Хранилища данных. Технология проектирования хранилищ данных
К настоящему времени во многих организациях накоплены значительные объемы данных, на основе которых имеется возможность решения разнообразных аналитических и управленческих задач. Проблемы хранения и обработки аналитической информации становятся все более актуальными и привлекают внимание специалистов и фирм, работающих в области информационных технологий, что привело к формированию полноценного рынка технологий бизнес-анализа.
В идеале работа аналитиков и руководителей различных уровней должна быть организована так, чтобы они могли иметь доступ ко всей интересующей их информации и пользоваться удобными и простыми средствами представления и работы с этой информацией. Именно на достижение этих целей и направлены информационные технологии, объединяющиеся под общим названием хранилищ данных и бизнес-анализа.
В соответствии с определением Gartner, бизнес-анализ (BI, Business Intelligence) - это категория приложений и технологий для сбора, хранения, анализа и публикации данных, позволяющая корпоративным пользователям принимать лучшие решения. В русскоязычной терминологии подобные системы называются также системами поддержки принятия решений ( СППР ).
Сбор и хранение информации, а также решение задач информационно-поискового запроса эффективно реализуются средствами систем управления базами данных (СУБД). В OLTP ( Online Transaction Processing )-подсистемах реализуется транзакционная обработка данных. Непосредственно OLTP-системы не подходят для полноценного анализа информации в силу противоречивости требований, предъявляемых к OLTP-системам и СППР .
Для предоставления необходимой для принятия решений информации обычно приходится собирать данные из нескольких транзакционных баз данных различной структуры и содержания. Основная проблема при этом состоит в несогласованности и противоречивости этих баз-источников, отсутствии единого логического взгляда на корпоративные данные.
Поэтому для объединения в одной системе OLTP и СППР для реализации подсистемы хранения используются концепция хранилищ данных (ХД). В основе концепции ХД лежит идея разделения данных, используемых для оперативной обработки и для решения задач анализа, что позволяет оптимизировать структуры хранения. ХД позволяет интегрировать ранее разъединенные детализированные данные, содержащиеся в исторических архивах, накапливаемых в традиционных OLTP-системах, поступающих из внешних источников, в единую базу данных, осуществляя их предварительное согласование и, возможно, агрегацию.
Подсистема анализа может быть построена на основе:
- подсистемы информационно-поискового анализа на базе реляционных СУБД и статических запросов с использованием языка SQL;
- подсистемы оперативного анализа. Для реализации таких подсистем применяется технология оперативной аналитической обработки данных OLAP, использующая концепцию многомерного представления данных;
- подсистемы интеллектуального анализа, реализующие методы и алгоритмы Data Mining.
Понятие хранилища данных
Технология ХД предназначена для хранения и анализа больших объемов данных с целью дальнейшего обнаружения в них скрытых закономерностей и, наряду с технологией Data Mining, входит в понятие "предсказательная аналитика". Data Mining, в свою очередь, изучает процесс нахождения новых, действительных и потенциально полезных знаний в базах данных.
ХД - предметно-ориентированный, интегрированный, редко меняющийся, поддерживающий хронологию набор данных, организованный для целей поддержки принятия решений. Предметная ориентация означает, что ХД интегрируют информацию, отражающую различные точки зрения на предметную область. Интеграция предполагает, что данные, хранящиеся в ХД, приводятся к единому формату. Поддержка хронологии означает, что все данные в ХД соответствуют последовательным интервалам времени.
Кроме возможности работать с единым источником информации, руководители и аналитики должны иметь удобные средства визуализации данных, агрегирования, поиска тенденций, прогнозирования. Несмотря на многообразие аналитической деятельности можно выделить типовые технологии анализа данных, каждой из которых соответствует определенный набор инструментальных средств. Вместе с хранилищем данных эти средства обеспечивают полное решение для автоматизации аналитической деятельности и создания корпоративной информационно-аналитической системы .
Физические и виртуальные хранилища данных
При загрузке данных из OLTP-системы в ХД происходит дублирование данных. Однако в ходе этой загрузки данные фильтруются, поскольку не все из них имеют значение для проведения процедур анализа. В ХД хранится обобщенная информация, которая в OLTP-системе отсутствует.
Избыточность информации можно свести к нулю, используя виртуальное ХД. В такой системе данные из OLTP-системы не копируются в единое хранилище. Они извлекаются, преобразуются и интегрируются непосредственно при выполнении аналитических запросов в режиме реального времени. Фактически такие запросы напрямую передаются к OLTP-системе.
Достоинства виртуального ХД:
- минимизация объема хранимых данных;
- работа с текущими, актуальными данными.
Недостатки виртуального ХД:
- более высокое, по сравнению с физическим ХД время обработки запросов;
- необходимость постоянной доступности всех OLTP-источников;
- снижение быстродействия OLTP-систем;
- OLTP-системы не ориентированы на хранение данных за длительный период времени, по мере необходимости данные выгружаются в архивные, поэтому не всегда имеется физическая возможность получения полного набора данных в ХД.
Читайте также:
|
Хранилище данных (ХД) – предметно-ориентированный, интегрированный, неизменчивый, поддерживающий хронологию набор данных, организованный для целей поддержки принятия решений.
В основе концепции ХД лежит идея разделения данных, используемых для оперативной обработки и для решения задач анализа. Такое разделение позволяет оптимизировать как структуры данных оперативного хранения (оперативные БД, файлы, электронные таблицы и т. п.) для выполнения операций ввода, модификации, удаления и поиска, так и структуры данных, используемые для анализа (для выполнения аналитических запросов).
В СППР (система поддержки принятия решений) эти два типа данных называются соответственно оперативными источниками данных(ОИД) и хранилищем данных.
Витрина данных(ВД) – это упрощенный вариант ХД, содержащий только тематически объединенные данные.
Свойства хранилищ данных:
Предметная ориентация (Это фундаментальное отличие ХД от ОИД. Разные ОИДмогут содержать данные, описывающие одну и ту же предметную область с разных точек зрения (например, с точки зрения бухгалтерского учета, складского учета, планового отдела и т. п.). Решение, принятое на основе только одной точки зрения, может быть неэффективным или даже неверным. ХД позволяют интегрировать информацию, отражающую разные точки зрения на одну предметную область.)
Интеграция (ОИД, как правило, разрабатываются в разное время несколькими коллективами с собственным инструментарием. Это приводит к тому, что данные, отражающие один и тот же объект реального мира в разных системах, описывают его по-разному. Обязательная интеграция данных в ХД позволяет решить эту проблему, приведя данные к единому формату.)
Поддержка хронологии (Данные в ОИД необходимы для выполнения над ними операций в текущий момент времени. Поэтому они могут не иметь привязки ко времени. Для анализа данных часто бывает важно иметь возможность отслеживать хронологию изменений показателей предметной области. Поэтому все данные, хранящиеся в ХД, должны соответствовать последовательным интервалам времени.)
Неизменяемость (Требования к ОИД накладывают ограничения на время хранения в них данных. Те данные, которые не нужны для оперативной обработки, как правило, удаляются из ОИД для уменьшения занимаемых ресурсов. Для анализа, наоборот, требуются данные за максимально большой период времени. Поэтому, в отличие от ОИД, данные в ХД после загрузки только читаются. Это позволяет существенно повысить скорость доступа к данным, как за счет возможной избыточности хранящейся информации, так и за счет исключения операций модификации.)
Можно выделить следующие архитектуры СППР с использованием ХД:
1) СППР с физическим (классическим) ХД. Такая модель неизбежно приводит к дублированию информации в ОИД и в ХД. Однако избыточность данных, хранящихся в СППР, не превышает 1 %.
