HDFS上每个文件都要在namenode上建立一个索引,这个索引的大小约为150byte,这样当小文件比较多的时候,就会产生很多的索引文件,一方面会大量占用namenode的内存空间,另一方面就是索引文件过大是的索引速度变慢,解决的方式
(1)Hadoop本身提供了一些文件压缩的方案
(2)从系统层面改变现有HDFS存在的问题,其实主要还是小文件的合并,然后建立比较快速的索引。
1、 概述
小文件是指文件size小于HDFS上block大小的文件。这样的文件会给hadoop的扩展性和性能带来严重问题。首先,在HDFS中,任何block,文件或者目录在内存中均以对象的形式存储,每个对象约占150byte,如果有1000 0000个小文件,每个文件占用一个block,则namenode大约需要2G空间。如果存储1亿个文件,则namenode需要20G空间(见参考资料[1][4][5])。这样namenode内存容量严重制约了集群的扩展。 其次,访问大量小文件速度远远小于访问几个大文件。HDFS最初是为流式访问大文件开发的,如果访问大量小文件,需要不断的从一个datanode跳到另一个datanode,严重影响性能。最后,处理大量小文件速度远远小于处理同等大小的大文件的速度。每一个小文件要占用一个slot,而task启动将耗费大量时间甚至大部分时间都耗费在启动task和释放task上。
本文首先介绍了hadoop自带的解决小文件问题的方案(以工具的形式提供),包括Hadoop Archive,Sequence file和CombineFileInputFormat;然后介绍了两篇从系统层面解决HDFS小文件的论文,一篇是中科院计算所2009年发表的,用以解决HDFS上存储地理信息小文件的方案;另一篇是IBM于2009年发表的,用以解决HDFS上存储ppt小文件的方案。
2、 HDFS文件读写流程
在正式介绍HDFS小文件存储方案之前,我们先介绍一下当前HDFS上文件存取的基本流程。
(1) 读文件流程
1)client端发送读文件请求给namenode,如果文件不存在,返回错误信息,否则,将该文件对应的block及其所在datanode位置发送给client
2) client收到文件位置信息后,与不同datanode建立socket连接并行获取数据。
(2) 写文件流程
1) client端发送写文件请求,namenode检查文件是否存在,如果已存在,直接返回错误信息,否则,发送给client一些可用namenode节点
2) client将文件分块,并行存储到不同节点上datanode上,发送完成后,client同时发送信息给namenode和datanode
3) namenode收到的client信息后,发送确信信息给datanode
4) datanode同时收到namenode和datanode的确认信息后,提交写操作。
3、 Hadoop自带的解决方案
对于小文件问题,Hadoop本身也提供了几个解决方案,分别为:Hadoop Archive,Sequence file和CombineFileInputFormat。
(1) Hadoop Archive
Hadoop Archive或者HAR,是一个高效地将小文件放入HDFS块中的文件存档工具,它能够将多个小文件打包成一个HAR文件,这样在减少namenode内存使用的同时,仍然允许对文件进行透明的访问。
对某个目录/foo/bar下的所有小文件存档成/outputdir/ zoo.har:
hadoop archive -archiveName zoo.har -p /foo/bar /outputdir
当然,也可以指定HAR的大小(使用-Dhar.block.size)。
HAR是在Hadoop file system之上的一个文件系统,因此所有fs shell命令对HAR文件均可用,只不过是文件路径格式不一样,HAR的访问路径可以是以下两种格式:
har://scheme-hostname:port/archivepath/fileinarchive
har:///archivepath/fileinarchive(本节点)
可以这样查看HAR文件存档中的文件:
hadoop dfs -ls har:///user/zoo/foo.har
输出:
har:///user/zoo/foo.har/hadoop/dir1
har:///user/zoo/foo.har/hadoop/dir2
使用HAR时需要两点,第一,对小文件进行存档后,原文件并不会自动被删除,需要用户自己删除;第二,创建HAR文件的过程实际上是在运行一个mapreduce作业,因而需要有一个hadoop集群运行此命令。
此外,HAR还有一些缺陷:第一,一旦创建,Archives便不可改变。要增加或移除里面的文件,必须重新创建归档文件。第二,要归档的文件名中不能有空格,否则会抛出异常,可以将空格用其他符号替换(使用-Dhar.space.replacement.enable=true 和-Dhar.space.replacement参数)。
(2) Sequence file
sequence file由一系列的二进制key/value组成,如果为key小文件名,value为文件内容,则可以将大批小文件合并成一个大文件。
Hadoop-0.21.0中提供了SequenceFile,包括Writer,Reader和SequenceFileSorter类进行写,读和排序操作。如果hadoop版本低于0.21.0的版本,实现方法可参见[3]。
(3)CombineFileInputFormat
CombineFileInputFormat是一种新的inputformat,用于将多个文件合并成一个单独的split,另外,它会考虑数据的存储位置。
4、 小文件问题解决方案