Flink 内存模型各部分大小计算公式

Flink 的运行平台

如果 Flink 是运行在 yarn 或者 standalone 模式的话,其实都是运行在 JVM 的基础上的,所以首先 Flink 组件运行所需要给 JVM 本身要耗费的内存大小。无论是 JobManager 或者 TaskManager ,他们 JVM 内存的大小都是一样的,都是由 JVM metaspace 和 JVM overhead 组成的。metaspace 元空间的部分,保存 JVM 中 class 类等区域,然后 JVM overhead 是本地内存、垃圾回收等。

在 yarn 环境下,启动的启动程序为 YarnTaskExecutorRunner 入口类型。一个例子为


bigdata  30032 29862  2  2024 ?        3-07:08:13 /usr/bin/java 
-Xmx1664299798 
-Xms1664299798 
-XX:MaxDirectMemorySize=493921243 
-XX:MaxMetaspaceSize=268435456 
-Dlog.file=/path/to/container_e09_xx/taskmanager.log 
-Dlog4j.configuration=file:./log4j.properties 
-Dlog4j.configurationFile=file:./log4j.properties org.apache.flink.yarn.YarnTaskExecutorRunner 
-D taskmanager.memory.network.min=359703515b 
-D taskmanager.cpu.cores=2.0 
-D taskmanager.memory.task.off-heap.size=0b 
-D taskmanager.memory.jvm-metaspace.size=268435456b 
-D external-resources=none 
-D taskmanager.memory.jvm-overhead.min=429496736b 
-D taskmanager.memory.framework.off-heap.size=134217728b 
-D taskmanager.memory.network.max=359703515b 
-D taskmanager.memory.framework.heap.size=134217728b 
-D taskmanager.memory.managed.size=1438814063b 
-D taskmanager.memory.task.heap.size=1530082070b 
-D taskmanager.numberOfTaskSlots=2 
-D taskmanager.memory.jvm-overhead.max=429496736b 
--configDir . 
-Dblob.server.port=10751 
-Djobmanager.rpc.address=hadoop0010 
-Djobmanager.memory.jvm-overhead.min=429496736b 
-Dtaskmanager.resource-id=container_e09_1727170467339_0012_01_000004 
-Dweb.port=0 
-Djobmanager.memory.off-heap.size=134217728b 
-Dweb.tmpdir=/tmp/flink-web-ae106a66-21e0-410e-8c8a-2ea943474c5a 
-Dinternal.taskmanager.resource-id.metadata=hadoop0005:30445 
-Djobmanager.rpc.port=18745 
-Drest.bind-address=hadoop0010 
-Drest.address=hadoop0010 
-Djobmanager.memory.jvm-metaspace.size=268435456b 
-Djobmanager.memory.heap.size=3462817376b 
-Djobmanager.memory.jvm-overhead.max=429496736b

JobManager 的入口类是 YarnJobClusterEntrypoint ,一个例子是:

bigdata  12455 12391  0  2024 ?        06:56:25 /usr/bin/java 
-Xmx3462817376 -Xms3462817376 
-XX:MaxMetaspaceSize=268435456 
-Dlog.file=/path/to/application_xxx/container_xxx/jobmanager.log 
-Dlog4j.configuration=file:log4j.properties 
-Dlog4j.configurationFile=file:log4j.properties org.apache.flink.yarn.entrypoint.YarnJobClusterEntrypoint 
-D jobmanager.memory.off-heap.size=134217728b 
-D jobmanager.memory.jvm-overhead.min=429496736b 
-D jobmanager.memory.jvm-metaspace.size=268435456b 
-D jobmanager.memory.heap.size=3462817376b 
-D jobmanager.memory.jvm-overhead.max=429496736b

相关的配置参数是:

  1. -yjm 设置 JobManager 的大小。
  2. -ytm 设置 TaskManager 的大小。
  3. jobmanager.memory.process.size 和 taskmanager.memory.process.size 对应这 -yjm 和 -ytm 的大小。
  4. jobmanager.memory.jvm-overhead.fraction ,这个是设置 JVM overhead 的比例。
  5. taskmanager.memory.network.fraction ,network 部分的内存大小占比
  6. taskmanager.memory.managed.fraction, managed 占的比例大小。
    在这里插入图片描述
    上图是官方 TaskManager 的内存模型。下面按照配置来计算一下各部分的内存大小,看看是否和 YarnTaskExecutorRunner 启动命令中对应的内存大小相同。需要指出的是的使用资源平台是 yarn , -ytm 为 4 gb

先计算,JVM overhead = Math.max( taskmanager.memory.process.size0.1 , 192M), math.max( 41024 *0.1 , 192M) = 409.6 约等于 410 M

MVM metaspace 固定值 256

Network = (Taskmanager.memory.process.size - JVM metaspace - JVM overhead)0.1,(41024 - 256- 410 )*0.1= 343M