Это можно объяснить следующими причинами:
При загрузке информации из ОИД в ХД данные фильтруются. Многие из них не попадают в ХД, поскольку лишены смысла с точки зрения использования в процедурах анализа.
Информация в ОИД носит, как правило, оперативный характер, и данные, потеряв актуальность, удаляются. В ХД, напротив, хранится историческая информация. С этой точки зрения дублирование содержимого ХД данными ОИД оказывается весьма незначительным. В ХД хранится обобщенная информация, которая в ОИД отсутствует.
Во время загрузки в ХД данные очищаются (удаляется ненужная информация), и после такой обработки они занимают гораздо меньший объем.
2) СППР с виртуальным ХД. Избыточность в данном варианте СППР сведена к нулю. В данном случае в отличие от классического (физического) ХД данные из ОИД не копируются в единое хранилище. Они извлекаются, преобразуются и интегрируются непосредственно при выполнении аналитических запросов в оперативной памяти компьютера. Фактически такие запросы напрямую адресуются к ОИД. Основными достоинствами виртуального ХД являются: минимизация объема памяти, занимаемой на носителе информацией; работа с текущими, детализированными данными.
Недостатки данного подхода:
Время обработки запросов к виртуальному ХД значительно превышает соответствующие показатели для физического хранилища.
Интегрированный взгляд на виртуальное хранилище возможен только при выполнении условия постоянной доступности всех ОИД. Таким образом, временная недоступность хотя бы одного из источников может привести либо к невыполнению аналитического запроса, либо к неверным результатам.
Выполнение сложных аналитических запросов над ОИД требует значительных ресурсов компьютеров.
Различные ОИД могут поддерживать разные форматы и кодировки данных. Часто на один и тот же вопрос может быть получено несколько вариантов ответа. Это может быть связано с:
– несинхронностью моментов обновления данных в разных ОИД;
– отличиями в описании одинаковых объектов и событий предметной области;
– ошибками при вводе;
– утерей фрагментов архивов и т. д.
В таком случае цель – формирование единого непротиворечивого взгляда на объект управления – может быть не достигнута.
Главный недостаток виртуального ХД - практическая невозможность получения данных за долгий период времени. При отсутствии физического хранилища доступны только те данные, которые на момент запроса есть в ОИД.
3) СППР с ВД. Достоинствами такого подхода являются:
Проектирование ВД для ответов на определенный круг вопросов;
Быстрое внедрение автономных ВД и получение отдачи;
Упрощение процедур заполнения ВД и повышение их производительности за счет учета потребностей определенного круга пользователей.
Недостатками автономных ВД являются:
Многократное хранение данных в разных ВД, что приводит к увеличению расходов на их хранение и потенциальным проблемам, связанным с необходимостью поддержания непротиворечивости данных;
Отсутствие консолидированности данных на уровне предметной области, а, следовательно – отсутствие единой картины.
4) СППР с ХД и ВД. В последнее время все более популярной становится идея совместить ХД и ВД в одной системе. В этом случае ХД используется в качестве единственного источника интегрированных данных для всех ВД.
ХД представляет собой единый централизованный источник информации для всей предметной области, а ВД являются подмножествами данных из хранилища, организованными для представления информации по тематическим разделам данной области.
Конечные пользователи имеют возможность доступа к детальным данным хранилища, если данных в витрине недостаточно, а также для получения более полной информационной картины.
Достоинствами такого подхода являются:
Простота создания и наполнения ВД, поскольку наполнение происходит из единого стандартизованного надежного источника очищенных данных – из ХД;
Простота расширения СППР за счет добавления новых ВД;
Снижение нагрузки на основное ХД.
К недостаткам относятся:
Избыточность (данные хранятся как в ХД, так и в ВД);
Дополнительные затраты на разработку СППР с ХД и ВД.
Отметим, что складирование данных - это развивающаяся технология. Как и для любой развивающейся технологии, определенная доля осторожности должна присутствовать при оценке действий производителей ПО ХД, пытающихся позиционировать себя среди конкурентов. Например, дискуссии о размерах ХД - с какого размера хранилище данных можно считать собственно хранилищем? С 50 ГБ? Заметим, что в некоторых областях исследования размер анализируемого массива может быть очень небольшим. Просто нет данных. А анализ такого массива возможен.
Рассмотрим основные элементы концепции складирования данных.
Извлечение данных из операционных систем
Главный элемент концепции складирования данных состоит в том, что к данным, сохраняемым для анализа, может быть обеспечен наиболее эффективный доступ только при условии выделения их из операционной (транзакционной) системы, т.е. данные из операционной системы должны быть вынесены в отдельную систему складирования данных . Такой подход носит исторический характер. Из-за ограничений в аппаратном обеспечении и технологии, для того чтобы обеспечить производительность транзакционной системы, данные архивировались на магнитных лентах или носителях вне такой системы. Проблема доступа к ним требовала определенных технологических решений.
Нужно отметить, что с развитием концепции позиция отделения данных для анализа от данных в OLTP-системе претерпела мало изменений. Она стала более формальной и обогатилась за счет применения средств многомерного анализа данных. В настоящее время ХД можно строить и на существующей OLTP-системе, и над ней, и как самостоятельный объект. Это должно решаться руководителем ИТ-проекта в рамках выбора архитектуры ХД.
Необходимость интегрирования данных из нескольких OLTP-систем
Системы складирования данных наиболее полезны, когда данные могут быть извлечены более чем из одной OLTP-системы. Когда данные должны быть собраны от нескольких бизнес-приложений, естественно предположить, что это нужно сделать в месте, отличном от места локализации исходных приложений. Еще до создания структурированных ХД аналитики во многих случаях комбинировали данные, извлеченные из разных систем, в одну крупноформатную таблицу или базу данных. ХД может очень эффективно воедино собрать данные от конкретных приложений, таких как продажи, маркетинг, финансы, производство, с учетом их накопления, т.е. сохранить временные ряды основных показателей бизнеса - так называемые исторические данные.
Заметим, что одним из свойств данных, собранных из различных приложений и используемых аналитиками, является возможность делать перекрестные запросы к таким данным. Во многих ХД атрибут "время" является естественным критерием для фильтрования данных. Аналитиков интересует поведение временных рядов данных, характеризующих процессы бизнеса.
Целью многих систем складирования данных является обзор деятельности типа "год за годом". Например, можно сравнивать продажи в течение первого квартала этого года с продажами в течение первого квартала предшествующих лет. Время в ХД - фундаментальный атрибут перекрестных запросов . Например, аналитик может попытаться оценить влияние новой компании маркетинга, проходящей в течение определенных периодов, рассматривая продажи в течение тех же самых периодов. Способность устанавливать и понимать корреляцию между деятельностью различных подразделений в организации часто приводится как один из самых главных аргументов о пользе систем складирования данных .
Система складирования данных не только может работать как эффективная платформа для консолидации данных из различных источников, но может также собирать многократные версии данных из одного приложения. Например, если организация перешла на новое программное обеспечение, то ХД сохранит необходимые данные из предыдущей системы. В этом отношении система складирования данных может служить средством интеграции наследуемых данных, сохраняя преемственность анализа при смене программно-аппаратной платформы OLTP-системы.
