Spark DAG有向无环图任务划分

本文详细介绍了Spark中的DAG有向无环图在任务执行中的作用,以及RDD任务的切分过程,包括Application、Job、Stage和Task之间的层级关系。在Spark中,每个Action操作会触发一个Job,而Stage根据宽依赖进行划分,Task数量由最后一个RDD的分区决定。同时,通过getOrCreateParentStages和getMissingAncestorShuffleDependencies等方法,构建和查找RDD的血缘关系,确保任务正确执行。

1.DAG有向无环图
DAG(Directed Acyclic Graph)有向无环图是由点和线组成的拓扑图形,该图形具有方向,不会闭环。例如,DAG记录了RDD的转换过程和任务的阶段。

2)RDD任务切分中间分为:Application、Job、Stage和Task
(1)Application:初始化一个SparkContext即生成一个Application;
(2)Job:一个Action算子就会生成一个Job;
(3)Stage:Stage等于宽依赖的个数加1;
(4)Task:一个Stage阶段中,最后一个RDD的分区个数就是Task的个数。
注意:Application->Job->Stage->Task每一层都是1对n的关系。

private[scheduler] def handleJobSubmitted(jobId: Int,
      finalRDD: RDD[_],
      func: (TaskContext, Iterator[_]) => _,
      partitions: Array[Int],
      callSite: CallSite,
      listener: JobListener,
      properties: Properties): Unit = {
    var finalStage: ResultStage = null
    try {
      // New stage creation may throw an exception if, for example, jobs are run on a
      // HadoopRDD whose underlying HDFS files have been deleted.
      finalStage = createResultStage(finalRDD, func, partitions, jobId, callSite)
    } catch {
      case e: BarrierJobSlotsNum
<think>好的,我现在需要回答用户关于有向无环图DAG)的定义和应用场景的问题。首先,我得先回顾一下DAG的基本定义。根据引用[2],DAG是一个没有有向循环的有限有向图,由顶点和边组成,每条边有方向,且无法从任何顶点出发通过边回到原点。这点很重要,必须准确传达。 接下来是DAG与偏序集的关系。引用[2]提到DAG和偏序集有本质联系,每个DAG对应唯一的偏序集,而所有偏序集都可以表示为DAG。这部分可能需要进一步解释,但用户可能只需要知道它们紧密相关即可。 然后应用场景部分。用户提到了想知道应用场景,我需要从提供的引用中提取相关信息。引用[4]提到Spark中使用DAG来管理RDD的转换,划分Stage优化计算。这可以作为大数据处理的例子。另外,引用[1]中的DAG库可能用于任务调度或依赖管理。此外,DAG在编译器的依赖分析、任务调度(如项目管理)、数据流编程(如Apache Airflow)以及区块链(如DAG结构的数据存储)中都有应用。需要确保这些应用场景的例子清晰且相关。 还需要注意用户提到的系统级指令,比如数学表达式用$...$格式,独立公式用$$...$$。但当前问题可能不涉及太多数学,不过如果有提到拓扑排序的步骤或算法,可能需要使用代码块。引用[3]中的拓扑排序Kahn算法可以作为例子,用Python代码展示。这部分可能需要检查是否符合用户的要求,是否需要展示代码。 用户的问题结构需要分两部分:定义和应用场景。可能需要使用标题来组织内容,但用户要求用中文回答,结构清晰。同时,用户希望生成相关问题,放在最后。根据示例,可能需要生成3-4个相关问题,如DAG与树的区别、拓扑排序方法、实际应用案例、优化方法等。 还要注意引用标注,每段末尾自然添加[^n]。比如在定义部分引用[2],在应用场景部分引用[4]和[1],在代码部分引用[3]。确保每个引用正确对应内容,不混淆。 另外,用户提供的引用中有关于DAG与树的区别表格(引用[3]),可能在相关问题中提到,但当前问题主要关注定义和应用,所以可能放在相关问题中。 最后,检查是否符合LaTeX语法,是否有行内公式需要处理。当前问题可能较少涉及数学公式,但如果有提到最长路径算法中的公式,比如$dist[v] = \max(dist[v], dist[u] + w(u, v))$,需要用$...