ETL技术( Extract-Transform-Load) 数据仓库技术-比如kettle

每次面试,互联网的面试官,经常问我有没有用过ETL,每次我都懵逼,说没用过,觉得是多么高大上的东东,数据仓储

今天查了一下,我晕,自己天天用的Kettle就是最典型的ETL,

可以实现不同数据库之间的数据抽取,转换,只需要你有相应的数据库driver即可

查了一下资料记录一下:

ETL,是英文 Extract-Transform-Load 的缩写,用来描述将数据从来源端经过抽取(extract)、转换(transform)、加载(load)至目的端的过程。ETL一词较常用在数据仓库,但其对象并不限于数据仓库。
ETL是构建数据仓库的重要一环,用户从数据源抽取出所需的数据,经过数据清洗,最终按照预先定义好的数据仓库模型,将数据加载到数据仓库中去。
信息是现代企业的重要资源,是企业运用科学管理、决策分析的基础。目前,大多数企业花费大量的资金和时间来构建联机事务处理OLTP的业务系统和办公自动化系统,用来记录事务处理的各种相关数据。据统计,数据量每2~3年时间就会成倍增长,这些数据蕴含着巨大的商业价值,而企业所关注的通常只占在总数据量的2%~4%左右。因此,企业仍然没有最大化地利用已存在的数据资源,以至于浪费了更多的时间和资金,也失去制定关键商业决策的最佳契机。于是,企业如何通过各种技术手段,并把数据转换为信息、知识,已经成了提高其核心竞争力的主要瓶颈。而ETL则是主要的一个技术手段。

工具应用

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ETL工具的典型代表有:Informatica、Datastage、OWB、微软DTS、BeeloadKettle等等……
开源的工具有eclipse的etl插件:cloveretl
ETL的质量问题具体表现为正确性、完整性、一致性、完备性、有效性、时效性和可获取性等几个特性。而影响质量问题的原因有很多,由系统集成和历史数据造成的原因主要包括:业务系统不同时期系统之间数据模型不一致;业务系统不同时期业务过程有变化;旧系统模块在运营、人事、财务、办公系统等相关信息的不一致;遗留系统和新业务、管理系统数据集成不完备带来的不一致性。
实现ETL,首先要实现ETL转换的过程。体现为以下几个方面:
1、空值处理:可捕获字段空值,进行加载或替换为其他含义数据,并可根据字段空值实现分流加载到不同目标库。
2、规范化数据格式:可实现字段格式约束定义,对于数据源中时间、数值、字符等数据,可自定义加载格式。
3、拆分数据:依据业务需求对字段可进行分解。例,主叫号 861082585313-8148,可进行区域码和电话号码分解。
4、验证数据正确性:可利用Lookup及拆分功能进行数据验证。例如,主叫号861082585313-8148,进行区域码和电话号码分解后,可利用Lookup返回主叫网关或交换机记载的主叫地区,进行数据验证。
5、数据替换:对于因业务因素,可实现无效数据、缺失数据的替换。
6、Lookup:查获丢失数据 Lookup实现子查询,并返回用其他手段获取的缺失字段,保证字段完整性。
7、建立ETL过程的主外键约束:对无依赖性的非法数据,可替换或导出到错误数据文件中,保证主键唯一记录的加载。

体系结构

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ETL工具目前有两种技术架构——ETL架构和ELT架构,不仔细看好像没什么不同之处,那么这两种架构到底有什么区别呢? [1] 

ETL架构

ETL技术( Extract-Transform-Load) 数据仓库技术-比如kettle

在ETL架构中,数据的流向是从源数据流到ETL工具,ETL工具是一个单独的数据处理引擎,一般会在单独的硬件服务器上,实现所有数据转化的工作,然后将数据加载到目标数据仓库中,如果要增加整个ETL过程的效率,则只能增强ETL工具服务器的配置,优化系统处理流程(一般可调的东西非常少)。IBM的datastage和Informatica的powercenter原来都是采用的这种架构。

ETL架构的优势:
  1. ETL可以分担数据库系统的负载(采用单独的硬件服务器)
  2. ETL相对于EL-T架构可以实现更为复杂的数据转化逻辑
  3. ETL采用单独的硬件服务器。.
  4. ETL与底层的数据库数据存储无关。

ELT架构

ETL技术( Extract-Transform-Load) 数据仓库技术-比如kettle

ELT架构中,ELT只负责提供图形化的界面来设计业务规则,数据的整个加工过程都在目标和源的数据库之间流动,ELT协调相关的数据库系统来执行相关的应用,数据加工过程既可以在源数据库端执行,也可以在目标数据仓库端执行(主要取决于系统的架构设计和数据属性)。当ETL过程需要提高效率,则可以通过对相关数据库进行调优,或者改变执行加工的服务器就可以达到。一般数据库厂商会力推该种架构,像OracleTeradata都极力宣传ELT架构。

