浅析日志模式识别技术（Spark）原理
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星期五
2021年1月
验“金”室
近年来，随着金融业务交易量不断上涨，业务交易系统出现生产问题风险的概率也大大增加，给应用的运维、监控、报警带来很大的挑战。在此背景下，智能运维概念逐渐火热，实时分析交易日志进行故障预测和根因定位已是通用方案，并以“日志模式识别”之名大行其道。据悉，很多业界公司是基于Spark、Elasticsearch等技术框架，进行海量日志数据实时分析处理，实现“日志模式识别”。本文旨在概述Spark的技术原理，着重分析技术特点，对技术细节不做过多描述。
一、 Spark的概念及特点
1.Spark的概念
Spark是一种快速、通用、可扩展的大数据分析引擎，是基于内存计算的大数据并行计算框架。Spark基于内存计算，提高了在大数据环境下数据处理的实时性，同时保证了高容错性和高可伸缩性，允许用户将Spark部署在大量廉价硬件之上，形成集群。另外，以Spark为中心的开源生态系统，将在应用程序、运行环境和数据源等方面得到巨大的发展，包括与所有系统相关的基本数据，如图1所示。
图1 Spark的开源生态系统
2.Spark的特点
Spark具有快、易用、通用、兼容性好四大特点：
快
与Hadoop的MapReduce相比，Spark基于内存的运算速度要快100倍以上，基于硬盘的运算也要快10倍，Spark实现了高效的DAG执行引擎，从而可以通过内存来高效处理数据流；
易用
Spark不仅支持Java、Python和Scala的API，还支持超过80种高级算法，使用户可以快速构建不同的应用，除此之外，Spark支持交互式的Python和Scala的shell，可以十分便捷地在这些shell中使用Spark集群来验证解决问题的方法；
通用
Spark提供了统一的解决方案，可以用于批处理、交互式查询（Spark SQL）、实时流处理（Spark Streaming）、机器学习（Spark MLlib）和图计算（GraphX），这些不同类型的处理都可以在同一个应用中无缝使用。另外，Spark还可以很好地融入Hadoop的体系结构中，可以直接操作HDFS，并提供Hive on Spark、Pig on Spark的框架集成Hadoop；
兼容性好
Spark可以十分便捷地与其他开源产品融合。此外，Spark还提供了在EC2上部署Standalone的Spark集群的工具。
二、Spark的体系结构及运行机制
1.Spark的体系结构
Spark主要包括Spark Core和在Spark Core基础之上建立的应用框架Spark SQL、Spark Streaming、MLlib和GraphX。
Core库中主要包括上下文（Spark Context）、抽象数据集（RDD、DataFrame和DataSet）、调度器（Scheduler）、洗牌（shuffle）和序列化器（Serializer）等。Spark系统中的计算、IO、调度和shuffle等系统基本功能都在其中。
Core库之上根据业务需求分为用于交互式查询的SQL、实时流处理Streaming、机器学习Mllib和图计算GraphX四大框架，除此外还有一些其他实验性项目如Tachyon、BlinkDB和Tungsten等。Spark体系结构如图2所示。
图2 Spark的体系结构
2.Spark的运行机制
Spark集群的运行机制如图3所示。
图3 Spark的运行机制
Spark应用在集群上作为独立的进程组来运行，在应用程序的main进程中通过SparkContext来协调（称之为driver进程）。
具体地说，为了运行在集群上，SparkContext可以连接至几种类型的Cluster Manager（一般称为Master，既可以用Spark自己的Standlone Cluster Manager或者Mesos，也可以使用YARN），它们会分配应用的资源。一旦连接上，Spark获得集群节点上的Executor，这些进程可以运行计算并且为你的应用存储数据。接下来，它将发送应用代码（通过JAR或者Python文件定义传递给SparkContext）至Executor。最终，SparkContext将发送Task到Executor进行运行。
三、Spark的两种高可用实现
1. 基于文件系统的单点恢复
基于文件系统的单点恢复主要用于开发或测试环境。当Spark提供目录保存Spark Application和worker的注册信息，并将他们的恢复状态写入该目录中，这时，一旦Master发生故障，就可以通过重新启动Master进程，恢复已运行的Spark Application和worker的注册信息。
2. 基于Zookeeper的Standby Masters
ZooKeeper提供了一个Leader Election机制，利用这个机制可以保证虽然Spark集群存在多个Master，但是只有一个是Active的，其他的都是Standby。加入ZooKeeper的集群整体架构如图4所示。
图4 Spark的高可用（基于Zookeeper）
四、Spark的应用
Spark能够一次处理PB级的数据，也可以分布在数千个协作的物理或虚拟服务器集群中，同时有一套广泛的开发者库和API，支持多种编程语言的灵活性特点，能够适合各种环境。
Spark有以下两种最常见的应用场景：
一是离线场景，可以以时间为维度，几年累积的数据集，或者以业务为维度，某个领域的大数据集等，这种数据我们一般叫做离线数据或者冷数据。
二是实时场景，网站埋点、实时从前端页面传输过来的数据、业务系统或物理硬件实时传输过来的数据、硬件信号或者图像数据等，需要实时去计算处理并且返回结果的数据。
1.Spark的业界应用
Spark得到了众多大数据公司的支持，这些公司包括Hortonworks、IBM、Intel、Cloudera、MapR、Pivotal、百度、阿里、腾讯、京东、携程、优酷土豆。当前，百度的Spark已应用于凤巢、大搜索、直达号、百度大数据等业务；阿里利用GraphX构建了大规模的图计算和图挖掘系统，实现了很多生产系统的推荐算法；腾讯Spark集群达到8000台的规模（2014年），是当时已知的世界上最大的Spark集群。Spark的大规模应用示意如图5所示。
图5 Spark的大规模应用
2.Spark在金融行业的应用
近年来，金融交易系统的复杂度呈指数级增长，带巨大来的运维挑战。采用Spark、Elasticsearch技术框架并结合机器学习算法实现“日志模式识别”，能够协助生产运维解决日志分析慢、根因定位难的问题，逐步实现智能运维，保障生产系统的平稳有序和金融交易的高效可靠。基于Spark的日志模式识别系统架构如图6所示。
图6 基于Spark的日志模式识别系统架构
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