ETL Experience Summary

ETL Considerations 
 
    To do a data warehouse system, ETL is a key part. If you say it big, ETL is a data integration solution. If you say it small, it is a tool for pouring data. Looking back at the years of work, there is really a lot of work dealing with data migration and transformation. But those jobs are basically one-time jobs or a small amount of data, which can be done using access, DTS or a small program. However, in the data warehouse system, ETL has risen to a certain theoretical height, which is different from the original use of petty tools. What is the difference? As you can see from the name, the process of pouring data has been divided into 3 steps, E, T, and L stand for extraction, conversion and loading respectively.

    In fact, the ETL process is the process of data flow, from different data sources to different target data. However, in the data warehouse, ETL has several characteristics. One is data synchronization. It is not a one-time dump of data and pulls it in. It is a regular activity and runs on a fixed cycle. Even now, some people have proposed real-time ETL. concept. The second is the amount of data, which is generally huge, and it is worth splitting the process of data flow into E, T, and L.

    There are many mature tools that provide ETL functions, such as datastage, powermart, etc., not to mention their good or bad. From the application point of view, the ETL process is not very complicated. These tools bring great convenience to data warehouse engineering, especially the convenience of development and maintenance. But on the other hand, developers can easily get lost in these tools. For example, VB is a very simple language and is also a very easy-to-use programming tool. It is very fast to get started, but how many masters of VB are there? Products designed by Microsoft usually have a principle of "treating users as fools". Under this principle, Microsoft's things are really good to use, but for developers, if you think of yourself as a fool, then it's true Silly. The same is true for ETL tools, which provide us with a graphical interface, allowing us to focus on rules in order to improve development efficiency. In terms of use effect, it is true that using these tools can build a job very quickly to process a certain data, but on the whole, it is not necessarily that his overall efficiency will be much higher. The problem is not mainly with the tools, but with the design, the developers. They got lost in the tools and didn't get to the essence of ETL.
 
    It can be said that these tools have been used for so long and in so many projects and environments, it must have its success, and it must reflect the essence of ETL. If we don't look at the ideas behind them through the simple use of these tools on the surface, what we end up with is an independent job, and there is still a huge amount of work to integrate them. Everyone knows that "theory and practice are combined". If you want to go beyond in a field, you must reach a certain height on the theoretical level.
 
 
Explore one of the essence of ETL 
 
    The process of ETL is the process of data flow, from different heterogeneous data sources to unified target data. In the meantime, data extraction, cleaning, transformation and loading form serial or parallel processes. The core of ETL still lies in the process of T, that is, conversion, and extraction and loading can generally be used as the input and output of the conversion, or, as a separate component, its complexity is not as high as that of the conversion component. Unlike the OLTP system, which is full of operations such as insert, update, and select for a single record, the ETL process is generally a batch operation. For example, its loading mostly adopts batch loading tools, which are generally tools attached to the DBMS system itself, such as Oracle SQLLoader and DB2's autoloader, etc.
 
    ETL itself has some characteristics, which are reflected in some tools. The following is an example of datastage and powermart.
 
    1. Static ETL unit and dynamic ETL unit instance . A transformation specifies how data in a certain format is formatted into data in another format. The physical form of the data source does not need to be specified at design time. It can be specified at runtime when the ETL unit creates an instance. Datastage does not strictly distinguish between static and dynamic ETL units. One of its Jobs implements this function. In earlier versions, a Job cannot run twice at the same time, so a Job is equivalent to an instance. In later versions, it supports multiple instances , and is not yet the default option. In Powermart, these two concepts are distinguished. The static one is called Mapping, and the dynamic runtime is called Session.
 
    2. ETL metadata . Metadata is the data that describes the data, its meaning is very broad, here only refers to the metadata of ETL. It mainly includes the data structure and conversion rules before and after each conversion. The ETL metadata also includes the management of formal parameters, the parameters defined by the ETL unit of the formal parameters, and the actual parameters, which are parameters specified at runtime, and the actual parameters are not within the scope of metadata management.
 