ELT架构的优势:
  1. ELT主要通过数据库引擎来实现系统的可扩展性(尤其是当数据加工过程在晚上时,可以充分利用数据库引擎的资源)
  2. ELT可以保持所有的数据始终在数据库当中,避免数据的加载和导出,从而保证效率,提高系统的可监控性。
  3. ELT可以根据数据的分布情况进行并行处理优化,并可以利用数据库的固有功能优化磁盘I/O。
  4. ELT的可扩展性取决于数据库引擎和其硬件服务器的可扩展性。
  5. 通过对相关数据库进行性能调优,ETL过程获得3到4倍的效率提升一般不是特别困难。

注意事项

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为了能更好地实现ETL,用户在实施ETL过程中应注意以下几点:
第一,如果条件允许,可利用数据中转区对运营数据进行预处理,保证集成与加载的高效性;
第二,如果ETL的过程是主动“拉取”,而不是从内部“推送”,其可控性将大为增强;
第三,ETL之前应制定流程化的配置管理和标准协议;
第四,关键数据标准至关重要。ETL面临的最大挑战是当接收数据时其各源数据的异构性和低质量。以电信为例,A系统按照统计代码管理数据,B系统按照账目数字管理,C系统按照语音ID管理。当ETL需要对这三个系统进行集成以获得对客户的全面视角时,这一过程需要复杂的匹配规则、名称/地址正常化与标准化。而ETL在处理过程中会定义一个关键数据标准,并在此基础上,制定相应的数据接口标准。
第五,将数据加载到个体数据集时。在没有一个集中化的数据库情况下,拥有数据模板是非常重要的。它们是标准化的接口,每一个个体或者部门数据集市都能够填充。确保你的ETL工具有这样的功能,能够扩展到一个数据仓库平台,将信息从一个数据集市流动到下一个。 [2] 

特色功能

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ETL过程在很大程度上受企业对源数据的理解程度的影响,也就是说从业务的角度看数据集成非常重要。一个优秀的ETL设计应该具有如下功能:

管理简单

采用元数据方法,集中进行管理;接口、数据格式、传输有严格的规范;尽量不在外部数据源安装软件;数据抽取系统流程自动化,并有自动调度功能;抽取的数据及时、准确、完整;可以提供同各种数据系统的接口,系统适应性强;提供软件框架系统,系统功能改变时,应用程序很少改变便可适应变化;可扩展性强。

标准定义数据

合理的业务模型设计对ETL至关重要。数据仓库是企业唯一、真实、可靠的综合数据平台。数据仓库的设计建模一般都依照三范式、星型模型、雪花模型,无论哪种设计思想,都应该最大化地涵盖关键业务数据,把运营环境中杂乱无序的数据结构统一成为合理的、关联的、分析型的新结构,而ETL则会依照模型的定义去提取数据源,进行转换、清洗,并最终加载到目标数据仓库中。
模型的重要之处在于对数据做标准化定义,实现统一的编码、统一的分类和组织。标准化定义的内容包括:标准代码统一、业务术语统一。ETL依照模型进行初始加载、增量加载、缓慢增长维、慢速变化维、事实表加载等数据集成,并根据业务需求制定相应的加载策略、刷新策略、汇总策略、维护策略。

拓展新型应用

对业务数据本身及其运行环境的描述与定义的数据,称之为元数据(metadata)。元数据是描述数据的数据。从某种意义上说,业务数据主要用于支持业务系统应用的数据,而元数据则是企业信息门户、客户关系管理、数据仓库、决策支持和B2B等新型应用所不可或缺的内容。
元数据的典型表现为对象的描述,即对数据库、表、列、列属性(类型、格式、约束等)以及主键/外部键关联等等的描述。特别是现行应用的异构性与分布性越来越普遍的情况下,统一的元数据就愈发重要了。“信息孤岛”曾经是很多企业对其应用现状的一种抱怨和概括,而合理的元数据则会有效地描绘出信息的关联性。
元数据对于ETL的集中表现为:定义数据源的位置及数据源的属性、确定从源数据到目标数据的对应规则、确定相关的业务逻辑、在数据实际加载前的其他必要的准备工作,等等,它一般贯穿整个数据仓库项目,而ETL的所有过程必须最大化地参照元数据,这样才能快速实现ETL。

 

ETL是将业务系统的数据经过抽取、清洗转换之后加载到数据仓库的过程,目的是将企业中的分散、零乱、标准不统一的数据整合到一起,为企业的决策提供分析依据。 ETL是BI项目重要的一个环节。 通常情况下,在BI项目中ETL会花掉整个项目至少1/3的时间,ETL设计的好坏直接关接到BI项目的成败。