Различия между транзакционной и аналитической обработкой данных
Одной из наиболее важных причин отделения данных для анализа от данных OLTP-систем было потенциальное падение производительности обработки запросов при выполнении процессов анализа данных. Высокая производительность и небольшое время ответа - критические параметры OLTP-систем. Потерю производительности и объем накладных затрат, связанных с обработкой предопределенных запросов, обычно легко оценить. С другой стороны, запросы для анализа данных в ХД трудно предсказать, и следовательно, для них сложно оценить время выполнения запроса.
OLTP-системы спроектированы для оптимального выполнения предопределенных запросов в режиме работы, близком к режиму реального времени. Для таких систем обычно можно определить распределение нагрузки во времени, определить время пиковых нагрузок, оценить критические запросы и применить к ним процедуры оптимизации, поддерживаемые современными СУБД. Также относительно легко определить максимально допустимое время ответа на определенный запрос в системе. Стоимость времени ответа такого запроса может быть оценена на основе отношения стоимости выполнения операций ввода-вывода / стоимость затрат на трафик по сети. Например, для системы обработки заказов можно задать число активных менеджеров по оформлению заказов и среднее число заказов в течение каждого часа работы.
Несмотря на то, что многие из запросов и отчетов в системе складирования данных предопределены, почти невозможно точно предсказать поведение показателей системы (время отклика, трафик сети и т.п.) при их выполнении. Процесс исследования данных в ХД происходит зачастую непредсказуемым путем. Руководители всех рангов умеют ставить неожиданные вопросы. В процессе анализа могут возникать непредопределенные (ad hoc) запросы, которые вызваны неожиданными результатами или непониманием конечным пользователем используемой модели данных. Далее, многие из процессов анализа имеют тенденцию принимать во внимание многие аспекты деятельности организации, в то время как OLTP-системы хорошо сегментированы по видам деятельности. Пользователю может потребоваться более детальная информация, чем хранящаяся в итоговых таблицах. Это может привести к соединению двух или более огромных таблиц, что закончится созданием временной таблицы объемом, равным произведению числа строк в каждой таблице, и резко снизит производительность системы.
Данные в системах складирования данных остаются неизменными
Другое ключевое свойство данных в системе складирования данных состоит в том, что данные в ХД остаются неизменными. Это означает, что после того, как данные разместятся в ХД, они не могут быть изменены. Например, статус заказа не меняется, размер заказа не меняется, и т. д. Эта характеристика ХД имеет большое значение для отбора типов данных при размещении их в ХД, а также выбор момента времени, когда данные должны быть занесены в ХД. Последнее свойство называется гранулированностью данных .
Рассмотрим, что означает для данных быть неизменяемыми. В OLTP-системе объекты данных проходят через постоянные изменения своих атрибутов. Например, заказ может многократно изменять свой статус до того, как будет оформлен. Или, когда изделие собирается на сборочной линии, к нему применяется множество технологических операций. Вообще говоря, данные из OLTP-системы нужно загружать в ХД лишь тогда, когда обработка их в рамках бизнес-процессов будет полностью завершена. Это может означать завершение заказа или цикла производства изделия. Как только заказ закончен и отправлен, он вряд ли поменяет свой статус. Или, как только изделие собрано и сдано на склад, оно вряд ли попадет на первую стадию сборочного цикла.
Другим хорошим примером может быть размещение в ХД снимка постоянно изменяющихся данных в определенные моменты времени. Модуль управления запасами в OLTP-системе может изменять запас почти в каждой транзакции; невозможно занести все эти изменения в ХД. Вы можете определить, что такой снимок состояния запаса следует вносить в ХД каждую неделю или ежедневно, так, как это будет принято для анализа в конкретной организации. Данные такого снимка, естественно, неизменяемы.
После того, как данные занесены в ХД, их модификация возможна в крайне редких случаях. Очень трудно (хотя такие попытки есть) поддерживать динамические данные в ХД. Задача синхронизации часто изменяемых данных в OLTP-системах и еще далека от приемлемого решения. Здесь следует также упомянуть, что размещение динамично меняющихся данных в ХД в настоящее время является предметом интенсивных исследований. Например, разработка процедур поддержки в ХД медленно меняющихся таблиц измерений является задачей, которая уже находит свое решение на уровне ПО производителей решений в области ХД.
Данные в хранилище данных хранятся значительно более длительное время, чем в OLTP-системах
Данные в большинстве OLTP-систем архивируются сразу после того, как они становятся неактивными. Например, заказ может стать неактивным после того, как он выполнен; банковский счет может стать неактивным после того, как он был закрыт. Главная причина для архивирования неактивных данных - это производительность OLTP-системы (зачем хранить данные, если к ним не обращаются). Большие объемы таких данных могут заметно ухудшить производительность выполнения запросов в предположении, что обрабатываются только активные данные. Для обработки таких данных в СУБД предлагаются различные процедуры разбиения базовых таблиц на секции. С другой стороны, поскольку ХД предназначены, в частности, быть архивом для OLTP-данных, данные в них хранятся в течение очень длительного периода.
Фактически, проект системы складирования данных может начинаться и без любого определенного плана архивирования данных из ХД. Стоимость сопровождения данных после их загрузки в хранилище невысока. Наибольшие затраты при создании хранилища выпадают на трансформацию данных ( data transfer ) и их очистку ( data scrubbing ). Хранение данных в течение пяти и более лет типично для систем складирования данных . Поэтому процедурам архивизации данных из ХД на стадиях их создания и эксплуатации в начале периода можно не уделять много времени. Особенно если учесть снижение цен на аппаратные средства ЭВМ.
Иначе говоря, отделение данных OLTP-систем от данных систем анализа является фундаментальной концепцией складирования данных. Сейчас бизнес невозможен без принятия обоснованных решений. Такие решения могут быть построены на основе всестороннего анализа результатов выполнения бизнес-процессов в организации и деятельности организации на рынке товаров и услуг. Время принятия решений в современных условиях и потоках информации сокращается. Роль создания и поддержки систем анализа данных на основе новых информационных технологий возрастает. ХД является одним из основных звеньев применения таких технологий.
Можно выделить следующие причины для разделения данных систем складирования данных и систем операционной обработки данных ( рис. 1.5).
- Различие целевых требований к и OLTP-системам.
- Необходимость собирать данные в ХД из различных информационных источников, т.е. если данные генерируются в самой OLTP-системе, то для системы складирования данных в большинстве случаев данные генерируются вне ее.
- Данные, попадая в ХД, остаются в большинстве случаев неизменными.
- Данные в ХД сохраняются длительное время.
Рис.
1.5.
Логическое преобразование данных OLTP-систем и моделирование данных
Данные в ХД логически являются преобразованными, когда они перенесены в него из OLTP-системы или другого внешнего источника. Проблемы, связанные с логическим преобразованием данных при переносе их в ХД, могут потребовать значительного анализа и усилий проектировщиков. Архитектура системы складирования данных и модели ХД имеют огромное значение для успеха таких проектов. Ниже будут рассмотрены некоторые фундаментальные понятия реляционной теории БД, которые полностью не применимы к системам складирования данных . Даже при том, что большинство ХД развернуто на реляционных БД, некоторые основные принципы реляционных БД сознательно нарушаются при создании логической и физической модели ХД.
Модель данных ХД определяет его логическую и физическую структуру. В отличие от просто архивированных данных, в данном случае невозможно обойтись без процедур детального моделирования. Такое моделирование на ранних стадиях проекта системы складирования необходимо для создания эффективной системы, охватывающей данные всех бизнес-процессов и процедур организации.
Процесс моделирования данных должен структурировать данные в ХД в виде, не зависимом от реляционной модели данных системы, которая поставляет эти данные. Как будет показано ниже, модель ХД, вероятно, будет менее нормализована, чем модель OLTP-системы – источника данных.
