Stream processing applications extract value from raw data through Directed Acyclic Graphs of data analysis tasks. Shared-nothing (SN) parallelism is the de-facto standard to scale stream processing applications. Given an application, SN parallelism instantiates several copies of each analysis task, making each instance responsible for a dedicated portion of the overall analysis, and relies on dedicated queues to exchange data among connected instances. On the one hand, SN parallelism can scale the execution of applications both up and out since threads can run task instances within and across processes/nodes. On the other hand, its lack of sharing can cause unnecessary overheads and hinder the scaling up when threads operate on data that could be jointly accessed in shared memory. This trade-off motivated us in studying a way for stream processing applications to leverage shared memory and boost the scale up (before the scale out) while adhering to the widely-adopted and SN-based APIs for stream processing applications. We introduce STRETCH, a framework that maximizes the scale up and offers instantaneous elastic reconfigurations (without state transfer) for stream processing applications. We propose the concept of Virtual Shared-Nothing (VSN) parallelism and elasticity and provide formal definitions and correctness proofs for the semantics of the analysis tasks supported by STRETCH, showing they extend the ones found in common Stream Processing Engines. We also provide a fully implemented prototype and show that STRETCH's performance exceeds that of state-of-the-art baselines (Apache Flink and ScaleJoin) and offers, to the best of our knowledge, unprecedented ultra-fast reconfigurations, taking less than 40 ms even when provisioning tens of new task instances.


翻译: Stream 处理应用程序通过数据分析任务的直接周期性图表从原始数据中提取值。 共享( SN) 平行( SN) 是缩小流处理应用程序的脱fato 标准 。 在应用中, SN 平行( SN) 即刻将每项分析任务的若干份副本用于每个实例, 使得每个实例都负责整个分析中的专门部分, 并依靠专门的队列来交换相关实例的数据 。 一方面, SN 平行( SN) 可以扩大应用程序的执行范围, 因为线索可以在流程/ 节点内部和之间运行任务。 另一方面, 共享( SNN) 平行( SNN) 的平行( SNN) 的平行( 共享( SN) 共享( SN) 共享( 共享) 快速( Strealchitute) 和 同步( NRE) 支持在流程处理应用中提供实时( 不及同步) 快速( 显示常规( SOL) 定义时, 也支持常规( Streal- sqreal) 和Story (Slvial) laveal) 分析概念。

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