    3. Data flow control . There must be a visual process editing tool that provides process definition and process monitoring functions. The smallest unit of process scheduling is the ETL unit instance. The ETL unit cannot be subdivided in the ETL process. Of course, this is controlled by the developer. For example, the extraction and conversion can be placed in an ETL unit, so that the extraction and conversion can only be performed at the same time. run, and if they are divided into two units, they can be run separately, which is beneficial for error recovery operations. Of course, the extent to which ETL units should be subdivided should be based on specific applications, and a good subdivision strategy has not yet been found. For example, we can specify that the function of loading a table is used as an ETL unit, but it is undeniable that there will be many common operations between such ETL units. For example, two units share a Hash table, and this Hash table needs to be loaded into memory. twice.
 
    4. The definition method of conversion rules . Provides a set of functions to provide common rule methods, and a rule definition language to describe rules.
 
    5. Fast indexing of data . Generally, Hash technology is used to load the reference relationship table into memory in advance, and the hash table is searched during conversion. There is Hash file technology in Datastage, and Powermart has a similar Lookup function.
 
 
Exploring the essence of ETL (classification ) 
 
    I read a report on IT-Director yesterday about ETL product classification. Generally speaking, ETL tools in our eyes are expensive and capable of processing huge amounts of data, but this is one of them. It can be divided into 4 types, for different needs, mainly from the perspective of the complexity of the conversion rules and the size of the data. They include :
 
    1、交互式运行环境。你可以指定数据源、目标数据,指定规则,立马ETL。这种交互式的操作无疑非常方便,但是只能适合小数据量和复杂度不高的ETL过程,因为一旦规则复杂了,可能需要语言级的描述,不能简简单单拖拖拽拽就可以的。还有数据量的问题,这种交互式必然建立在解释型语言基础上,另外他的灵活性必然要牺牲一定的性能为代价。所以如果要处理海量数据的话,每次读取一条记录,每次对规则进行解释执行,每次在写入一条记录,这对性能影响是非常大的。
 
    2、专门编码型的。它提供了一个基于某种语言的程序框架,你可以不必将编程精力放在一些周边的功能上,例如读文件功能、写数据库的功能,而将精力主要放在规则的实现上面。这种近似手工代码的性能肯定是没话说,除非你的编程技巧不过关(这也是不可忽视的因素之一)。对于处理大数据量,处理复杂转换逻辑,这种方式的ETL实现是非常直观的。
 
    3、代码生成器型的。它就像是一个ETL代码生成器,提供简单的图形化界面操作,让你拖拖拽拽将转换规则都设定好,其实他的后台都是生成基于某种语言的程序,要运行这个ETL过程,必须要编译才行。Datastage就是类似这样的产品,设计好的job必须要编译,这避免了每次转换的解释执行,但是不知道它生成的中间语言是什么。以前我设计的ETL工具大挪移其实也是归属于这一类,它提供了界面让用户编写规则,最后生成C++语言,编译后即可运行。这类工具的特点就是要在界面上下狠功夫,必须让用户轻松定义一个ETL过程,提供丰富的插件来完成读、写和转换函数。大挪移在这方面就太弱了,规则必须手写,而且要写成标准c++语法,这未免还是有点难为最终用户了,还不如做成一个专业编码型的产品呢。另外一点,这类工具必须提供面向专家应用的功能,因为它不可能考虑到所有的转换规则和所有的读写,一方面提供插件接口来让第三方编写特定的插件,另一方面还有提供特定语言来实现高级功能。例如Datastage提供一种类Basic的语言,不过他的Job的脚本化实现好像就做的不太好,只能手工绘制job,而不能编程实现Job。
 
    4、最后还有一种类型叫做数据集线器。顾名思义,他就是像Hub一样地工作。将这种类型分出来和上面几种分类在标准上有所差异,上面三种更多指ETL实现的方法,此类主要从数据处理角度。目前有一些产品属于EAI(Enterprise Application Integration),它的数据集成主要是一种准实时性。所以这类产品就像Hub一样,不断接收各种异构数据源来的数据,经过处理,在实施发送到不同的目标数据中去。
虽然,这些类看似各又千秋,特别在BI项目中,面对海量数据的ETL时,中间两种的选择就开始了,在选择过程中,必须要考虑到开发效率、维护方面、性能、学习曲线、人员技能等各方面因素,当然还有最重要也是最现实的因素就是客户的意象。
 
 
探求ETL本质之三(转换) 
 
    ETL探求之一中提到,ETL过程最复杂的部分就是T,这个转换过程,T过程究竟有哪些类型呢?
 
