基于任何平臺實現(xiàn)的云盤系統(tǒng)，面臨的首要的技術問題就是客戶端上傳和下載效率優(yōu)化問題。基于Hadoop實現(xiàn)的云盤系統(tǒng)，受到Hadoop文件讀寫機制的影響，采用Hadoop提供的API進行HDFS文件系統(tǒng)訪問，文件讀取時默認是順序、逐block讀取；寫入時是順序寫入。
一、讀寫機制
首先來看文件讀取機制：盡管DataNode實現(xiàn)了文件存儲空間的水平擴展和多副本機制，但是針對單個具體文件的讀取，Hadoop默認的API接口并沒有提供多DataNode的并行讀取機制。基于Hadoop提供的API接口實現(xiàn)的云盤客戶端也自然面臨同樣的問題。Hadoop的文件讀取流程如下圖所示：
使用HDFS提供的客戶端開發(fā)庫，向遠程的Namenode發(fā)起RPC請求；
Namenode會視情況返回文件的部分或者全部block列表，對于每個block，Namenode都會返回有該block拷貝的datanode地址；
客戶端開發(fā)庫會選取離客戶端最接近的datanode來讀取block；
讀取完當前block的數(shù)據(jù)后，關閉與當前的datanode連接，并為讀取下一個block尋找最佳的datanode；
當讀完列表的block后，且文件讀取還沒有結束，客戶端開發(fā)庫會繼續(xù)向Namenode獲取下一批的block列表。
讀取完一個block都會進行checksum驗證，如果讀取datanode時出現(xiàn)錯誤，客戶端會通知Namenode，然后再從下一個擁有該block拷貝的datanode繼續(xù)讀取。
這里需要注意的關鍵點是：多個Datanode順序讀取。
其次再看文件的寫入機制：
使用HDFS提供的客戶端開發(fā)庫，向遠程的Namenode發(fā)起RPC請求；
Namenode會檢查要創(chuàng)建的文件是否已經存在，創(chuàng)建者是否有權限進行操作，成功則會為文件創(chuàng)建一個記錄，否則會讓客戶端拋出異常；
當客戶端開始寫入文件的時候，開發(fā)庫會將文件切分成多個packets，并在內部以"data queue"的形式管理這些packets，并向Namenode申請新的blocks，獲取用來存儲replicas的合適的datanodes列表， 列表的大小根據(jù)在Namenode中對replication的設置而定。開始以pipeline（管道）的形式將packet寫入所有的replicas中。開發(fā)庫把packet以流的方式寫入第一個 datanode，該datanode把該packet存儲之后，再將其傳遞給在此pipeline中的下一個datanode，直到最后一個 datanode，這種寫數(shù)據(jù)的方式呈流水線的形式。
最后一個datanode成功存儲之后會返回一個ack packet，在pipeline里傳遞至客戶端，在客戶端的開發(fā)庫內部維護著"ack queue"，成功收到datanode返回的ack packet后會從"ack queue"移除相應的packet。
如果傳輸過程中，有某個datanode出現(xiàn)了故障，那么當前的pipeline會被關閉，出現(xiàn)故障的datanode會從當前的 pipeline中移除，剩余的block會繼續(xù)剩下的datanode中繼續(xù)以pipeline的形式傳輸，同時Namenode會分配一個新的 datanode，保持replicas設定的數(shù)量。
關鍵詞：開發(fā)庫把packet以流的方式寫入第一個datanode，該datanode將其傳遞給pipeline中的下一個datanode，知道最后一個Datanode，這種寫數(shù)據(jù)的方式呈流水線方式。
二、解決方案
1.下載效率優(yōu)化
通過以上讀寫機制的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)基于Hadoop實現(xiàn)的云盤客戶段下載效率的優(yōu)化可以從兩個層級著手：
1.文件整體層面：采用并行訪問多線程（多進程）份多文件并行讀取。
2.Block塊讀取：改寫Hadoop接口擴展，多Block并行讀取。
2.上傳效率優(yōu)化
上傳效率優(yōu)化只能采用文件整體層面的并行處理，不支持分Block機制的多Block并行讀取。
HDFS處理大量小文件時的問題
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，那么在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的問題在于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中都會被表示為一個object存儲在namenode的內存中，沒一個object占用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，那么就將要消耗namenode 3G的內存來保存這些block的信息。如果規(guī)模再大一些，那么將會超出現(xiàn)階段計算機硬件所能滿足的極限。
不僅如此，HDFS并不是為了有效的處理大量小文件而存在的。它主要是為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，并且擁有大量的這種小文件，那么每一個map task都僅僅處理了非常小的input數(shù)據(jù)，
并且會產生大量的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為64M，和1Gb的文件，沒一個文件100KB，
那么后者沒一個小文件使用一個map task，那么job的時間將會十倍甚至百倍慢于前者。
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的啟動消耗
(通過設置mapred.job.reuse.jvm.num.tasks屬性，默認為1，－1為無限制)。另一種方法為使用MultiFileInputSplit，它可以使得一個map中能夠處理多個split。
為什么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。由于HDFS僅僅在不久前才剛剛支持對文件的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(shù)據(jù)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。并且沒有一種很有效的方法來將這些文件合并為一個大的文件
這兩種情況需要有不同的解決方 式。對于第一種情況，文件是由許許多多的records組成的，那么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并這些小文件(see Nathan Marz’s post about a tool called the Consolidator which does exactly this).
對于第二種情況，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(xiàn)就是為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(tǒng)來工作。一個HAR文件是通過hadoop的archive命令來創(chuàng)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。對于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(shù)減少了。
通 過HAR來讀取一個文件并不會比直接從HDFS中讀取文件高效，而且實際上可能還會稍微低效一點，因為對每一個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(shù)據(jù)的讀取(見上圖)。并且盡管HAR文件可以被用來作為MapReduce job的input，但是并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(chuàng)建一種input format，利用HAR文件的優(yōu)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 常對于“the small files problem”的回應會是：使用SequenceFile。這種方法是說，使用filename作為key，并且file contents作為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，然后就可以在一個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，并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，因為它將多個 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，完全有可能通過并行的方式來創(chuàng)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(shù)據(jù)pipeline來將數(shù)據(jù)直接寫入一個SequenceFile。
