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更新时间：2022-09-29 GMT+08:00
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Spark HA方案介绍

Spark多主实例HA原理与实现方案

基于社区已有的JDBCServer基础上，采用多主实例模式实现了其高可用性方案。集群中支持同时共存多个JDBCServer服务，通过客户端可以随机连接其中的任意一个服务进行业务操作。即使集群中一个或多个JDBCServer服务停止工作，也不影响用户通过同一个客户端接口连接其他正常的JDBCServer服务。

多主实例模式相比主备模式的HA方案，优势主要体现在对以下两种场景的改进。

  • 主备模式下，当发生主备切换时，会存在一段时间内服务不可用，该时间JDBCServer无法控制，取决于Yarn服务的资源情况。
  • Spark中通过类似于HiveServer2的Thrift JDBC提供服务，用户通过Beeline以及JDBC接口访问。因此JDBCServer集群的处理能力取决于主Server的单点能力，可扩展性不够。

采用多主实例模式的HA方案，不仅可以规避主备切换服务中断的问题，实现服务不中断或少中断，还可以通过横向扩展集群来提高并发能力。

  • 实现方案
    多主实例模式的HA方案原理如下图所示。
    图1 Spark JDBCServer HA
  1. JDBCServer在启动时，向ZooKeeper注册自身消息，在指定目录中写入节点，节点包含了该实例对应的IP，端口，版本号和序列号等信息。
  2. 客户端连接JDBCServer时，需要指定Namespace，即访问ZooKeeper哪个目录下的JDBCServer实例。在连接的时候，会从Namespace下随机选择一个实例连接。
  3. 客户端成功连接JDBCServer服务后，向JDBCServer服务发送SQL语句。
  4. JDBCServer服务执行客户端发送的SQL语句后，将结果返回给客户端。

在HA方案中，每个JDBCServer实例都是独立且等同的，当其中一个实例在升级或者业务中断时，其他的实例也能接受客户端的连接请求。

多主实例方案遵循以下规则：
  • 当一个实例异常退出时，其他实例不会接管此实例上的会话，也不会接管此实例上运行的业务。
  • 当JDBCServer进程停止时，删除在ZooKeeper上的相应节点。
  • 由于客户端选择服务端的策略是随机的，可能会出现会话随机分配不均匀的情况，进而可能引起实例间的负载不均衡。
  • 实例进入维护模式（即进入此模式后不再接受新的客户端连接）后，当达到退服超时时间，仍在此实例上运行的业务有可能会发生失败。
  • URL连接介绍
    • 多主实例模式

      多主实例模式的客户端读取ZooKeeper节点中的内容，连接对应的JDBCServer服务。连接字符串为：

      • 安全模式下：
        Kinit认证方式下的JDBCURL如下所示： 
        jdbc:hive2://<zkNode1_IP>:<zkNode1_Port>,<zkNode2_IP>:<zkNode2_Port>,<zkNode3_IP>:<zkNode3_Port>/;serviceDiscoveryMode=zooKeeper;zooKeeperNamespace=sparkthriftserver2x;saslQop=auth-conf;auth=KERBEROS;principal=spark/hadoop.<系统域名>@<系统域名>;
        • 其中“<zkNode_IP>:<zkNode_Port>”是ZooKeeper的URL，多个URL以逗号隔开。

          例如：“192.168.81.37:2181,192.168.195.232:2181,192.168.169.84:2181”。

        • 其中“sparkthriftserver2x”是ZooKeeper上的目录，表示客户端从该目录下随机选择JDBCServer实例进行连接。

        示例：安全模式下通过Beeline客户端连接时执行以下命令：

        sh CLIENT_HOME/spark/bin/beeline -u "jdbc:hive2://<zkNode1_IP>:<zkNode1_Port>,<zkNode2_IP>:<zkNode2_Port>,<zkNode3_IP>:<zkNode3_Port>/;serviceDiscoveryMode=zooKeeper;zooKeeperNamespace=sparkthriftserver2x;saslQop=auth-conf;auth=KERBEROS;principal=spark/hadoop.<系统域名>@<系统域名>;"

        Keytab认证方式下的JDBCURL如下所示： 
        jdbc:hive2://<zkNode1_IP>:<zkNode1_Port>,<zkNode2_IP>:<zkNode2_Port>,<zkNode3_IP>:<zkNode3_Port>/;serviceDiscoveryMode=zooKeeper;zooKeeperNamespace=sparkthriftserver2x;saslQop=auth-conf;auth=KERBEROS;principal=spark/hadoop.<系统域名>@<系统域名>;user.principal=<principal_name>;user.keytab=<path_to_keytab>