    一、宏观输入输出
 
    从对数据源的整个宏观处理分,看看一个ETL过程的输入输出,可以分成下面几类:
 
    1、大小交。这种处理在数据清洗过程是常见了,例如从数据源到ODS阶段,如果数据仓库采用维度建模,而且维度基本采用代理键的话,必然存在代码到此键值的转换。如果用SQL实现,必然需要将一个大表和一堆小表都Join起来,当然如果使用ETL工具的话,一般都是先将小表读入内存中再处理。这种情况,输出数据的粒度和大表一样。
 
    2、大大交。大表和大表之间关联也是一个重要的课题,当然其中要有一个主表,在逻辑上,应当是主表Left Join辅表。大表之间的关联存在最大的问题就是性能和稳定性,对于海量数据来说,必须有优化的方法来处理他们的关联,另外,对于大数据的处理无疑会占用太多的系统资源,出错的几率非常大,如何做到有效错误恢复也是个问题。对于这种情况,我们建议还是尽量将大表拆分成适度的稍小一点的表,形成大小交的类型。这类情况的输出数据粒度和主表一样。
 
    3、站着进来,躺着出去。事务系统中为了提高系统灵活性和扩展性,很多信息放在代码表中维护,所以它的"事实表"就是一种窄表,而在数据仓库中,通常要进行宽化,从行变成列,所以称这种处理情况叫做"站着进来,躺着出去"。大家对Decode肯定不陌生,这是进行宽表化常见的手段之一。窄表变宽表的过程主要体现在对窄表中那个代码字段的操作。这种情况,窄表是输入,宽表是输出,宽表的粒度必定要比窄表粗一些,就粗在那个代码字段上。
 
    4、聚集。数据仓库中重要的任务就是沉淀数据,聚集是必不可少的操作,它是粗化数据粒度的过程。聚集本身其实很简单,就是类似SQL中Group by的操作,选取特定字段(维度),对度量字段再使用某种聚集函数。但是对于大数据量情况下,聚集算法的优化仍是探究的一个课题。例如是直接使用SQL的Group by,还是先排序,在处理。
 
    二、微观规则 
 
    从数据的转换的微观细节分,可以分成下面的几个基本类型,当然还有一些复杂的组合情况,例如先运算,在参照转换的规则,这种基于基本类型组合的情况就不在此列了。ETL的规则是依赖目标数据的,目标数据有多少字段,就有多少条规则。
 
    1、直接映射。原来是什么就是什么,原封不动照搬过来,对这样的规则,如果数据源字段和目标字段长度或精度不符,需要特别注意看是否真的可以直接映射还是需要做一些简单运算。
 
    2、字段运算。数据源的一个或多个字段进行数学运算得到的目标字段,这种规则一般对数值型字段而言。
 
    3、参照转换。在转换中通常要用数据源的一个或多个字段作为Key,去一个关联数组中去搜索特定值,而且应该只能得到唯一值。这个关联数组使用Hash算法实现是比较合适也是最常见的,在整个ETL开始之前,它就装入内存,对性能提高的帮助非常大。
 
    4、字符串处理。从数据源某个字符串字段中经常可以获取特定信息,例如身份证号。而且,经常会有数值型值以字符串形式体现。对字符串的操作通常有类型转换、字符串截取等。但是由于字符类型字段的随意性也造成了脏数据的隐患,所以在处理这种规则的时候,一定要加上异常处理。
 
    5、空值判断。对于空值的处理是数据仓库中一个常见问题,是将它作为脏数据还是作为特定一种维成员?这恐怕还要看应用的情况,也是需要进一步探求的。但是无论怎样,对于可能有NULL值的字段,不要采用“直接映射”的规则类型,必须对空值进行判断,目前我们的建议是将它转换成特定的值。
 
    6、日期转换。在数据仓库中日期值一般都会有特定的,不同于日期类型值的表示方法,例如使用8位整型20040801表示日期。而在数据源中,这种字段基本都是日期类型的,所以对于这样的规则,需要一些共通函数来处理将日期转换为8位日期值、6位月份值等。
 
