression.codec=org.apache.hadoop.io.compress.DefaultCodec(mapred-default.xml)或者其他用户自行选择的压缩方式。
1.2 Map side相关参数调优
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2 Reduce 端调优参数
2.1 ReduceTask运行内部原理
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reduce的运行是分成三个阶段的。分别为copy->sort->reduce。由于job的每一个map都会根据reduce(n)数将数据分成map 输出结果分成n个partition，所以map的中间结果中是有可能包含每一个reduce需要处理的部分数据的。所以，为了优化reduce的执行时间，hadoop中是等job的第一个map结束后，所有的reduce就开始尝试从完成的map中下载该reduce对应的partition部分数据。这个过程就是通常所说的shuffle，也就是copy过程。
Reduce task在做shuffle时，实际上就是从不同的已经完成的map上去下载属于自己这个reduce的部分数据，由于map通常有许多个，所以对一个reduce来说，下载也可以是并行的从多个map下载，这个并行度是可以调整的，调整参数为：mapred.reduce.parallel.copies（default 5）。默认情况下，每个只会有5个并行的下载线程在从map下数据，如果一个时间段内job完成的map有100个或者更多，那么reduce也最多只能同时下载5个map的数据，所以这个参数比较适合map很多并且完成的比较快的job的情况下调大，有利于reduce更快的获取属于自己部分的数据。但是调整的太大，又会事半功倍，容易造成集群拥堵，所以 Job tuning的同时，也是个权衡的过程，你要熟悉你的数据！
Reduce的每一个下载线程在下载某个map数据的时候，有可能因为那个map中间结果所在机器发生错误，或者中间结果的文件丢失，或者网络瞬断等等情况，这样reduce的下载就有可能失败，所以reduce的下载线程并不会无休止的等待下去，当一定时间后下载仍然失败，那么下载线程就会放弃这次下载，并在随后尝试从另外的地方下载（因为这段时间map可能重跑）。所以reduce下载线程的这个最大的下载时间段是可以调整的，调整参数为：mapred.reduce.copy.backoff（default 300秒）。如果集群环境的网络本身是瓶颈，那么用户可以通过调大这个参数来避免reduce下载线程被误判为失败的情况。不过在网络环境比较好的情况下，没有必要调整。通常来说专业的集群网络不应该有太大问题，所以这个参数需要调整的情况不多。
Reduce将map结果下载到本地时，同样也是需要进行merge的，所以io.sort.factor的配置选项同样会影响reduce进行merge时的行为，该参数的详细介绍上文已经提到，当发现reduce在shuffle阶段iowait非常的高的时候，就有可能通过调大这个参数来加大一次merge时的并发吞吐，优化reduce效率。
Reduce在shuffle阶段对下载来的map数据，并不是立刻就写入磁盘的，而是会先缓存在内存中，然后当使用内存达到一定量的时候才刷入磁盘。这个内存大小的控制就不像map一样可以通过io.sort.mb来设定了，而是通过另外一个参数来设置：mapred.job.shuffle.input.buffer.percent（default 0.7），这个参数其实是一个百分比，意思是说，shuffile在reduce内存中的数据最多使用内存量为：0.7 × maxHeap of reduce task。也就是说，如果该reduce task的最大heap使用量（通常通过mapred.child.java.opts来设置，比如设置为-Xmx1024m）的一定比例用来缓存数据。默认情况下，reduce会使用其heapsize的70%来在内存中缓存数据。如果reduce的heap由于业务原因调整的比较大，相应的缓存大小也会变大，这也是为什么reduce用来做缓存的参数是一个百分比，而不是一个固定的值了。默认是0.7，既70%，通常这个比例是够了，但是我们讨论的还是大数据的情况，所以这个比例还是小了一些，0.8-0.9之间比较合适。（前提是你的reduce函数不会疯狂的吃掉内存）
mapred.child.java.opts这个选项正是用来设置JVM堆的最大可用内存，但是也不要设置太大，如果超过2G，应该考虑从程序设计角度去优化。
假设mapred.job.shuffle.input.buffer.percent为0.7，reduce task的max heapsize为1G，那么用来做下载数据缓存的内存就为大概700MB左右，这700M的内存，跟map端一样，也不是要等到全部写满才会往磁盘刷的，而是当这700M中被使用到了一定的限度（通常是一个百分比），就会开始往磁盘刷。这个限度阈值也是可以通过job参数来设定的，设定参数为：mapred.job.shuffle.merge.percent（default 0.66）。如果下载速度很快，很容易就把内存缓存撑大，那么调整一下这个参数有可能会对reduce的性能有所帮助。
当reduce将所有的map上对应自己partition的数据下载完成后，就会开始真正的reduce计算阶段（中间有个sort阶段通常时间非常短，几秒钟就完成了，因为整个下载阶段就已经是边下载边sort，然后边merge的）。当reduce task真正进入reduce函数的计算阶段的时候，有一个参数也是可以调整reduce的计算行为。也就是：mapred.job.reduce.input.buffer.percent（default 0.0）。由于reduce计算时肯定也是需要消耗内存的，而在读取reduce需要的数据时，同样是需要内存作为buffer，这个参数是控制，需要多少的内存百分比来作为reduce读已经sort好的数据的buffer百分比。默认情况下为0，也就是说，默认情况下，reduce是全部从磁盘开始读处理数据。如果这个参数大于0，那么就会有一定量的数据被缓存在内存并输送给reduce，当reduce计算逻辑消耗内存很小时，可以分一部分内存用来缓存数据，反正reduce的内存闲着也是闲着。
2.2 Reduce side相关参数调优
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mapred.job.shuffle.merge.percent(默认值0.66)
mapred.inmem.merge.threshold(默认值1000)
这是两个阈值的配置项，第一个指的从Map节点取数据过来，放到内存，当达到这个阈值之后，后台启动线程（通常是Linux native process）把内存中的数据merge sort，写到reduce节点的本地磁盘；
第二个指的是从map节点取过来的文件个数，当达到这个个数之后，也进行merger sort，然后写到reduce节点的本地磁盘；这两个配置项第一个优先判断，其次才判断第二个thresh-hold。
从实际经验来看，mapred.job.shuffle.merge.percent默认值确实太小了，完全可以设置到0.8左右；第二个默认值1000，完全取决于map输出数据的大小，如果map输出的数据很大，默认值1000反倒不好，应该小一些，如果map输出的数据不大（light weight），可以设置2000或者以上，都没问题。
本文转载自：http://www.tbdata.org/archives/1470
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2014-05-15 22:00 pingh14 阅读(
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