        其中<principal_name>表示用户使用的Kerberos用户的principal，如“test@<系统域名>”。<path_to_keytab>表示<principal_name>对应的keytab文件路径，如“/opt/auth/test/user.keytab”。

      • 普通模式下： 
        jdbc:hive2://<zkNode1_IP>:<zkNode1_Port>,<zkNode2_IP>:<zkNode2_Port>,<zkNode3_IP>:<zkNode3_Port>/;serviceDiscoveryMode=zooKeeper;zooKeeperNamespace=sparkthriftserver2x;

        示例：普通模式下通过Beeline客户端连接时执行以下命令：

        sh CLIENT_HOME/spark/bin/beeline -u "jdbc:hive2://<zkNode1_IP>:<zkNode1_Port>,<zkNode2_IP>:<zkNode2_Port>,<zkNode3_IP>:<zkNode3_Port>/;serviceDiscoveryMode=zooKeeper;zooKeeperNamespace=sparkthriftserver2x;"

    • 非多主实例模式

      非多主实例模式的客户端连接的是某个指定JDBCServer节点。该模式的连接字符串相比多主实例模式的去掉关于Zookeeper的参数项“serviceDiscoveryMode”和“zooKeeperNamespace”。

      示例：安全模式下通过Beeline客户端连接非多主实例模式时执行以下命令：

      sh CLIENT_HOME/spark/bin/beeline -u "jdbc:hive2://<server_IP>:<server_Port>/;user.principal=spark/hadoop.<系统域名>@<系统域名>;saslQop=auth-conf;auth=KERBEROS;principal=spark/hadoop.<系统域名>@<系统域名>;"

      • 其中“<server_IP>:<server_Port>”是指定JDBCServer节点的URL。
      • “CLIENT_HOME”是指客户端路径。

      多主实例模式与非多主实例模式两种模式的JDBCServer接口相比，除连接方式不同外其他使用方法相同。由于Spark JDBCServer是Hive中的HiveServer2的另外一个实现，其使用方法，请参见https://cwiki.apache.org/confluence/display/Hive/HiveServer2+Clients。

Spark多租户HA方案实现

JDBCServer多主实例方案中，JDBCServer实现使用YARN-Client模式，但YARN资源队列只有一个，为了解决这种资源局限的问题，引入了多租户模式。

多租户模式是将JDBCServer和租户绑定，每一个租户对应一个或多个JDBCServer，而一个JDBCServer只给一个租户提供服务。不同的租户可以配置不同的YARN队列，从而达到资源隔离，且JDBCServer根据需求动态启动，可避免浪费资源。

  • 实现方案

    多租户模式的HA方案原理如图2所示。

    图2 Spark JDBCServer多租户
    1. ProxyServer在启动时，向ZooKeeper注册自身消息，在指定目录中写入节点信息，节点信息包含了该实例对应的IP，端口，版本号和序列号等信息。

      多租户模式下，JDBCServer实例是指ProxyServer（JDBCServer代理）。

    2. 客户端连接ProxyServer时，需要指定Namespace，即访问ZooKeeper哪个目录下的ProxyServer实例。在连接的时候，会从Namespace下随机选择一个实例连接，详细URL参见URL连接介绍。
    3. 客户端成功连接ProxyServer服务，ProxyServer服务首先确认是否有该租户的JDBCServer存在，如果有，直接将Beeline连上真正的JDBCServer；如果没有，则以YARN-Cluster模式启动一个新的JDBCServer。JDBCServer启动成功后，ProxyServer会获取JDBCServer的地址，并将Beeline连上JDBCServer。
    4. 客户端发送SQL语句给ProxyServer，ProxyServer将语句转交给真正连上的JDBCServer处理。最后JDBCServer服务将结果返回给ProxyServer，ProxyServer再将结果返回给客户端。

    在HA方案中，每个ProxyServer服务（即实例）都是独立且等同的，当其中一个实例在升级或者业务中断时，其他的实例也能接受客户端的连接请求。

  • URL连接介绍
    • 多租户模式

      多租户模式的客户端读取ZooKeeper节点中的内容，连接对应的ProxyServer服务。连接字符串为：

      • 安全模式下：
        Kinit认证方式下的客户端URL如下所示： 
        jdbc:hive2://<zkNode1_IP>:<zkNode1_Port>,<zkNode2_IP>:<zkNode2_Port>,<zkNode3_IP>:<zkNode3_Port>/;serviceDiscoveryMode=zooKeeper;zooKeeperNamespace=sparkthriftserver2x;saslQop=auth-conf;auth=KERBEROS;principal=spark/hadoop.<系统域名>@<系统域名>;
        • 其中“<zkNode_IP>:<zkNode_Port>”是ZooKeeper的URL，多个URL以逗号隔开。