    7、日期运算。基于日期,我们通常会计算日差、月差、时长等。一般数据库提供的日期运算函数都是基于日期型的,而在数据仓库中采用特定类型来表示日期的话,必须有一套自己的日期运算函数集。
 
    8、聚集运算。对于事实表中的度量字段,他们通常是通过数据源一个或多个字段运用聚集函数得来的,这些聚集函数为SQL标准中,包括sum,count,avg,min,max。
 
    9、既定取值。这种规则和以上各种类型规则的差别就在于它不依赖于数据源字段,对目标字段取一个固定的或是依赖系统的值。
 
 
探求ETL本质之四(数据质量) 
 
    “不要绝对的数据准确,但要知道为什么不准确。”
 
    这是我们在构建BI系统是对数据准确性的要求。确实,对绝对的数据准确谁也没有把握,不仅是系统集成商,包括客户也是无法确定。准确的东西需要一个标准,但首先要保证这个标准是准确的,至少现在还没有这样一个标准。客户会提出一个相对标准,例如将你的OLAP数据结果和报表结果对比。虽然这是一种不太公平的比较,你也只好认了吧。
 
    首先在数据源那里,已经很难保证数据质量了,这一点也是事实。在这一层有哪些可能原因导致数据质量问题?可以分为下面几类:
 
    1、数据格式错误。例如缺失数据、数据值超出范围或是数据格式非法等。要知道对于同样处理大数据量的数据源系统,他们通常会舍弃一些数据库自身的检查机制,例如字段约束等。他们尽可能将数据检查在入库前保证,但是这一点是很难确保的。这类情况诸如身份证号码、手机号、非日期类型的日期字段等。
 
    2、数据一致性。同样,数据源系统为了性能的考虑,会在一定程度上舍弃外键约束,这通常会导致数据不一致。例如在帐务表中会出现一个用户表中没有的用户ID,在例如有些代码在代码表中找不到等。
 
    3、业务逻辑的合理性。这一点很难说对与错。通常,数据源系统的设计并不是非常严谨,例如让用户开户日期晚于用户销户日期都是有可能发生的,一个用户表中存在多个用户ID也是有可能发生的。对这种情况,有什么办法吗?

    构建一个BI系统,要做到完全理解数据源系统根本就是不可能的。特别是数据源系统在交付后,有更多维护人员的即兴发挥,那更是要花大量的时间去寻找原因。以前曾经争辩过设计人员对规则描述的问题,有人提出要在ETL开始之前务必将所有的规则弄得一清二楚。我并不同意这样的意见,倒是认为在ETL过程要有处理这些质量有问题数据的保证。一定要正面这些脏数据,是丢弃还是处理,无法逃避。如果没有质量保证,那么在这个过程中,错误会逐渐放大,抛开数据源质量问题,我们再来看看ETL过程中哪些因素对数据准确性产生重大影响。
 
    1、规则描述错误。上面提到对设计人员对数据源系统理解的不充分,导致规则理解错误,这是一方面。另一方面,是规则的描述,如果无二义性地描述规则也是要探求的一个课题。规则是依附于目标字段的,在探求之三中,提到规则的分类。但是规则总不能总是用文字描述,必须有严格的数学表达方式。我甚至想过,如果设计人员能够使用某种规则语言来描述,那么我们的ETL单元就可以自动生成、同步,省去很多手工操作了。
 
    2、ETL开发错误。即时规则很明确,ETL开发的过程中也会发生一些错误,例如逻辑错误、书写错误等。例如对于一个分段值,开区间闭区间是需要指定的,但是常常开发人员没注意,一个大于等于号写成大于号就导致数据错误。
 
    3、人为处理错误。在整体ETL流程没有完成之前,为了图省事,通常会手工运行ETL过程,这其中一个重大的问题就是你不会按照正常流程去运行了,而是按照自己的理解去运行,发生的错误可能是误删了数据、重复装载数据等。
 
 
探求ETL本质之五(质量保证)
 