В OLTP-системах данные по разным подсистемам могут значительно перекрываться. Например, информация относительно разрабатываемых изделий используется в различных формах во многих подсистемах OLTP-системы. Система складирования данных должна объединить все такие данные в одной системе. Некоторые атрибуты объектов, которые являются существенными для OLTP-системы, окажутся ненужными для ХД. Могут появиться новые атрибуты, так как сущность (entity) в ХД изменяет свое качество. Основное требование - все данные в ХД должны участвовать в процессе анализа.
Модель данных ХД должна быть расширена и структурирована таким образом, чтобы данные от различных приложений могли быть добавлены. Проект ХД в большинстве случаев не может включать данные от всех возможных бизнес-приложений организации. Обычно объем данных в ХД увеличивается по принципу инкремента: данные экстрагируются из OLTP-систем и добавляются в ХД определенными порциями. Начинают с сохранения особенно существенных данных, затем планомерным образом наращивают по мере необходимости их объем.
Модель хранилища данных подстраивается под структуру бизнеса
Следующий важный момент состоит в том, что логическая модель ХД настраивается на структуру бизнеса (ориентирована на предметную область), а не на агрегацию логических моделей конкретных приложений. Сущности (объекты), поддерживаемые в ХД, аналогичны сущностям (объектам) бизнеса - таким как клиенты, продукция (товар), заказы и дистрибьютеры. В рамках конкретных подразделений организации может быть очень узкое представление об объектах бизнеса организации, например, о клиентах. Так, группа обслуживания ссуд в банке может знать что-либо о клиенте только в контексте одной или нескольких выданных ссуд. Другое подразделение того же банка может знать о том же клиенте в контексте депозитного счета . Представление данных о клиенте в ХД намного превышает аналогичное представление конкретного подразделения банка. Клиент в ХД представляет клиента банка во всех его взаимоотношениях с банком. С точки зрения реляционной теории меняется базисный набор функциональных зависимостей, поддерживаемых в БД.
ХД следует строить на атрибутах сущностей бизнеса (предметно ориентированно), собирая данные об этих сущностях из различных источников. Структура данных любого отдельного источника данных, вероятно, будет неадекватна для ХД. На структуру данных конкретного приложения оказывают влияние такие факторы, как:
- вид конкретного бизнес-процесса. Так, в автоматизированной подсистеме закупок структура данных может быть продиктована характером бизнес-процедур закупок на данном секторе рынка;
- влияние модели действующих систем. Например, исходное приложение может быть достаточно старым и учитывать развитие модели данных за счет изменения структуры БД приложения. Многие такие изменения могут быть плохо документированы;
- ограничения программно-аппаратной платформы. Логическая структура данных может не поддерживать некоторые логические взаимоотношения между данными или иметь ограничения, связанные с ограничениями программно-аппаратной платформы.
Модель ХД не связана с ограничениями моделей данных источников. Для нее должна быть разработана модель, которая отражает структуру бизнеса организации, а не структуру бизнес-процесса. Такая расширенная модель данных должна быть понятна как аналитикам, так и менеджерам. Таким образом, проектировщик ХД должен выполнить настройку объектов ХД к структуре бизнеса организации, с учетом ее бизнес-процессов и бизнес-процедур.
Преобразование информации, описывающей состояние объектов в OLTP-системе
Следующий важный момент состоит в том, что перед размещением данных в ХД они должны быть преобразованы. Большинство данных из OLTP-системы или иного внешнего источника не могут поддерживаться в ХД. Многие из атрибутов объектов в OLTP-системе очень динамичны и постоянно изменяются. Многие из этих атрибутов не загружаются в ХД, другие же атрибуты являются статичными во времени и загружаются в ХД. ХД вообще не должно содержать информации об объектах, которые являются динамическими и постоянно находятся в состоянии модификации.
Чтобы понять, что означает потеря информации, описывающей текущее состояние объекта, рассмотрим пример системы управления заказами, которая отслеживает состояния запасов при заполнении заказа. Сначала рассмотрим сущность "Заказ" в OLTP-системе. Заказ может пройти множество различных статусов или состояний, прежде чем он будет выполнен и обретет статус завершенного . Статус заказа может указывать, что он готов к заполнению, что заказ заполняется, возвращен обратно на доработку, готов к отгрузке и т.д. Конкретный заказ может пройти много состояний, которые отражаются в статусе заказа и определяются бизнес-процессами, которые применялись к нему. Практически невозможно перенести все атрибуты такого объекта в ХД. Система складирования данных , вероятно, должна содержать только один конечный снимок такого объекта, как заказ. Таким образом, объект "Заказ" должен быть преобразован для размещения в ХД. Тогда в ХД может быть собрана информация о многих объектах типа "заказ" и построен окончательный объект ХД – "Заказ".
Рассмотрим более сложный пример трансформации данных при управлении запасом товара в OLTP-системе. Запас может изменяться в каждой транзакции. Количество конкретного товара на складе может быть уменьшено транзакцией подсистемы заполнения заказа или увеличено при поступлении купленного товара. Если система обработки заказа выполняет десятки тысяч транзакций в день, то, вероятно, фактический уровень запаса в БД будет иметь много состояний и зафиксируется во многих снимках в течение этого дня. Невозможно зафиксировать все эти постоянные изменения в БД и перенести их в ХД. Отображение такого поведения объекта в системе – источнике данных по-прежнему является одной из нерешенных задач в системах складирования данных . Есть ряд подходов к решению этой проблемы. Например, можно периодически фиксировать снимки уровня запаса в ХД.
Этот подход может быть применим к очень большой части данных в OLTP-системах. В свою очередь, такое решение повлечет за собой ряд задач, связанных с выбором периода времени, объема снимаемых данных и т.д. Таким образом, большая часть данных о состоянии объектов в OLTP-системе не может быть непосредственно перенесена в ХД. Они должны быть преобразованы на логическом уровне.
Денормализация модели данных
Следующий момент в проектировании реляционных ХД состоит в решении вопроса о том, насколько важно в ХД соблюдать принципы реляционной теории, а именно: разрешить денормализацию модели, в частности, для увеличения производительности запросов. Прежде чем мы рассмотрим денормализацию модели данных в контексте складирования данных, давайте кратко вспомним основные моменты теории реляционных БД и процесса нормализации . Е.Ф. Кодд разработал реляционную теорию БД в конце 60-х прошлого века, когда он работал в исследовательском центре IBM. Сегодня большинство популярных платформ БД полностью следует этой модели. Реляционная модель БД - коллекция двухмерных таблиц, состоящих из рядов и колонок. В терминологии реляционной модели эти таблицы, строки и колонки соответственно называются отношениями или сущностями, кортежами, атрибутами (attribute) и доменами (domain). Модель идентифицирует уникальные ключи (Key) для всех таблиц и описывает отношения между таблицами через значения атрибутов (ключей).
Нормализация (Normalization) является процессом моделирования реляционной БД, где отношения или таблицы разбиваются до тех пор, пока все атрибуты в отношении полностью не будут определяться его первичным ключом. Большинство проектировщиков пытаются достичь третьей нормальной формы (3НФ) на всех отношениях до того, как они будут денормализоваться по тем или иным причинам. Три последовательных этапа нормализации реляционных БД кратко описаны ниже.
