Apache Flink is a stream processing framework that provides a unified state management mechanism which, at its core, treats stream processing as a sequence of distributed transactions. Flink handles failures, re-scaling and reconfiguration seamlessly via a form of a two-phase commit protocol that periodically commits all past side effects consistently into the state backends. This involves invoking and combining checkpoints and, in time of need, redistributing the state to resume data pipelines. All the existing Flink state backend implementations, such as RocksDB, are embedded and coupled with the compute nodes. Therefore, recovery time is proportional to the state needed to be reconfigured and that can take from a few seconds to hours. If application logic is compute-heavy and Flink’s tasks are overloaded, scaling out compute pipeline means scaling out storage together with compute tasks and vice-versa because of the embedded state backends. It also introduces delays due to expensive state re-shuffle and moving large state on the wire. This thesis work proposes the decoupling of the state storage from compute to improve Flink’s scalability. It introduces the design and implementation of a new State backend, FlinkNDB, that decouples state storage from compute. Furthermore, we designed and implemented new techniques to perform snapshotting, and failure recovery to reduce the recovery time close to zero. / Apache Flink är ett strömbehandlingsramverk som tillhandahåller en enhetlig tillståndshanteringsmekanism som i sin kärna behandlar strömbehandling som en sekvens av distribuerade transaktioner. Flink hanterar fel, omskalning och omkonfigurering sömlöst via en form av ett tvåfas-engagemangsprotokoll som regelbundet begår alla tidigare biverkningar konsekvent i tillståndets backends. Detta innebär att man åberopar och kombinerar kontrollpunkter och vid behov omdistribuerar dess tillstånd för att återuppta dataledningar. Alla befintliga backendimplementeringar för Flink-tillstånd, som Rocks- DB, är inbäddade och kopplade till beräkningsnoderna. Därför är återhämtningstiden proportionell mot det tillstånd som behöver konfigureras om och det kan ta från några sekunder till timmar. Om applikationslogiken är beräkningstung och Flinks uppgifter är överbelastade, innebär utskalning av beräkningsrörledning att utskalning av lagring, tillsammans med beräkningsuppgifter och vice versa på grund av det inbäddade tillståndet i backend. Det introducerar också förseningar i förhållande till dyra tillståndsförflyttningar och flyttning av stora datamängder som upptar stora delar av bandbredden. Detta avhandlingsarbete föreslår frikoppling av tillståndslagring från beräkning för att förbättra Flinks skalbarhet. Den introducerar designen och implementeringen av ett nytt tillstånd i backend, FlinkNDB, som frikopplar tillståndslagring från beräkning. Avslutningsvis designade och implementerade vi nya tekniker för att utföra snapshotting och felåterställning för att minska återhämtningstiden till nära noll.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-291361 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Asif, Muhammad Haseeb |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2021:47 |
Page generated in 0.0024 seconds