Framework off-heap 128M 固定支出。

Managed Memory =( taskmanager.memory.process.size - JVM metaspace - JVM overhead)0.4 , 还需要四舍五入, (41024 - 256- 410)*0.4 / 1024 = 13.4G

TaskHeap = taskmanager.memory.process.size - JVM metaspace - JVM Overhead - Network - Framewokr off-heap - Managed memory - Framework heap = (41024 - 256 - 410 - 343 - 128 - 1.341024 - 128)/1024 = 1.42 G

YarnTaskExecutorRunner 的启动命令中,-Xmx1664299798 -Xms1664299798 两个参数设置的是 heap memory 的大小, 1664299798/1024/1024/1024 = 1.55 G ,task heap + framework heap = 1.42G + 128M = 1.42 + 0.125 = 1.55G

-XX:MaxDirectMemorySize=493921243 代表了 framework off-heap + task off-heap + network off-heap = 128M + 343M = 0.46G , 493921243/1024/1024/1024 = 0.46 G 。
-XX:MaxMetaspaceSize=268435456 268435456/1024/1024 = 256 M

-D taskmanager.memory.network.min=359703515b 这个是 network 的最小值。
-D taskmanager.cpu.cores=2.0 设置 taskmanager core 的数量
-D taskmanager.memory.task.off-heap.size=0b ,这个和结果是一致的 task off-head 就是 0 。
-D taskmanager.memory.jvm-metaspace.size=268435456b , 这个与 -XX:MaxMetaspaceSize 的大小是一致的。
-D taskmanager.memory.jvm-overhead.min=429496736b ,这个 overhead 的最小值。
-D taskmanager.memory.framework.off-heap.size=134217728b , 这个是 fremework off-heap 的 128 M , 这个是固定大小。
-D taskmanager.memory.network.max=359703515b 这个是 network off-heap 的最大值
-D taskmanager.memory.framework.heap.size=134217728b 固定大小,128 M
-D taskmanager.memory.managed.size=1438814063b ,managed memory 的大小,计算得来的大小是 13.4G ,正好是 1438814063/1024/1024/1024 的大小。
-D taskmanager.memory.task.heap.size=1530082070b
-D taskmanager.numberOfTaskSlots=2 ,这个是每个 taskmanager slot 的个数。
-D taskmanager.memory.jvm-overhead.max=429496736b 这个是 overhead 的大小, 它是 410 M ,正好是429496736/1024/1024/1024 的大小。

所以对于 yarn 平台来说,要想了解 TM 和 JM 各部分内存的大小,只需要知道下面的参数的大小即可。

  1. -yjm
  2. -yjm
  3. jobmanager.memory.jvm-overhead.fraction ,这个是设置 JVM overhead 的比例。
  4. taskmanager.memory.network.fraction ,network 部分的内存大小占比
  5. taskmanager.memory.managed.fraction, managed 占的比例大小。

JVM 中各个内存单元的计算公式位于源码的 JobManagerProessUtils ,当然了要设置 -yjm 才行 , -yjm 这个选项对应这 jobmanager.memory.process.size ,只有使用了他上面的公式才会生效。为了更好的理解内存的计算,先看一下内存的选项:


    public static JobManagerProcessSpec processSpecFromConfigWithNewOptionToInterpretLegacyHeap(
            Configuration config, ConfigOption<MemorySize> newOptionToInterpretLegacyHeap) {
   
   
        try {
   
   
            return processSpecFromConfig(
                    getConfigurationWithLegacyHeapSizeMappedToNewConfigOption(
                            config, newOptionToInterpretLegacyHeap));
        } catch (IllegalConfigurationException e) {
   
   
            throw new IllegalConfigurationException(
                    "JobManager memory configuration failed: " + e.getMessage(), e);
        }
    }

getConfigurationWithLegacyHeapSizeMappedToNewConfigOption 方法是检查是否使用新的内存选项,即 jobmanager.memory.process.size ,我们是使用了,如果没有使用,则会什么样的结果呢?


    static Configuration getConfigurationWithLegacyHeapSizeMappedToNewConfigOption(
            Configuration configuration, ConfigOption<MemorySize> configOption) {
   