- Первая нормальная форма 1NF ( 1НФ ). Говорят, что отношение находится в первой нормальной форме, если оно описывает одну единственную сущность и не содержит в качестве атрибутов массивов или повторяющихся групп значений. Например, таблица заказов, включающая в себя позиции заказа, не будет находиться в первой нормальной форме, поскольку содержит повторяющиеся атрибуты для каждой позиции заказа.
- Вторая нормальная форма 2NF (2НФ). Говорят, что отношение находится во второй нормальной форме , если оно находится в первой нормальной форме и все неключевые атрибуты функционально полно зависят от первичного ключа отношения .
- Третья нормальная форма 3NF (3НФ). Говорят, что отношение находится в третьей нормальной форме , если оно находится во второй нормальной форме и его неключевые атрибуты полностью независимы друг от друга.
Процесс нормализации приводит к разбиению исходного отношения на несколько независимых отношений. Каждому отношению в БД отвечает по крайней мере одна таблица. Несмотря на большую гибкость реляционной модели в представлении данных, она может быть более сложной и трудной для понимания. Кроме того, полностью нормализованная модель может быть очень неэффективной при реализации. Поэтому проектировщики БД при преобразовании нормализованной логической модели в физическую модель допускают значительную денормализацию . Основное назначение денормализации состоит в ограничении межтабличных соединений в запросах.
Еще одной из причин денормализации модели ХД является, так же, как и для операционных систем, производительность и простота. Каждый запрос в реляционных БД имеет свою стоимость выполнения (cost performance). Стоимость выполнения запросов очень высока в ХД из-за количества обрабатываемых данных в запросе (и межтабличных соединений, число которых растет пропорционально размерности модели). Соединение трех маленьких таблиц в OLTP-системе может иметь приемлемую стоимость выполнения запроса, но в системе складирования данных выполнение такого соединения может занять очень много времени.
Статичность взаимосвязей в исторических данных
Денормализация является важным процессом в моделировании ХД: взаимосвязь между атрибутами не изменяется для исторических данных. Например, в OLTP-системах товар может быть частью другого товара группы "А" в этом месяце и частью товара группы "В" в следующем месяце. В нормализованной модели данных для отображения этого факта необходимо включить атрибут "группа товаров" в отношение (сущность) "товар", но не в отношение (сущность) "заказ", которая формирует заказы на этот товар. В сущность "заказ" включается только идентификатор товара. Реляционная теория будет требовать соединения между таблицами "Заказ" и "Товар" для определения группы товаров и других атрибутов этого продукта. Этот факт (функциональная зависимость) не имеет значения для ХД, поскольку сохраняемые данные относятся к уже выполненным заказам, т.е. принадлежность товара группе уже зафиксирована (фактически указанная функциональная зависимость не поддерживается). Даже если товар принадлежал различным группам в разное время, взаимосвязь между группой товаров и товаром каждого отдельного заказа статична. Таким образом, это не является денормализацией для ХД. В данном случае функциональная зависимость OLTP-системы не используется в ХД.
В качестве другого примера возьмем цену товара. Цены в OLTP-системе могут изменяться постоянно. Некоторые изменения этих цен могут быть перенесены в ХД, как периодические снимки таблицы "Цена товара". В ХД история прайс-листа товара зафиксирована и уже привязана к заказам, т.е. не нужно динамически определять прайс-лист при обработке заказа, поскольку он уже был применен к сохраненному заказу. В реляционных БД проще поддерживать динамические взаимоотношения между сущностями бизнеса, в то время как ХД содержит взаимосвязи между сущностями предметной области в заданное время.
Концепция логического преобразования данных приложений-источников, рассмотренная выше, требует определенных усилий при реализации и очень полезна при разработке ХД.
Физическое преобразование данных приложений источников
Важным моментом в системах складирования данных является физическое преобразование данных. Эти процедуры в складировании данных известны как процессы очистки данных (" data scrubbing ", "data staging" или "data purge "). Процесс очистки данных является наиболее интенсивным и трудоемким в любом проекте создания ХД. Физическое преобразование включает использование стандартных терминов предметной области ХД и стандартов данных. В течение процесса физического преобразования данные находятся в некотором промежуточном файле до того, как будут занесены в ХД. Когда данные собираются из многих приложений, их целостность может быть проверена в течение процесса формирования преобразованных данных до загрузки в ХД.
Термины и имена атрибутов сущностей , используемые в OLTP-системах, в процессе преобразования данных для ХД преобразуются в универсальные, стандартные термины, принятые для данной сферы бизнеса. Приложения могут использовать сокращения или трудные для понимания термины по множеству различных причин. Программно-аппаратная платформа может ограничивать длину и формат имен, а бизнес-приложения могут применять в разных предметных областях общие термины. В ХД необходимо пользоваться стандартными бизнес-терминами, которые понятны сами по себе большинству пользователей.
Идентификатор клиента (покупателя) в OLTP-системе может быть назван "Покуп.", "покуп_ид" или "покуп_но". Далее, различные приложения таких систем могут использовать различные имена (синонимы) при ссылке к одному и тому же атрибуту сущности. Проектировщик ХД выбирает простой стандартный бизнес-термин, такой, как "Идентификатор клиента". Таким образом, имена атрибутов сущностей из подающих систем должны быть унифицированы для использования в ХД.
Различные подсистемы OLTP-систем и внешних источников данных могут использовать различное определение доменов атрибутов на физическом уровне представления данных . Так, атрибут типа "идентификатор продукта" в одной системе имеет длину от 12 символов, а в другой - 18 символов. С другой стороны, ПО одних существующих систем может иметь ограничения на определение длин имен атрибутов и бедный набор типов для определения доменов, а в других такие ограничения могут отсутствовать и может предоставляться широкий выбор типов атрибутов.
При определении атрибутов в физической модели ХД необходимо использовать такие длины и типы данных в определении домена атрибута, которые позволили бы учесть как требования предметной области, так и возможности систем - источников данных. Определение стандартов доменов для ХД является одной из важных задач проектировщиков ХД. Правила преобразования доменов атрибутов систем - источников данных в домены атрибутов ХД следует фиксировать в метаданных ХД.
Все атрибуты в ХД должны согласованно использовать предопределенные значения. В различных приложениях могут быть приняты различные соглашения по предопределенным значениям атрибутов. К таким предопределенным значениям относятся значения по умолчанию, значения, заменяющие null-значения, и т. п. Например, признак пола в различных системах может иметь различные значения: в одних это символьные значения "М" и "Ж", в других - цифровые значения 0 и 1. Более неприятным примером является случай, когда одно значение данных используется в приложении в нескольких целях, т.е. атрибут на самом деле представляет множественное значение. Например, когда в атрибуте "тип метода измерения" две первые цифры означают метод измерения, а две вторые - метод физического контроля измерения. Такие различные значения перед загрузкой в ХД должны быть преобразованы к принятому в ХД предопределенному значению.
В некоторых системах - источниках данных могут отсутствовать значения (проблема пропущенных значений, "missing data") или преобразование для них не может быть выполнено (" corrupt data " - данные, для которых преобразование не может быть выполнено). Важно, чтобы в процессе преобразования такие данные принимали в ХД значения, которые позволяли бы пользователям интерпретировать их правильно. Одним атрибутам можно просто назначить разумное значение по умолчанию в случае отсутствия значения или конфликтов при преобразовании, а другим атрибутам - определить значения из значений прочих атрибутов. Например, пусть в сущности "Заказ" значение атрибута единицы измерения товара пропущено. Это значение может быть получено из соответствующего атрибута сущности "Товар" этой системы-источника. Для некоторых атрибутов не существует подходящих значений по умолчанию в случае, когда их значения отсутствуют. Для таких пропущенных значений в ХД следует также определять значение по умолчанию, например, как null-значение.