  ETL的设计分三部分:数据抽取、数据的清洗转换、数据的加载。在设计ETL的时候我们也是从这三部分出发。数据的抽取是从各个不同的数据源抽取到ODS(Operational Data Store,操作型数据存储)中——这个过程也可以做一些数据的清洗和转换),在抽取的过程中需要挑选不同的抽取方法,尽可能的提高ETL的运行效率。ETL三个部分中,花费时间最长的是“T”(Transform,清洗、转换)的部分,一般情况下这部分工作量是整个ETL的2/3。数据的加载一般在数据清洗完了之后直接写入DW(Data Warehousing,数据仓库)中去。

  ETL的实现有多种方法,常用的有三种。一种是借助ETL工具(如Oracle的OWB、SQL Server 2000的DTS、SQL Server2005的SSIS服务、Informatic等)实现,一种是SQL方式实现,另外一种是ETL工具和SQL相结合。前两种方法各有各的优缺点,借助工具可以快速的建立起ETL工程,屏蔽了复杂的编码任务,提高了速度,降低了难度,但是缺少灵活性。SQL的方法优点是灵活,提高ETL运行效率,但是编码复杂,对技术要求比较高。第三种是综合了前面二种的优点,会极大地提高ETL的开发速度和效率。

  一、 数据的抽取(Extract)

  这一部分需要在调研阶段做大量的工作,首先要搞清楚数据是从几个业务系统中来,各个业务系统的数据库服务器运行什么DBMS,是否存在手工数据,手工数据量有多大,是否存在非结构化的数据等等,当收集完这些信息之后才可以进行数据抽取的设计。

  1、对于与存放DW的数据库系统相同的数据源处理方法

  这一类数据源在设计上比较容易。一般情况下,DBMS(SQLServer、Oracle)都会提供数据库链接功能,在DW数据库服务器和原业务系统之间建立直接的链接关系就可以写Select 语句直接访问。

  2、对于与DW数据库系统不同的数据源的处理方法

  对于这一类数据源,一般情况下也可以通过ODBC的方式建立数据库链接——如SQL Server和Oracle之间。如果不能建立数据库链接,可以有两种方式完成,一种是通过工具将源数据导出成.txt或者是.xls文件,然后再将这些源系统文件导入到ODS中。另外一种方法是通过程序接口来完成。

  3、对于文件类型数据源(.txt,.xls),可以培训业务人员利用数据库工具将这些数据导入到指定的数据库,然后从指定的数据库中抽取。或者还可以借助工具实现。

  4、增量更新的问题

  对于数据量大的系统,必须考虑增量抽取。一般情况下,业务系统会记录业务发生的时间,我们可以用来做增量的标志,每次抽取之前首先判断ODS中记录最大的时间,然后根据这个时间去业务系统取大于这个时间所有的记录。利用业务系统的时间戳,一般情况下,业务系统没有或者部分有时间戳。

二、数据的清洗转换(Cleaning、Transform)

  一般情况下,数据仓库分为ODS、DW两部分。通常的做法是从业务系统到ODS做清洗,将脏数据和不完整数据过滤掉,在从ODS到DW的过程中转换,进行一些业务规则的计算和聚合。

  1、 数据清洗

  数据清洗的任务是过滤那些不符合要求的数据,将过滤的结果交给业务主管部门,确认是否过滤掉还是由业务单位修正之后再进行抽取。

不符合要求的数据主要是有不完整的数据、错误的数据、重复的数据三大类。

  (1)不完整的数据:这一类数据主要是一些应该有的信息缺失,如供应商的名称、分公司的名称、客户的区域信息缺失、业务系统中主表与明细表不能匹配等。对于这一类数据过滤出来,按缺失的内容分别写入不同Excel文件向客户提交,要求在规定的时间内补全。补全后才写入数据仓库。

  (2)错误的数据:这一类错误产生的原因是业务系统不够健全,在接收输入后没有进行判断直接写入后台数据库造成的,比如数值数据输成全角数字字符、字符串数据后面有一个回车操作、日期格式不正确、日期越界等。这一类数据也要分类,对于类似于全角字符、数据前后有不可见字符的问题,只能通过写SQL语句的方式找出来,然后要求客户在业务系统修正之后抽取。日期格式不正确的或者是日期越界的这一类错误会导致ETL运行失败,这一类错误需要去业务系统数据库用SQL的方式挑出来,交给业务主管部门要求限期修正,修正之后再抽取。

  (3)重复的数据:对于这一类数据——特别是维表中会出现这种情况——将重复数据记录的所有字段导出来,让客户确认并整理。

  数据清洗是一个反复的过程,不可能在几天内完成,只有不断的发现问题,解决问题。对于是否过滤,是否修正一般要求客户确认,对于过滤掉的数据,写入Excel文件或者将过滤数据写入数据表,在ETL开发的初期可以每天向业务单位发送过滤数据的邮件,促使他们尽快地修正错误,同时也可以做为将来验证数据的依据。数据清洗需要注意的是不要将有用的数据过滤掉,对于每个过滤规则认真进行验证,并要用户确认。