   
        return LEGACY_MEMORY_UTILS.getConfWithLegacyHeapSizeMappedToNewConfigOption(
                configuration, configOption);
    }
// LEGACY_MEMORY_UT
<think>好的,我现在需要处理用户关于Apache Flink工作原理和应用案例的查询。首先,用户希望了解Flink的详细信息和使用方法,特别是其工作原理和实际应用案例。根据用户提供的引用内容,我需要整合这些信息,确保回答结构清晰,符合用户的要求,并且正确引用相关资料。 首先,用户提到的引用[2]指出Flink是一个支持流处理和批处理的开源平台,基于同一个运行时。这应该是Flink的核心特点之一,需要强调。引用[4]提到Flink使用多线程和TaskSlot机制进行资源管理,这与MapReduce的多进程方式不同,提升了CPU效率。这部分内容对解释工作原理很重要。 接下来是应用案例。用户提供的引用[1]和[3]提到了Flink在大规模数据流处理、事件驱动应用以及具体案例分析,比如实时风控和电商实时推荐。这些可以作为实际应用的例子。引用[5]关于Apache Beam的示例代码可能关联到Flink作为执行引擎的应用,但用户主要关注Flink本身,所以可能不需要深入Beam的内容,但可以简要提及与其他工具的集成。 用户要求回答结构清晰,分点说明工作原理和应用案例。同时,需要遵循系统级指令,正确使用LaTeX格式,例如数学表达式用$...$,独立公式用$$...$$。但当前问题涉及的是技术原理,可能数学公式较少,但如果有涉及计算模型或公式的地方需要正确应用。 另外,用户要求生成相关问题,我需要根据回答内容提出三个相关的问题,确保问题与Flink的工作原理、优化方法、应用场景相关。例如,可以涉及Flink的容错机制、与Spark Streaming的对比,以及实时数据分析的具体实现等。 需要检查引用是否正确标注,每个引用末尾添加[^n]。例如,当提到Flink的架构原理时,引用[2]和[4]支持;应用案例部分引用[1]、[3]和可能的[5]。 现在,组织回答结构: 1. Flink工作原理 - 分布式架构:JobManager、TaskManager、TaskSlot - 流批一体:运行时统一,引用[2] - 资源管理:TaskSlot机制,引用[4] - 状态管理与容错:检查点机制,Chandy-Lamport算法 2. 应用案例 - 实时风控(引用[1]) - 电商实时推荐(引用[3]) - 物联网数据处理(可能结合一般知识补充) 3. 使用示例(代码示例) - 流处理示例,引用[5]的代码结构,但需要调整成Flink的API 最后,生成相关问题,确保覆盖工作原理、应用场景和对比分析。 需要确保LaTeX正确,例如在提到检查点机制时,如果有数学公式,比如分布式快照的算法,使用$$...$$。例如,Chandy-Lamport算法的标记过程可能需要公式,但如果没有具体公式,可能不需要。可能不需要数学表达式,但需注意用户提到的系统指令中的要求,确保符合格式。 现在开始撰写正式回答,确保各部分引用正确,结构清晰,并附上相关问题。</think>### Apache Flink 工作原理及应用案例 #### 一、Apache Flink 的核心工作原理 1. **分布式架构设计** Flink 的运行时由两类进程构成: - **JobManager**:负责作业调度、检查点协调和故障恢复。 - **TaskManager**:执行具体的任务(Task),通过**TaskSlot**机制管理资源,每个 TaskSlot 代表一个固定大小的资源单元[^4]。 这种设计使得 Flink 可以高效利用 CPU 和内存资源,支持高并发任务。 2. **流批一体运行时** Flink 基于统一的运行时(Flink Runtime),同时支持流处理和批处理。其核心模型是**数据流(DataStream)**,将批处理视为有限流的特例,通过以下公式表示流处理的计算逻辑: $$ \text{Result} = \sum_{t \in T} f(\text{Data}_t) $$ 其中 $T$ 是时间域,$f$ 是用户定义的计算函数[^2]。 3. **状态管理与容错** Flink 通过**分布式快照**(Chandy-Lamport 算法)实现状态一致性。周期性生成检查点(Checkpoint),确保故障时能回滚到最近一致状态[^4]。例如,检查点间隔可通过配置 `checkpoint.interval` 参数调整。 4. **事件时间与水位线** 支持事件时间(Event Time)语义,通过水位线(Watermark)机制处理乱序事件。水位线 $W$ 表示“时间进展到 $t$”,确保窗口计算的正确性。 --- #### 二、Flink 的应用案例 1. **实时风险控制(金融领域)** - **场景**:监测交易流水,识别异常行为(如高频交易)。 - **实现**:通过 `DataStream API` 定义规则引擎,结合 CEP(复杂事件处理)库匹配异常模式[^1]。 2. **电商实时推荐系统** - **场景**:根据用户实时浏览行为更新推荐列表。 - **实现**:使用 Flink SQL 分析用户点击流,动态更新 Redis 中的推荐结果[^3]。 3. **物联网设备监控** - **场景**:实时分析传感器数据,触发告警(如温度超标)。 - **实现**:通过 `WindowedStream` 计算滑动窗口内的指标均值,输出到 Kafka 或 Dashboard。 --- #### 三、Flink 代码示例(流处理) ```java // 定义流处理环境 StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment(); // 从Kafka读取数据 DataStream<String> stream = env .addSource(new FlinkKafkaConsumer<>("topic", new SimpleStringSchema(), properties)); // 数据处理:过滤并统计 stream.filter(s -> s.contains("ERROR")) .map(s -> new Tuple2<>(s, 1)) .keyBy(0) .sum(1) .print(); // 执行作业 env.execute("Real-time Error Counter"); ``` 此代码实现了从 Kafka 消费日志流,实时统计错误信息频次[^5]。 ---
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