Приведены основные отличия использования данных в
В соответствии с определением Е. Инмона, ХД- это предметно-ориентированный, интегрированный, неизменчивый, поддерживающий хронологию набор данных, организованный для целей поддержки принятия решений.
Различают два вида ХД: виртуальное и физическое. В системах, реализующих концепцию виртуального ХД, аналитические запросы адресуются
непосредственно к ОИД, а полученные результаты интегрируются в опе
ративной памяти компьютера. В случае физического ХД данные перено
сятся из разных ОИД в единое хранилище, к которому адресуются анали
тические запросы.П Облегченным вариантом ХД является ВД, которая содержит только тематически объединенные данные. ВД существенно меньше по объему, чем ХД, и для ее реализации не требуется больших затрат. ВД может быть реализована или самостоятельно, или в комбинации с ХД.
ХД включает в себя: метаданные, детальные, агрегированные и архивные данные. Перемещающиеся в ХД данные образуют информационные потоки: входной, обобщающий, обратный, выходной и поток метаданных.
Детальные данные разделяют на два класса: измерения и факты. Измерениями называются наборы данных, необходимые для описания событий. Фактами называются данные, отражающие сущность события.
Агрегированные данные получаются из детальных данных путем их суммирования по измерениям. Для быстрого доступа к наиболее часто запрашиваемым агрегированным данным они должны сохраняться в ХД, а не вычисляться при выполнении запросов.
Метаданные необходимы для получения пользователем информации о данных, хранящихся в ХД. Согласно принципам Захмана, метаданные должны описывать объекты предметной области, представленные в ХД, пользователей, работающих с данными, места хранения данных, действия над данными, время обработки данных и причины модификаций данных.
Общая идея хранилищ данных заключается в разделении БД для OLTP-систем и БД для выполнения анализа и последующем их проектировании с учетом соответствующих требований. Концепция ХД так или иначе обсуждалась специалистами в области информационных систем достаточно давно. Первые статьи, посвященные именно ХД, появились в 1988 г., их авторами были Б. Девлин и П. Мэрфи. В 1992 г. У. Инмон подробно описал данную концепцию в своей монографии "Построение хранилищ данных" ("Building the Data Warehouse", second edition - QED Publishing Group, 1996).
В основе концепции ХД лежит идея разделения данных, используемых для оперативной обработки и для решения задач анализа. Это позволяет применять структуры данных, которые удовлетворяют требованиям их хранения с учетом использования в OLTP-системах и системах анализа. Такое разделение позволяет оптимизировать как структуры данных оперативного хранения (оперативные БД, файлы, электронные таблицы и т. п.) для выполнения операций ввода, модификации, удаления и поиска, так и структуры данных, используемые для анализа (для выполнения аналитических запросов). В СППР эти два типа данных называются соответственно оперативными источниками данных (ОИД) и хранилищем данных. В своей работе Инмон дал следующее определение ХД.
Хранилище данных - предметно-ориентированный, интегрированный, неизменчивый, поддерживающий хронологию набор данных, организованный для целей поддержки принятия решений.
Ниже дадим общую характеристику основных свойств ХД
Предметная ориентация.
Это фундаментальное отличие ХД от ОИД.
Разные ОИД могут содержать данные, описывающие одну и ту же предметную область с разных точек зрения (например, с точки зрения бухгалтерского учета, складского учета, планового отдела и т. п.). Решение, принятое на основе только одной точки зрения, может быть неэффективнымили даже неверным. ХД позволяют интегрировать информацию, отражающую разные точки зрения на одну предметную область. Предметная ориентация позволяет также хранить в ХД только те данные, которые нужны для их анализа (например, для анализа нет смысла хранить информацию о номерах документов купли-продажи, в то время как их содержимое- количество, цена проданного товара- необходимо). Это существенно сокращает затраты на носители информации и повышает безопасность доступа к данным.
Интеграция. ОИД, как правило, разрабатываются в разное время несколькими коллективами с собственным инструментарием. Это приводит к тому, что данные, отражающие один и тот же объект реального мира в разных системах, описывают его по-разному. Обязательная интеграция данных в ХД позволяет решить эту проблему, приведя данные к единому формату.
Поддержка хронологии. Данные в ОИД необходимы для выполнения над ними операций в текущий момент времени. Поэтому они могут не иметь привязки ко времени. Для анализа данных часто бывает важно иметь возможность отслеживать хронологию изменений показателей предметной области. Поэтому все данные, хранящиеся в ХД, должны соответствовать последовательным интервалам времени.
Неизменяемость. Требования к ОИД накладывают ограничения на время хранения в них данных. Те данные, которые не нужны для оперативной обработки, как правило, удаляются из ОИД для уменьшения занимаемых ресурсов. Для анализа, наоборот, требуются данные за максимально большой период времени. Поэтому, в отличие от ОИД, данные в ХД после загрузки только читаются. Это позволяет существенно повысить скорость доступа к данным, как за счет возможной избыточности хранящейся информации, так и за счет исключения операций модификации.
При реализации в СППР концепции ХД данные из разных ОИД копируются в единое хранилище. Собранные данные приводятся к единому формату, согласовываются и обобщаются. Аналитические запросы адресуются к ХД
Такая модель неизбежно приводит к дублированию информации в ОИД и в ХД.
Информация в ОИД носит, как правило, оперативный характер, и данные, потеряв актуальность, удаляются. В ХД, напротив, хранится историческая информация. С этой точки зрения дублирование содержимого ХД данными ОИД оказывается весьма незначительным. В ХД хранится обобщенная информация, которая в ОИД отсутствует.
Во время загрузки в ХД данные очищаются (удаляется ненужная информация), и после такой обработки они занимают гораздо меньший объем.
Избыточность информации можно свести к нулю, используя виртуальное ХД.В данном случае в отличие от классического (физического) ХД данные из ОИД не копируются в единое хранилище. Они извлекаются, преобразуются и интегрируются непосредственно при выполнение аналитических запросов в оперативной памяти компьютера. Основными достоинствами виртуального ХД являются:- минимизация объема памяти, занимаемой на носителе информацией, и работа с текущими, детализированными данными. Однако такой подход обладает многими недостатками. Время обработки запросов к виртуальному ХД значительно превышает соответствующие показатели для физического хранилища. Кроме того, структуры оперативных БД, рассчитанные на интенсивное обновление одиночных записей, в высокой степени нормализованы. Для выполнения же аналитического запроса требуется объединение большого числа таблиц, что также приводит к снижению быстродействия.
Интегрированный взгляд на виртуальное хранилище возможен только при выполнении условия постоянной доступности всех ОИД. Таким образом, временная недоступность хотя бы одного из источников может привести либо к невыполнению аналитического запроса, либо к неверным результатам.
Выполнение сложных аналитических запросов над ОИД требует значительных ресурсов компьютеров. Это приводит к снижению быстродействия OLTP-систем, что недопустимо, т. к. время выполнения операций в таких системах часто весьма критично.
Различные ОИД могут поддерживать разные форматы и кодировки данных. Часто на один и тот же вопрос может быть получено несколько вариантов ответа. Это может быть связано с несинхронностью моментов обновления данных в разных ОИД, отличиями в описании одинаковых объектов и событий предметной области, ошибками при вводе, утерей фрагментов архивов и т. д. В таком случае цель - формирование единого непротиворечивого взгляда на объект управления - может быть не достигнута.
