Hadoop關於處理大量小文件的問題和解決方法

小文件指的是那些size比HDFS的block size(默認64M)小的多的文件。如果在HDFS中存儲小文件,那麼在HDFS中肯定會含有許許多多這樣的小文件(不然就不會用Hadoop了)。而HDFS的問題在於無法很有效的處理大量小文件

任何一個文件,目錄和block,在HDFS中都會被表示爲一個object存儲在namenode的內存中,沒一個object佔用150 bytes的內存空間。所以,如果有10million個文件,沒一個文件對應一個block,那麼就將要消耗namenode 3G的內存來保存這些block的信息。如果規模再大一些,那麼將會超出現階段計算機硬件所能滿足的極限。

不僅如此,HDFS並不是爲了有效的處理大量小文件而存在的。它主要是爲了流式的訪問大文件而設計的。對小文件的讀取通常會造成大量從datanode到datanode的seeks和hopping來retrieve文件,而這樣是非常的低效的一種訪問方式。

大量小文件在mapreduce中的問題

Map tasks通常是每次處理一個block的input(默認使用FileInputFormat)。如果文件非常的小,並且擁有大量的這種小文件,那麼每 一個map task都僅僅處理了非常小的input數據,並且會產生大量的map tasks,每一個map task都會消耗一定量的bookkeeping的資源。比較一個1GB的文件,默認block size爲64M,和1Gb的文件,沒一個文件100KB,那麼後者沒一個小文件使用一個map task,那麼job的時間將會十倍甚至百倍慢於前者。

Hadoop中有一些特性可以用來減輕這種問題:可以在一個JVM中允許task reuse,以支持在一個JVM中運行多個map task,以此來減少一些JVM的啓動消耗(通過設置mapred.job.reuse.jvm.num.tasks屬性,默認爲1,-1爲無限制)。另 一種方法爲使用MultiFileInputSplit,它可以使得一個map中能夠處理多個split。

爲什麼會產生大量的小文件

至少有兩種情況下會產生大量的小文件

1.這些小文件都是一個大的邏輯文件的pieces。由於HDFS僅僅在不久前纔剛剛支持對文件的append,因此以前用來向unbounde files(例如log文件)添加內容的方式都是通過將這些數據用許多chunks的方式寫入HDFS中。

2.文件本身就是很小。例如許許多多的小圖片文件。每一個圖片都是一個獨立的文件。並且沒有一種很有效的方法來將這些文件合併爲一個大的文件

這兩種情況需要有不同的解決方式。對於第一種情況,文件是由許許多多的records組成的,那麼可以通過件邪行的調用HDFS的sync()方法 (和append方法結合使用)來解決。或者,可以通過些一個程序來專門合併這些小文件(see Nathan Marz’s post about a tool called the Consolidator which does exactly this)。

對於第二種情況,就需要某種形式的容器來通過某種方式來group這些file。Hadoop提供了一些選擇:

HAR files

Hadoop Archives (HAR files)是在0.18.0版本中引入的,它的出現就是爲了緩解大量小文件消耗namenode內存的問題。HAR文件是通過在HDFS上構建一個層次 化的文件系統來工作。一個HAR文件是通過Hadoop的archive命令來創建,而這個命令實 際上也是運行了一個MapReduce任務來將小文件打包成HAR。對於client端來說,使用HAR文件沒有任何影響。所有的原始文件都 visible && accessible(using har://URL)。但在HDFS端它內部的文件數減少了。

通過HAR來讀取一個文件並不會比直接從HDFS中讀取文件高效,而且實際上可能還會稍微低效一點,因爲對每一個HAR文件的訪問都需要完成兩層 index文件的讀取和文件本身數據的讀取(見上圖)。並且儘管HAR文件可以被用來作爲MapReduce job的input,但是並沒有特殊的方法來使maps將HAR文件中打包的文件當作一個HDFS文件處理。可以考慮通過創建一種input format,利用HAR文件的優勢來提高MapReduce的效率,但是目前還沒有人作這種input format。需要注意的是:MultiFileInputSplit,即使在Hadoop-4565的改進(choose files in a split that are node local),但始終還是需要seek per small file。

Sequence Files

通常對於“the small files problem”的迴應會是:使用SequenceFile。這種方法是說,使用filename作爲key,並且file contents作爲value。實踐中這種方式非常管用。回到10000個100KB的文件,可以寫一個程序來將這些小文件寫入到一個單獨的 SequenceFile中去,然後就可以在一個streaming fashion(directly or using mapreduce)中來使用這個sequenceFile。不僅如此,SequenceFiles也是splittable的,所以mapreduce 可以break them into chunks,並且分別的被獨立的處理。和HAR不同的是,這種方式還支持壓縮。block的壓縮在許多情況下都是最好的選擇,因爲它將多個 records壓縮到一起,而不是一個record一個壓縮。

將已有的許多小文件轉換成一個SequenceFiles可能會比較慢。但是,完全有可能通 過並行的方式來創建一個一系列的SequenceFiles。(Stuart Sierra has written a very useful post about converting a tar file into a SequenceFile—tools like this are very useful)。更進一步,如果有可能最好設計自己的數據pipeline來將數據直接寫入一個SequenceFile。

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