  2、 数据转换

  数据转换的任务主要进行不一致的数据转换、数据粒度的转换,以及一些商务规则的计算。

  (1)不一致数据转换:这个过程是一个整合的过程,将不同业务系统的相同类型的数据统一,比如同一个供应商在结算系统的编码是XX0001,而在CRM中编码是YY0001,这样在抽取过来之后统一转换成一个编码。

  (2)数据粒度的转换:业务系统一般存储非常明细的数据,而数据仓库中数据是用来分析的,不需要非常明细的数据。一般情况下,会将业务系统数据按照数据仓库粒度进行聚合。

  (3)商务规则的计算:不同的企业有不同的业务规则、不同的数据指标,这些指标有的时候不是简单的加加减减就能完成,这个时候需要在ETL中将这些数据指标计算好了之后存储在数据仓库中,以供分析使用。

三、ETL日志、警告发送

  1、 ETL日志

  ETL日志分为三类。

一类是执行过程日志,这一部分日志是在ETL执行过程中每执行一步的记录,记录每次运行每一步骤的起始时间,影响了多少行数据,流水账形式。

一类是错误日志,当某个模块出错的时候写错误日志,记录每次出错的时间、出错的模块以及出错的信息等。

第三类日志是总体日志,只记录ETL开始时间、结束时间是否成功信息。如果使用ETL工具,ETL工具会自动产生一些日志,这一类日志也可以作为ETL日志的一部分。

记录日志的目的是随时可以知道ETL运行情况,如果出错了,可以知道哪里出错。

  2、 警告发送

  如果ETL出错了,不仅要形成ETL出错日志,而且要向系统管理员发送警告。发送警告的方式多种,一般常用的就是给系统管理员发送邮件,并附上出错的信息,方便管理员排查错误。

  ETL是BI项目的关键部分,也是一个长期的过程,只有不断的发现问题并解决问题,才能使ETL运行效率更高,为BI项目后期开发提供准确与高效的数据。

后记

做数据仓库系统,ETL是关键的一环。说大了,ETL是数据整合解决方案,说小了,就是倒数据的工具。回忆一下工作这么长时间以来,处理数据迁移、转换的工作倒还真的不少。但是那些工作基本上是一次性工作或者很小数据量。可是在数据仓库系统中,ETL上升到了一定的理论高度,和原来小打小闹的工具使用不同了。究竟什么不同,从名字上就可以看到,人家已经将倒数据的过程分成3个步骤,E、T、L分别代表抽取、转换和装载。

其实ETL过程就是数据流动的过程,从不同的数据源流向不同的目标数据。但在数据仓库中,

ETL有几个特点,

一是数据同步,它不是一次性倒完数据就拉到,它是经常性的活动,按照固定周期运行的,甚至现在还有人提出了实时ETL的概念。

二是数据量,一般都是巨大的,值得你将数据流动的过程拆分成E、T和L。

现在有很多成熟的工具提供ETL功能,且不说他们的好坏。从应用角度来说,ETL的过程其实不是非常复杂,这些工具给数据仓库工程带来和很大的便利性,特别是开发的便利和维护的便利。但另一方面,开发人员容易迷失在这些工具中。举个例子,VB是一种非常简单的语言并且也是非常易用的编程工具,上手特别快,但是真正VB的高手有多少?微软设计的产品通常有个原则是“将使用者当作傻瓜”,在这个原则下,微软的东西确实非常好用,但是对于开发者,如果你自己也将自己当作傻瓜,那就真的傻了。ETL工具也是一样,这些工具为我们提供图形化界面,让我们将主要的精力放在规则上,以期提高开发效率。从使用效果来说,确实使用这些工具能够非常快速地构建一个job来处理某个数据,不过从整体来看,并不见得他的整体效率会高多少。问题主要不是出在工具上,而是在设计、开发人员上。他们迷失在工具中,没有去探求ETL的本质。可以说这些工具应用了这么长时间,在这么多项目、环境中应用,它必然有它成功之处,它必定体现了ETL的本质。如果我们不透过表面这些工具的简单使用去看它背后蕴涵的思想,最终我们作出来的东西也就是一个个独立的job,将他们整合起来仍然有巨大的工作量。大家都知道“理论与实践相结合”,如果在一个领域有所超越,必须要在理论水平上达到一定的高度.

下面是ETL工具Kettle的使用

参考:ETL工具之Kettle的简单使用一(不同数据库之间的数据抽取-转换-加载)

本文参考了:

参考:ETL(数据仓库技术)

参考:ETL讲解(很详细!!!)

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