Главным же недостатком виртуального хранилища является практическая невозможность получения данных за долгий период времени. При отсутствии физического хранилища доступны только те данные, которые на момент запроса есть в ОИД. Основное назначение OLTP-систем - оперативная обработка текущих данных, поэтому они не ориентированы на хранение данных за длительный период времени. По мере устаревания данные выгружаются в архив и удаляются из оперативной БД.
Несмотря на преимущества физического ХД перед виртуальным, необходимо признать, что его реализация представляет собой достаточно трудоемкий процесс. Остановимся на основных проблемах создания ХД:
Необходимость интеграции данных из неоднородных источников в распределенной среде;
Потребность в эффективном хранении и обработке очень больших объемов информации;
Необходимость наличия многоуровневых справочников метаданных;
Повышенные требования к безопасности данных.
Рассмотрим эти проблемы более подробно.
Стремление объединить в одной архитектуре СППР возможности OLTP-систем исистем анализа,привело к появлению концепции х ра н и л ищ д а н ны х (ХД).
Концепция ХД так или иначе обсуждалась специалистами в области инфор-
мационных систем достаточно давно. Первые статьи,посвященные именно ХД,появились
в 1988 г., их авторами были Б. Девлин и П. Мэрфи. В 1992 г. У. Инмон подробно описалданную концепцию в своей монографии "Построение хранилищ данных" ("Building the Data Warehouse", second edition - QED Publishing Group, 1996).
В основе концепции ХД лежит идея разделения данных, используемых для
оперативной обработки и для решения задач анализа. Это позволяет применять структурыданных, которые удовлетворяют требованиям их хранения с учетом использования в OLTP-системах и системах анализа. Такое разделение позволяет оптимизировать какструктуры данных оперативного хранения (оперативные БД, файлы, электронные таблицы и т. п.) для выполнения операций ввода, модификации, удаления и поиска, так иструктуры данных, используемые для анализа (для выполнения аналитических запросов). В СППР эти два типа данных называются соответственно о п е р а т и в н ы м и и с т о ч н и к а м и д а нны х (ОИ Д ) и х р а ни л и щ е м д а нн ы х .
В своей работе Инмон дал следующее определение ХД.
Х ра ни л и щ е д а н н ы х -предметно-ориентированный,интегрированный,
неизменчивый, поддерживающий хронологию набор данных, организованный для целейподдержки принятия решений.
Рассмотрим свойства ХД более подробно.
П р ед м е т н ая о ри е н т а ци я. Это фундаментальное отличие ХД от ОИД.
Разные ОИД могут содержать данные, описывающие одну и ту же предметную область с разных точек зрения (например, с точки зрения бухгалтерского учета, складского учета,планового отдела и т. п.). Решение, принятое на основе только одной точки зрения, можетбыть неэффективным или даже неверным. ХД позволяют интегрировать информацию,отражающую разные точки зрения на одну предметную область.
Предметная ориентация позволяет также хранить в ХД только те данные, которые
нужны для их анализа (например, для анализа нет смысла хранить информацию о номерахдокументовкупли-продажи, в то время как их содержимое - количество,ценапроданного товара -необходимо). Это существенно сокращает затраты на носителиинформации и повышает безопасность доступа к данным.
И н т е гр а ци я . ОИД, как правило, разрабатываются в разное время несколькими коллективами с собственным инструментарием. Это приводит к тому, что данные, отражающие один и тот же объект реального мира в разных системах, описывают его по- разному. Обязательная интеграция данных в ХД позволяет решить эту проблему, приведя данные к единому формату. По дде р ж к а х р о н оло гии . Данные в ОИД необходимы для выполнения над ними операций в текущий момент времени. Поэтому они могут не иметь привязки ко времени. Для анализа данных часто бывает важно иметь возможность отслеживать хронологию изменений показателей предметной области. Поэтому все данные, хранящиеся в ХД, должны соответствовать последовательным интервалам времени. Н е и зм е н я е мо с т ь . Требования к ОИД накладывают ограничения на времяхранения в них данных. Те данные, которые не нужны для оперативной обработки, какправило, удаляются из ОИД для уменьшения занимаемых ресурсов. Для анализа,наоборот, требуются данные за максимально большой период времени. Поэтому, вотличие от ОИД,данные в ХД после загрузки только читаются. Это позволяетсущественно повысить скорость доступа к данным, как за счет возможной избыточностихранящейся информации,так и за счет исключения операций модификации.
При реализации в СППР концепции ХД данные из разных ОИД копируются вединое хранилище. Собранные данные приводятся к единому формату, согласовываются и обобщаются.Аналитические запросы адресуются к ХД (рис. 1).
Такая модель неизбежно приводит к дублированию информации в ОИД и в ХД.
Однако Инмон в своей работе утверждает, что избыточность данных, хранящихся в
СППР, не превышает 1 %! Это можно объяснить следующими причинами.
При загрузке информации из ОИД в ХД данные фильтруются. Многие из них непопадают в ХД, поскольку лишены смысла с точки зрения использования в процедураханализа.
Информация в ОИД носит, как правило, оперативный характер, и данные, потеряв
актуальность, удаляются. В ХД, напротив, хранится историческая информация. С этойточки зрения дублирование содержимого ХД данными ОИД оказывается весьманезначительным. В ХД хранится обобщенная информация,которая в ОИД отсутствует.
Во время загрузки в ХД данные очищаются (удаляется ненужная информация), и
после такой обработки они занимают гораздо меньший объем.
Подсистем а ввода(OLTP)
П о д с и с т е м
Аналитические запросы
П о д с и с т е м
О п е р а т о
Подсистем а ввода(OLTP)
а анализа
Р и с у н о к 7. Структура СППР с физическим ХД
Избыточность информации можно свести к нулю, используя виртуальное ХД. Вданном случае в отличие от классического (физического) ХД данные из ОИД некопируются в единое хранилище. Они извлекаются, преобразуются и интегрируютсянепосредственнопри выполнении аналитических запросов в оперативной памятикомпьютера. Фактически такие запросы напрямую адресуются к ОИД (рис. 2). Основнымидостоинствами виртуального ХД являются:
минимизация объема памяти, занимаемой на носителе информацией; р а б о т а с т ек у щ и м и, д е т а л изи р о в а нн ы м и д а нн ы м и.Подсистем а ввода(OLTP)
Подсистем а ввода(OLTP)
Подсистем а ввода
Подсистема храненияинформации
Аналитические запросы
Подсистем а анализа(OLAP,
О п е р а т о
В и р т у а л ьн о е
Р и с у н о к 8. С т р у к т у ра С ПП Р с в и р т у а л ь н ы м Х Д
Однако такой подход обладает многими недостатками.
Время обработки запросов к виртуальному ХД значительно превышает соот-
ветствующиепоказателидляфизическогохранилища.Крометого,структурыоперативных БД, рассчитанные на интенсивное обновление одиночных записей, ввысокой степени нормализованы. Для выполнения же аналитического запроса требуетсяобъединение большого числа таблиц,что также приводит к снижению быстродействия.
Интегрированный взгляд на виртуальное хранилище возможен толькопривыполнении условия постоянной доступности всех ОИД. Таким образом, временнаянедоступность хотя бы одного из источников может привести либо к невыполнениюаналитического запроса, либо к неверным результатам.
Выполнение сложных аналитических запросов над ОИД требует значительных ресурсов компьютеров. Это приводит к снижению быстродействия OLTP-систем, чтонедопустимо,т.к.время выполнения операций в таких системах часто весьма критично.