          例如：“192.168.81.37:2181,192.168.195.232:2181,192.168.169.84:2181”。

        • 其中sparkthriftserver2x是ZooKeeper上的目录，表示客户端从该目录下随机选择JDBCServer实例进行连接。

        示例：安全模式下通过Beeline客户端连接时执行以下命令：

        sh CLIENT_HOME/spark/bin/beeline -u "jdbc:hive2://<zkNode1_IP>:<zkNode1_Port>,<zkNode2_IP>:<zkNode2_Port>,<zkNode3_IP>:<zkNode3_Port>/;serviceDiscoveryMode=zooKeeper;zooKeeperNamespace=sparkthriftserver2x;saslQop=auth-conf;auth=KERBEROS;principal=spark/hadoop.<系统域名>@<系统域名>;"

        Keytab认证方式下的URL如下所示： 
        jdbc:hive2://<zkNode1_IP>:<zkNode1_Port>,<zkNode2_IP>:<zkNode2_Port>,<zkNode3_IP>:<zkNode3_Port>/;serviceDiscoveryMode=zooKeeper;zooKeeperNamespace=sparkthriftserver2x;saslQop=auth-conf;auth=KERBEROS;principal=spark/hadoop.<系统域名>@<系统域名>;user.principal=<principal_name>;user.keytab=<path_to_keytab>

        其中<principal_name>表示用户使用的Kerberos用户的principal，如“test@<系统域名>”。<path_to_keytab>表示<principal_name>对应的keytab文件路径，如“/opt/auth/test/user.keytab”。

      • 普通模式下： 
        jdbc:hive2://<zkNode1_IP>:<zkNode1_Port>,<zkNode2_IP>:<zkNode2_Port>,<zkNode3_IP>:<zkNode3_Port>/;serviceDiscoveryMode=zooKeeper;zooKeeperNamespace=sparkthriftserver2x;

        示例：普通模式下通过Beeline客户端连接时执行以下命令：

        sh CLIENT_HOME/spark/bin/beeline -u "jdbc:hive2://<zkNode1_IP>:<zkNode1_Port>,<zkNode2_IP>:<zkNode2_Port>,<zkNode3_IP>:<zkNode3_Port>/;serviceDiscoveryMode=zooKeeper;zooKeeperNamespace=sparkthriftserver2x;"

    • 非多租户模式

      非多租户模式的客户端连接的是某个指定JDBCServer节点。该模式的连接字符串相比多主实例模式的去掉关于ZooKeeper的参数项“serviceDiscoveryMode”和“zooKeeperNamespace”。

      示例：安全模式下通过Beeline客户端连接非多租户模式时执行以下命令：

      sh CLIENT_HOME/spark/bin/beeline -u "jdbc:hive2://<server_IP>:<server_Port>/;user.principal=spark/hadoop.<系统域名>@<系统域名>;saslQop=auth-conf;auth=KERBEROS;principal=spark/hadoop.<系统域名>@<系统域名>;"

      • 其中“<server_IP>:<server_Port>”是指定JDBCServer节点的URL。
      • “CLIENT_HOME”是指客户端路径。

      多租户模式与非多租户模式两种模式的JDBCServer接口相比，除连接方式不同外其他使用方法相同。由于Spark JDBCServer是Hive中的HiveServer2的另外一个实现，其使用方法，请参见Hive官网：https://cwiki.apache.org/confluence/display/Hive/HiveServer2+Clients。

      指定租户

      一般情况下，某用户提交的客户端会连接到该用户默认所属租户的JDBCServer上，若需要连接客户端到指定租户的JDBCServer上，可以通过添加--hiveconf mapreduce.job.queuename进行指定。

      通过Beeline连接的命令示例如下（aaa为租户名称）：

      beeline --hiveconf mapreduce.job.queuename=aaa -u 'jdbc:hive2://192.168.39.30:2181,192.168.40.210:2181,192.168.215.97:2181;serviceDiscoveryMode=zooKeeper;zooKeeperNamespace=sparkthriftserver2x;saslQop=auth-conf;auth=KERBEROS;principal=spark/hadoop.<系统域名>@<系统域名>;'

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