大数据开发平台(Data Platform)在有赞的最佳实践

有赞技术

前言

随着公司规模的增长,对大数据的离线应用开发的需求越来越多,这些需求包括但不限于离线数据同步(MySQL/Hive/Hbase/Elastic Search 等之间的离线同步)、离线计算(Hive/MapReduce/Spark 等)、定时调度、运行结果的查询以及失败场景的报警等等。

在统一的大数据开发平台产生之前,面临一系列的问题:

  • 多个开发和调度入口,不同的业务部门之间的项目或组件很难复用,同时带来繁重的运维成本
  • Hadoop 的环境对业务团队的同事来讲不友好(除了要熟悉业务以外还需要对底层框架有比较深入的了解)
  • 重复的开发工作(例如导表、调度等本来可以复用的模块,却需要在多个项目中重复实现)
  • 频繁的跨部门需求沟通和讨论

为了解决上述遇到的各类问题,同时参考了业界其他公司的大数据解决方案,我们设计并实现了大数据开发平台(Data Platform,简称 DP),通过可视化的交互界面,解决离线大数据计算相关的各种环境和工具。

本文将介绍 DP 的系统设计以及在有赞的落地情况,内容包括:

  • DP 的系统设计,包括架构设计,以及重点介绍了调度模块的设计
  • 目前在有赞的落地现状
  • 总结和展望

大数据开发平台的设计

架构设计

图片描述
图1 DP系统架构图

大数据开发平台包括调度模块(基于开源airflow二次开发)、基础组件(包括公共的数据同步模块/权限管理等)、服务层(作业生命周期管理/资源管理/测试任务分发/Slave管理等)和监控(机器资源/日志/基于预测的监控)。这些模块具体功能和职责为:<br/>

  • 任务调度模块:支持基于任务优先级的多队列、分布式调度。在开源的 airflow 基础上进行了二次开发,主要新增功能包括:

    • 增加多种任务类型(datax/datay/导出邮件/导出es/Spark等)
    • 根据任务的上下游关系以及重要程度,计算任务的全局优先级,根据全局优先级调度(优先级高的优先执行,低的则进入队列等待)
    • 跨 Dag 的任务依赖关系展示(基于全局 Dag,通过任务的读写Hive表信息建立跨 Dag 的依赖关系)
    • 一键 Clear 当前节点的所有依赖下游节点(支持跨Dag)
  • 基础模块:包括离线的全量/增量数据同步、基于Binlog的增量同步、Hive 导出 ES /邮件、MySQL 同步到 Hbase (开发中)等,参考图2。

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图2 DP支持的离线数据同步方式(箭头表示数据流向)

  • 服务模块:负责作业的生命周期管理,包括作业的创建(修改)、测试、发布、运维等,服务部署采用 Master / Slave 模式,参考图3所示。其中

    • Master 节点支持 HA 以及热重启(重启期间另外一台提供服务,因此对用户是无感知的)。Master 节点的主要职责是作业的生命周期管理、测试任务分发、资源管理、通过心跳的方式监控 Slaves 等。
    • Slave 节点分布在调度集群中,与 Airflow 的 worker 节点公用机器。Slave 节点的主要职责是执行 Master 分发的命令(包括测试、机器监控脚本等)、更新资源(通过 Gitlab )等。

图片描述
图3 DP 部署图

  • 监控模块:对调度集群的机器、资源、调度任务进行全方位的监控和预警。按照监控的粒度和维度分成三类:

    • _基础监控:_结合运维监控(进程、IO等)和自定义监控(包括任务环比波动监控、关键任务的产出时间监控等)对DP的Master节点和Worker节点进行基础的监控和报警。
    • _日志监控:_通过将任务运行时产出的日志采集到 Kafka,然后经过 Spark Steaming 解析和分析,可以计算每个任务运行的起止时间、Owner、使用到的资源量( MySQL 读写量、 Yarn 的 CPU / Memory 使用量、调度 Slot 的占用情况等),更进一步可以分析Yarn任务的实时运行日志,发现诸如数据倾斜、报错堆栈信息等数据。最后将这些数据存储在 NoSQL(比如 Redis )以进一步的加工和展示。
    • _任务预测监控:_通过提前一段时间模拟任务的调度(不真正的跑任务),来预测任务的开始/结束时间,同时可以提早知道可能失败、超时的任务列表,进而在问题发生之前进行规避。

      • 现阶段已经实现的功能:分析可能失败的任务列表(失败的原因可能是DB的配置发生更改、上游的节点失败等)并发送告警信息;基于过去一段时间的运行时间数据,模拟整个任务调度,可以计算出任务的开始/结束时间以及超时告警。
      • 未来规划:任务的运行时长不是基于过去的数据,而是通过读取的数据量、集群资源使用率、任务计算复杂程度等多个特征维度来预测运行时长。

任务调度设计

大数据开发平台的任务调度是指在作业发布之后,按照作业配置中指定的调度周期(通过 crontab 指定)在一段时间范围内(通过开始/结束时间指定)周期性的执行用户代码。任务调度需要解决的问题包括:

  1. 如何支持不同类型任务?
  2. 如何提供任务调度的高并发(高峰时期每秒需要处理上百个任务执行)?
  3. 如何保证相对重要的任务(数据仓库任务)优先获取资源并执行?
  4. 如何在多台调度机器上实现负载均衡(主要指CPU/内存资源)?
  5. 如何保证调度的高可用?
  6. 任务调度的状态、日志等信息怎么比较友好的展示?

