从Monte Carlo谈pySpark的fork引发的Bug

这是一篇老文章，记录了发现PySpark一个bug的过程，现重新整理下：

截止2016-05-19已发布最新Spark版本，如果你在使用pySpark，并且也用 import random的方式生成随机数,就可能会遇到下面的问题：

刚学Spark，故先看一段Monte Carlo method 求Pi的代码

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from random import random
from operator import add
def funcx(x):
  # print x[0],x[1]
  return 1 if x[0]**2 + x[1]**2 < 1 else 0

def genRnd(ind):
  x=random() * 2 - 1
  y=random() * 2 - 1
  return (x,y)

def runsp(total):
  ret=sc.parallelize(xrange(total),1).map(genRnd).map(funcx).reduce(lambda x, y: x + y)/float(total) * 4
  print ret

runsp(3)

spark-shell方式运行上述代码，多次运行runsp(n), 会发现几点有趣现象：

1, 按理说, n越大，虽不是越能逼近pi，但是逼近pi的概率应该是越大的。然而发现似乎并不如此，起初以为是python生成伪随机算法导致，还好通过下面一个现象发现问题。但是伪随机算法在多大程度上干扰了Monte Carlo求值？这个后面会写一篇从数学上分析下。

2, 多次运行runsp(n)，就会发现输出值是不变的而不是随机的，-_-# 事实上，放开上述 print注释，就会发现下面输出：

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>>> total=3
>>> sc.parallelize(xrange(total),1).map(genRnd).map(funcx).reduce(add)/float(total) * 4
0.896083541418 -0.635625854075
-0.0423532645466 -0.526910255885
0.498518696049 -0.872983895832
1.3333333333333333
>>> sc.parallelize(xrange(total),1).map(genRnd).map(funcx).reduce(add)/float(total) * 4
0.896083541418 -0.635625854075
-0.0423532645466 -0.526910255885
0.498518696049 -0.872983895832
1.3333333333333333
>>> sc.parallelize(xrange(total),1).map(genRnd).map(funcx).reduce(add)/float(total) * 4
0.896083541418 -0.635625854075
-0.0423532645466 -0.526910255885
0.498518696049 -0.872983895832
1.3333333333333333
>>> exit()

不废话了，这应该是pyspark的一个bug，而且对于使用 python random.random()的生成随机科学计算来说更严重。

主要是因为，当用xrange时候，new worker的，如下pyspark的 daemon.py里面代码

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if listen_sock in ready_fds:
    try:
        sock, _ = listen_sock.accept()
    except OSError as e:
        if e.errno == EINTR:
            continue
        raise
    # Launch a worker process
    try:
        pid = os.fork()
    except OSError as e:
        if e.errno in (EAGAIN, EINTR):
            time.sleep(1)
            pid = os.fork()  # error here will shutdown daemon
        else:
            outfile = sock.makefile(mode='wb')
            write_int(e.errno, outfile)  # Signal that the fork failed
            outfile.flush()
            outfile.close()
            sock.close()
            continue
    if pid == 0:
        # in child process
        listen_sock.close()
        try:
            # Acknowledge that the fork was successful
            outfile = sock.makefile(mode="wb")
            write_int(os.getpid(), outfile)
            outfile.flush()
            outfile.close()
            while True:
                code = worker(sock)
                if not reuse or code:
                    # wait for closing
                    try:
                        while sock.recv(1024):
                            pass
                    except Exception:
                        pass
                    break
                gc.collect()
        except:
            traceback.print_exc()
            os._exit(1)
        else:
            os._exit(0)
    else:
        sock.close()

当生成RDD，map之后，reduce，就会进入上述代码，注意其中一句

pid = os.fork()

这句，会fork一个子进程，fork子进程会复制父进程空间，damon.py通过import pyspark.worker 间接import了shuffle.py的 import random，也就是说，每次fork的时候，复制了父的random，python的random是伪随机的，也就是说，子进程的random的下一个状态是确定的，所以会出现上述每次运行得到的随机序列一样的情况。

fix

最简单的fix办法，想必也会想到，就是在fork之后，worker代理调用random之前，进行random.seed(),
这确实是一种方法了，比如在上述代码 code = worker(sock)之前加一句random.seed()

引用
Linux系统调用 fork：
Fork - Linux Programmer’s Manual

系统调用跟我学(2)
最初印象深的fork主题文章是来源于developerworks中国上的一篇文章，可惜太久了找不到，快速阅读可以看下面几篇
Linux进程-基础，Linux进程-fork
下面结合源码解析了fork的调用原理
Linux中fork系统调用分析
Linux下fork函数及pthread函数的总结
linux系统编程之进程_3_进程复制fork，孤儿进程，僵尸进程