    上回提到ETL数据质量问题,这是无法根治的,只能采取特定的手段去尽量避免,而且必须要定义出度量方法来衡量数据的质量是好还是坏。对于数据源的质量,客户对此应该更加关心,如果在这个源头不能保证比较干净的数据,那么后面的分析功能的可信度也都成问题。数据源系统也在不断进化过程中,客户的操作也在逐渐规范中,BI系统也同样如此。本文探讨一下对数据源质量和ETL处理质量的应对方法。
 
    如何应对数据源的质量问题?记得在onteldatastage列表中也讨论过一个话题——“-1的处理”,在数据仓库模型维表中,通常有一条-1记录,表示“未知”,这个未知含义可广了,任何可能出错的数据,NULL数据甚至是规则没有涵盖到的数据,都转成-1。这是一种处理脏数据的方法,但这也是一种掩盖事实的方法。就好像写一个函数FileOpen(filename),返回一个错误码,当然,你可以只返回一种错误码,如-1,但这是一种不好的设计,对于调用者来说,他需要依据这个错误码进行某些判断,例如是文件不存在,还是读取权限不够,都有相应的处理逻辑。数据仓库中也是一样,所以,建议将不同的数据质量类型处理结果分别转换成不同的值,譬如,在转换后,-1表示参照不上,-2表示NULL数据等。不过这仅仅对付了上回提到的第一类错误,数据格式错误。对于数据一致性和业务逻辑合理性问题,这仍有待探求。但这里有一个原则就是“必须在数据仓库中反应数据源的质量”。
 
    对于ETL过程中产生的质量问题,必须有保障手段。从以往的经验看,没有保障手段给实施人员带来麻烦重重。实施人员对于反复装载数据一定不会陌生,甚至是最后数据留到最后的Cube,才发现了第一步ETL其实已经错了。这个保障手段就是数据验证机制,当然,它的目的是能够在ETL过程中监控数据质量,产生报警。这个模块要将实施人员当作是最终用户,可以说他们是数据验证机制的直接收益者。
 
    首先,必须有一个对质量的度量方法,什么是高质什么是低质,不能靠感官感觉,但这却是在没有度量方法条件下通常的做法。那经营分析系统来说,联通总部曾提出测试规范,这其实就是一种度量方法,例如指标的误差范围不能高于5%等,对系统本身来说其实必须要有这样的度量方法,先不要说这个度量方法是否科学。对于ETL数据处理质量,他的度量方法应该比联通总部测试规范定义的方法更要严格,因为他更多将BI系统看作一个黑盒子,从数据源到展现的数据误差允许一定的误差。而ETL数据处理质量度量是一种白盒的度量,要注重每一步过程。因此理论上,要求输入输出的指标应该完全一致。但是我们必须正面完全一致只是理想,对于有误差的数据,必须找到原因。
 
    在质量度量方法的前提下,就可以建立一个数据验证框架。此框架依据总量、分量数据稽核方法,该方法在高的《数据仓库中的数据稽核技术》一文中已经指出。作为补充,下面提出几点功能上的建议:
 
    1、提供前端。将开发实施人员当作用户,同样也要为之提供友好的用户界面。《稽核技术》一文中指出测试报告的形式,这种形式还是要依赖人为判断,在一堆数据中去找规律。到不如用OLAP的方式提供界面,不光是加上测试统计出来的指标结果,并且配合度量方法的计算。例如误差率,对于误差率为大于0的指标,就要好好查一下原因了。
 
    2、提供框架。数据验证不是一次性工作,而是每次ETL过程中都必须做的。因此,必须有一个框架,自动化验证过程,并提供扩展手段,让实施人员能够增加验证范围。有了这样一个框架,其实它起到规范化操作的作用,开发实施人员可以将主要精力放在验证脚本的编写上,而不必过多关注验证如何融合到流程中,如何展现等工作。为此,要设计一套表,类似于DM表,每次验证结果数据都记录其中,并且自动触发多维分析的数据装载、发布等。这样,实施人员可以在每次装载,甚至在流程过程中就可以观察数据的误差率。特别是,如果数据仓库的模型能够统一起来,甚至数据验证脚本都可以确定下来,剩下的就是规范流程了。
 