为了解决上述问题,我们调研了多种开源框架(Azkaban/Oozie/Airflow等),最终决定采用 Airflow + Celery + Redis + MySQL 作为 DP 的任务调度模块,并结合公司的业务场景和需求,做了一些深度定制,给出了如下的解决方案(参考图4):
图片描述
图4 基于Airflow + Celery + Redis + MySQL的任务调度

  • 针对问题1,在 Airflow 原始的任务类型基础上,DP 定制了多种任务(实现 Operator ),包括基于 Datax 的导入导出任务、基于 Binlog 的 Datay 任务、Hive 导出 Email 任务、 Hive 导出 ElasticSearch 任务等等。
  • 针对问题2,一方面通过 Airflow 提供的 Pool + Queue + Slot 的方式实现任务并发个数的管理,以及把未能马上执行的任务放在队列中排队。另一方面通过 Celery 可以实现了任意多台Worker的分布式部署(水平扩展),理论上调度没有并发上限。
  • 针对问题3,在 Airflow 本身支持的优先级队列调度基础之上,我们根据任务的上下游关系以及标记重要的任务节点,通过全局DAG计算出每个节点的全局优先级,通过将该优先级作为任务调度的优先级。这样可以保证重要的任务会优先调度,确保重要任务产出时间的稳定性。
  • 针对问题4,首先不同类型的任务需要耗费不同类型的资源,比如 Spark 任务是内存密集型、Datax 任务是 CPU 密集型等,如果将同一类任务集中在一台机器上执行,容易导致部分系统资源耗尽而另外一部分资源空闲,同时如果一台机器的并发任务数过多,容易引起内存 OOM 以及 CPU 不断地切换进程上下文等问题。因此我们的解决方式是:

    • 将任务按照需要的资源量分成不同类型的任务,每种类型的任务放到一个单独的调度队列中管理。
    • 每个队列设置不同的 Slot ,即允许的最大并发数
    • 每台 Worker 机器同时配置多个队列
    • 基于这些配置,我们可以保证每台 Worker 机器的 CPU /内存使用率保持在相对合理的使用率范围内,如图5所示

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图5 调度Worker机器的内存使用情况

  • 针对问题5,任务调度模块涉及到的角色包括 Scheduler (生产者)和 Worker (消费者),因为 Worker 本来就是分布式部署,因此部分机器不可用不会导致整个调度的不可用(其他节点可以继续服务)。而 Scheduler 存在单点问题,我们的解决方案是除了 Active Scheduler 节点之外,新增一个 Standby Scheduler(参考图3),Standby节点会周期性地监听 Active 节点的健康情况,一旦发现 Active Scheduler 不可用的情况,则 Standby 切换为 Active 。这样可以保证 Scheduler 的高可用。
  • 针对问题6,Airflow 自带的 Web 展示功能已经比较友好了。

现状

DP项目从2017年1月开始立项开发,6月份正式投入生产,之后经过了N轮功能迭代,在易用性和稳定性方面有了显著提升,目前调度集群包括2台Master和13台 Slave(调度)节点(其中2台用于 Scheduler ,另外11台用于 Worker ),每天支持7k+的任务调度,满足数据仓库、数据中心、BI、商品、支付等多个产品线的应用。
图片描述
图6 DP调度任务数趋势图

目前DP支持的任务类型包括:

  • 离线数据同步:

    • 从 MySQL 到 Hive 的全量/增量数据同步(基于 Datax 二次开发)
    • 从 Hive 到 MySQL 的全量/增量数据同步(基于 Datax 二次开发)
    • 从 MySQL 通过 Binlog ,经过 Nsq/Hdfs/MapReduce 增量同步到 Hive( Datay ,自研)
    • 从 MySQL 同步到 Hbase (基于 Datax 二次开发)
    • 从 Hive 同步到 ElasticSearch (基于 Datax 二次开发)
  • Hadoop 任务:

    • Hive/MapReduce/Spark/Spark SQL
  • 其他任务:

    • 将 Hive 表数据以邮件形式导出(支持 PDF/Excel/Txt 格式的附件)
    • Python/Shell/Jar 形式的脚本任务

总结和展望

DP 在经过一年半的不断功能迭代和完善之后,目前日均支持7k+的任务调度,同时在稳定性和易用性方面也有了较大的提升,可以满足用户日常对大数据离线开发的大部分使用场景。同时我们也意识到大数据开发这块还有很多可以挖掘和提升的点,未来我们可能会从这些方面进一步完善平台的功能和提升用户体验:

  • 更加丰富的任务类型
  • 进一步整合其他平台或工具,做到大数据开发的一站式体验
  • 提供用户首页(空间),提供日常运维工具和管理页面,更加方便任务的集中管理
  • 任务日志管理优化(包括快速定位出错信息/拉取和分析 Yarn 日志等)

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有赞技术团队是一群聪明、皮实、有要性的年轻人,技术总人数近 1000 人,大多数毕业于 985、211 等中国最前线重点院校,来自 BAT 等大厂的核心人员不胜枚举,过去 5 年,团队人数从不到 10 人发展到现在将近 1000 人,内部已成长出了一批核心骨干人员。这里没有乱七八糟的勾心斗角,提倡直接有效的沟通。坐标:杭州,北京,广州。

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