Различные ОИД могут поддерживать разные форматы и кодировки данных. Часто
на один и тот же вопрос может быть получено несколько вариантов ответа. Это можетбыть связано с:
несинхронностью моментов обновления данных в разных ОИД; отличиями в описании одинаковых объектов и событий предметной области; ошибками при вводе; утерей фрагментов архивов и т. д.В таком случае цель - формирование единого непротиворечивого взгляда наобъект управления - может быть не достигнута.
Главным же недостатком виртуального хранилища следует признать практическую
невозможностьполученияданныхзадолгийпериодвремени. Приотсутствиифизического хранилища доступны только те данные, которые на момент запроса есть в ОИД. Основное назначение OLTP-систем -оперативная обработка текущихданных,поэтому они не ориентированы на хранение данных за длительный период времени. Помере устаревания данные выгружаются в архив и удаляются из оперативной БД.
Несмотря на преимущества физического ХД перед виртуальным, необходимо
признать, что его реализация представляет собой достаточно трудоемкий процесс.
Остановимся на основных проблемах создания ХД:
необходимость интеграции данных из неоднородных источников в рас-пределенной среде;
потребность в эффективном хранении и обработке очень больших объемов информации; необходимость наличия многоуровневых справочников метаданных; Оповышенные требования к безопасности данных. Рассмотрим эти проблемы более
подробно.
Н е об х о д и мо с т ь ин т е гр а ци и д а нн ых и з н е о д н о р о д н ых и с т о ч ник ов в р а с - пр еде л е нн ой с р еде . ХД создаются для интегрирования данных, которые могут поступатьиз разнородных ОИД,физически размещающихсяна разныхкомпьютерах:БД,электронных архивов, публичных и коммерческих электронных каталогов, справочников,статистических сборников. При создании ХД приходится решать задачу построениясистемы, согласованно функционирующей с неоднородными программными средствами и решениями. При выборе средств реализации ХД приходится учитывать множествофакторов, включающих уровень совместимости различных программных компонентов, легкость их освоения и использования,эффективность функционирования и т. д.
По т р е б н о с т ь в э ф ф е к т и в н ом х р а н е ни и и о б р або т к е о че н ь бол ь ш и х об ъ е мов ин ф о р ма ц и и . Свойство неизменности ХД предполагает накопление в нем информации задолгий период времени, что должно поддерживаться постоянным ростом объемовдисковой памяти. Ориентация на выполнение аналитических запросов и связанная с этимденормализация данных приводят к нелинейному росту объемов памяти, занимаемой ХДпри возрастании объема данных. Исследования, проведенные на основе тестового набораTPC-D, показали, что для баз данных объемом в 100 Гбайт требуется память, в 4,87 разабольшая объемом,чем нужно для хранения полезных данных.
Н е об х о д и мо с т ь м н о г оу р ов н е вых с пр аво ч ник ов м е т а д а нн ы х . Длясистеманализа наличие развитых метаданных (данных о данных) и средств их предоставленияконечным пользователям является одним из основных условий успешной реализации ХД.Метаданные необходимы пользователям СППР для понимания структуры информации, наосновании которой принимается решение. Например, прежде чем менеджер корпорациизадаст системе свой вопрос, он должен понять, какая информация имеется, насколько онаактуальна, можно ли ей доверять, сколько времени может занять формирование ответа и т.д. При создании ХД необходимо решать задачи хранения и удобного представленияметаданных пользователям.
Повы ш е ни е т р е бова ни й к б е зо п а с н о с т и д а нн ы х . Собранная вместе и со-
гласованная информация об истории развития корпорации, ее успехах и неудачах, овзаимоотношениях с поставщиками и заказчиками, об истории и состоянии рынка даетвозможность анализа прошлой и текущей деятельности корпорации и построенияпрогнозовдлябудущего. Очевидно,чтоподобнаяинформация являетсяконфиденциальной и доступ к ней ограничен в пределах самой компании, не говоря уже одругих компаниях. Для обеспечения безопасности данных приходится решать вопросыаутентификации пользователей, защиты данных при их перемещении в хранилище
данных из оперативных баз данных и внешних источников, защиты данных при ихпередаче по сети и т.п.
Снижения затрат на создание ХД можно добиться, создавая его упрощенный
вариант - витрину данных (Data Mart).
В и т р ин а д а н ны х (В Д ) - это упрощенный вариант ХД, содержащий только тема-
тически объединенные данные.
ВД максимально приближена к конечному пользователю и содержит данные,
тематически ориентированные на него (например, ВД для работников отдела маркетингаможет содержать данные, необходимые для маркетингового анализа). ВД существенноменьше по объему, чем ХД, и для ее реализации не требуется больших затрат. Они могутбыть реализованы как самостоятельно,так и вместе с ХД.
Самостоятельные ВД (рис. 3) часто появляются в организации исторически ивстречаются вкрупныхорганизациях сбольшимколичествомнезависимыхподразделений, решающих собственные аналитические задачи.
проектирование ВД для ответов на определенный круг вопросов; быстрое внедрение автономных ВД и получение отдачи; упрощение процедур заполнения ВД и повышение их производительности за счет учета потребностей определенного круга пользователей.Подсистем а ввода(OLTP)
Подсистем а ввода(OLTP)
Подсистема храненияинформации
Аналитические запросы
Аналитические
запросы
Подсистем а анализа(OLAP,
П о д с и с т е м
О п е р а т о
Подсистем а ввода(OLTP)
а анализа
Р и с у н о к 9. Структура СППР с самостоятельными ВД
Недостатками автономных ВД являются:
многократное хранение данных в разных ВД, что приводит к увеличению расходов на их хранение и потенциальным проблемам, связанным с необходимостью поддержания непротиворечивости данных; отсутствие консолидированности данных на уровне предметной области, а,следовательно - отсутствие единой картины.
В последнее время все более популярной становится идея совместить ХД и ВД в
одной системе. В этом случае ХД используется в качестве единственного источникаинтегрированных данных для всех ВД (рис. 4).
ХД представляет собой единый централизованный источник информации для всейпредметнойобласти, аВД являютсяподмножествамиданныхизхранилища,
организованными для представления информации по тематическим разделам даннойобласти. Конечные пользователи имеют возможность доступа к детальным даннымхранилища, если данных в витрине недостаточно, а также для получения более полнойинформационной картины.
Достоинствами такого подхода являются:
простота создания и наполнения ВД, поскольку наполнение происходит из единого стандартизованного надежного источника очищенных данных - из ХД; простота расширения СППР за счет добавления новых ВД; с ни ж е ни е н а г р у з к и н а о с н о в н о е Х Д.Подсистем а ввода(OLTP)
Подсистема храненияинформации
Аналитические запросы
П о д с и с т е м
О п е р а т о
Подсистем а ввода(OLTP)
Подсистем а ввода(OLTP)
А н а л и т и че с к и е
ХД запросы
ВД
а анализа
Подсистем а анализа(OLAP,
Р и с у н о к 10. Структура СППР с ХД и ВД
К недостаткам относятся:
избыточность (данные хранятся как в ХД, так и в ВД); дополнительные затраты на разработку СППР с ХД и ВД.Подводя итог анализу путей реализации СППР с использованием концепции ХД,можно выделить следующие архитектуры таких систем:
СППР с физическим (классическим) ХД (см. рис. 1); СППР с виртуальным ХД (см. рис. 2); СППР с ВД (см. рис. 3); СППР с физическим ХД и с ВД (рис. 4).В случае архитектур с физическим ХД и/или ВД необходимо уделить внимание
вопросам организации (архитектуры) ХД и переносу данных из ОИД вХД.