    3、规范流程。上回提到有一种ETL数据质量问题是由于人工处理导致的,其中最主要原因还是流程不规范。开发实施人员运行单独一个ETL单元是很方便的,虽然以前曾建议一个ETL单元必须是"可重入"的,这能够解决误删数据,重复装载数据问题。但要记住数据验证也是在流程当中,要让数据验证能够日常运作,就不要让实施者感觉到他的存在。总的来说,规范流程是提高实施效率的关键工作,这也是以后要继续探求的。
 
 
探求ETL本质之六(元数据漫谈) 
 
    对于元数据(Metadata)的定义到目前为止没有什么特别精彩的,这个概念非常广,一般都是这样定义,“元数据是描述数据的数据(Data about Data)”,这造成一种递归定义,就像问小强住在哪里,答,在旺财隔壁。按照这样的定义,元数据所描述的数据是什么呢?还是元数据。这样就可能有元元元...元数据。我还听说过一种对元数据,如果说数据是一抽屉档案,那么元数据就是分类标签。那它和索引有什么区别?
    元数据体现是一种抽象,哲学家从古至今都在抽象这个世界,力图找到世界的本质。抽象不是一层关系,它是一种逐步由具体到一般的过程。例如我->男人->人->哺乳动物->生物这就是一个抽象过程,你要是在软件业混会发现这个例子很常见,面向对象方法就是这样一种抽象过程。它对世界中的事物、过程进行抽象,使用面向对象方法,构建一套对象模型。同样在面向对象方法中,类是对象的抽象,接口又是对类的抽象。因此,我认为可以将“元”和“抽象”换一下,叫抽象数据是不是好理解一些。
 
    常听到这样的话,“xx领导的讲话高屋建瓴,给我们后面的工作指引的清晰的方向”,这个成语“高屋建瓴”,站在10楼往下倒水,居高临下,能砸死人,这是指站在一定的高度看待事物,这个一定的高度就是指他有够“元”。在设计模式中,强调要对接口编程,就是说你不要处理这类对象和那类对象的交互,而要处理这个接口和那个接口的交互,先别管他们内部是怎么干的。
 
    元数据存在的意义也在于此,虽然上面说了一通都扯到哲学上去,但这个词必须还是要结合软件设计中看,我不知道在别的领域是不是存在Metadata这样的叫法,虽然我相信别的领域必然有类似的东东。元数据的存在就是要做到在更高抽象一层设计软件。这肯定有好处,什么灵活性啊,扩展性啊,可维护性啊,都能得到提高,而且架构清晰,只是弯弯太多,要是从下往上看,太复杂了。很早以前,我曾看过backorifice的代码,我靠,一个简单的功能,从这个类转到父类,又转到父类,很不理解,为什么一个简单的功能不在一个类的方法中实现就拉到了呢?现在想想,还真不能这样,这虽然使代码容易看懂了,但是结构确是混乱的,那他只能干现在的事,如果有什么功能扩展,这些代码就废了。
 
    我从98年刚工作时就开始接触元数据的概念,当时叫做元数据驱动的系统架构,后来在QiDSS中也用到这个概念构建QiNavigator,但是现在觉得元数据也没啥,不就是建一堆表描述界面的元素,再利用这些数据自动生成界面吗。到了数据仓库系统中,这个概念更强了,是数据仓库中一个重要的部分。但是至今,我还是认为这个概念过于玄乎,看不到实际的东西,市面上有一些元数据管理的东西,但是从应用情况就得知,用的不多。之所以玄乎,就是因为抽象层次没有分清楚,关键就是对于元数据的分类(这种分类就是一种抽象过程)和元数据的使用。你可以将元数据抽象成0和1,但是那样对你的业务有用吗?必须还得抽象到适合的程度,最后问题还是“度”。
 
    数据仓库系统的元数据作用如何?还不就是使系统自动运转,易于管理吗?要做到这一步,可没必要将系统抽象到太极、两仪、八卦之类的,业界也曾定义过一些元数据规范,向CWM、XMI等等,可以借鉴,不过俺对此也是不精通的说,以后再说。
 
 
 

Guess you like

Origin http://43.154.161.224:23101/article/api/json?id=326301647&siteId=291194637
ETL