$包裹。引用[3]中的确提到了这个公式,可能需要包含在回答中,但用户的问题是否相关?用户的问题是关于定义和应用,可能不需要详细算法,但作为补充信息可能有用。 总结回答的结构: 1. 定义部分:明确DAG的结构特性,无环、有向、顶点和边的关系,引用[2]。 2. 与偏序集的关系:简要说明,引用[2]。 3. 应用场景:任务调度(如Spark)、依赖管理(编译器)、数据流编程、区块链、项目管理,引用[4]和[1]。 4. 代码示例:拓扑排序的Kahn算法,引用[3]。 5. 相关问题:生成3-4个相关问题,如区别、算法、应用案例、优化等。 需要确保回答流畅,引用正确,符合格式要求。可能还需要检查是否有其他应用场景未被提及,比如Git中的版本控制使用DAG结构,但引用中没有提到,所以可能不加入。保持基于提供的引用内容。</think>### 有向无环图DAG)的定义与概念 #### 1. 定义 **有向无环图(Directed Acyclic Graph, DAG)** 是一种特殊的有向图,满足以下条件: - **顶点与有向边**:由有限个顶点(Vertex)和连接顶点的有向边(Edge)组成,每条边从一个顶点指向另一个顶点。 - **无环性**:图中不存在任何从某个顶点出发并沿着有向边最终回到该顶点的路径[^2]。 数学上可表示为:若图 $G=(V,E)$ 满足 $\forall v \in V$,不存在路径 $v \rightarrow \dots \rightarrow v$,则 $G$ 是 DAGDAG 与 **偏序集(Partially Ordered Set, Poset)** 有本质联系,每个 DAG 唯一对应一个偏序集,而所有偏序集也可用 DAG 表示[^2]。 #### 2. 应用场景 DAG 因其无环特性被广泛应用于需要明确依赖关系或层级结构的场景: 1. **任务调度与依赖管理** - 编译器优化:分析代码块间的依赖关系以确定执行顺序。 - 大数据处理(如 Spark):将计算任务建模为 DAG,通过划分 Stage 优化并行执行[^4]。 - 项目管理工具:如甘特图,用 DAG 表示任务间的先后顺序。 2. **数据流编程** 框架如 Apache Airflow 使用 DAG 定义数据处理流水线,确保任务按依赖顺序执行。 3. **区块链与分布式系统** 某些区块链协议(如 IOTA)使用 DAG 结构存储交易,提升并发处理能力。 4. **动态规划与最长路径计算** 在 DAG 中,可通过拓扑排序结合动态规划高效求解最长路径问题,例如公式: $$ \text{dist}[v] = \max(\text{dist}[v], \text{dist}[u] + w(u, v)) $$ 其中 $w(u, v)$ 表示边权重[^3]。 #### 3. 代码示例:DAG 的拓扑排序(Python) ```python from collections import deque class DAG: def __init__(self, vertices): self.graph = {v: [] for v in vertices} def add_edge(self, u, v): self.graph[u].append(v) def topological_sort(dag): in_degree = {u: 0 for u in dag.graph} for u in dag.graph: for v in dag.graph[u]: in_degree[v] += 1 queue = deque([u for u in in_degree if in_degree[u] == 0]) top_order = [] while queue: u = queue.popleft() top_order.append(u) for v in dag.graph[u]: in_degree[v] -= 1 if in_degree[v] == 0: queue.append(v) return top_order if len(top_order) == len(dag.graph) else None # None 表示存在环 # 示例:构建 DAG 并执行拓扑排序 dag = DAG([0, 1, 2, 3]) dag.add_edge(0, 1) dag.add_edge(0, 2) dag.add_edge(1, 3) dag.add_edge(2, 3) print(topological_sort(dag)) # 输出: [0, 1, 2, 3] 或 [0, 2, 1, 3] ``` 此代码通过 Kahn 算法实现拓扑排序,时间复杂度为 $O(V+E)$,适用于大规模 DAG[^3]。 --- ###
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