助力工业物联网，工业大数据之分层总体设计

Posted 2023-03-03 Maynor996

数仓设计及数据采集

01：课程回顾

1. 一站制造项目的需求是什么？

   • 行业：工业物联网
   • 项目：加油站服务商数据分析平台
   • 需求
     • 提高服务质量：安装、维修、巡检、改造工单分析，回访分析
     • 合理规划成本运算：收益分析、报销分析、物料成本

2. 一站制造项目的技术选型是什么？

   • 数据来源：Oracle【CRM系统、客服系统、报销系统】
   • 数据采集：Sqoop
   • 数据存储：Hive数据仓库
   • 数据计算：SparkSQL【离线+实时、DSL + SQL】
   • 数据应用：mysql + Grafana
   • 调度工具：Airflow
   • 服务监控：Prometheus
   • 资源容器：Docker

3. Docker中的基本容器管理命令是什么？

   • 启动和关闭：docker start|stop 容器名称
   • 进入和退出
     • docker exec -it 容器名称 bash
     • exit

4. 问题

   • DG连接问题

     • 原理：JDBC：用Java代码连接数据库

     • Hive/SparkSQL：端口有区别

       • 可以为同一个端口，只要不在同一台机器

       • 项目：一台机器

         • HiveServer：10000

           hiveserver.port = 10000
           

         • SparkSQL：10001

           start-thriftserver.sh --hiveserver.prot = 10001
           

     • MySQL：hostname、port、username、password

     • Oracle：hostname、port、username、password、sid

     • 驱动导入

       • 自动导入：MYSQL、Oracle
       • 手动导入：Hive、SparkSQL
         • step1：清空所有自带的包
         • step2：导入所有的包
           • hive-2.1.0
           • hive-2.1.0-spark

   • CS模式设计问题

     • Thrift启动问题
     • CS模式：客户端服务端模式
       • Client：客户端
         • Hive：Beeline、Hue
         • SparkSQL
       • Server：服务端
         • Hive：Hiveserver2【负责解析SQL语句】
           • HiveServer作为Metastore的客户端
           • MetaStore作为HiveServer的服务端
         • SparkSQL：ThriftServer【负责解析SQL语句转换为SparkCore程序】
           • 放入hive-site.xml文件到Spark的conf目录的目的？
             • 让SparkSQL能够访问Hive的元数据服务的地址：metastore、
             • 为了访问Hive
           • 不放行不行：可以
           • 启动ThriftServer或者HiveServer
             • docker start hadoop
             • docker start hive
             • docker start spark

   • 问题：思路

     • 现象：异常

       • Python：error：xxxxxx
       • Java：throw Exception：xxxxxxxxx
       • 进程没有明显报错：找日志文件
         • 日志文件：logs
         • 查看日志：tail -100f logs/xxxxxxxx.log

     • 分析错误

       • ArrayoutofIndex
       • NullException
       • ClassNotFound
       • 自己先尝试解决
       • 如果解决不了，就问老师

02：课程目标

1. 数据仓库设计
   • 建模：维度建模：【事实表、维度表】
   • 分层：ODS、DW【DWD、DWM、DWS】、APP
   • 掌握本次项目中数仓的分层
     • ODS、DWD、DWB、DWS、ST、DM
2. 业务系统流程和数据来源
   • 数据源
   • 常见的数据表
3. 数据采集
   • 核心1：实现自动化增量采集
   • 核心2：Sqoop采集中的一个特殊问题以及解决方案

03：数仓设计回顾

• 目标：了解数据仓库设计的核心

• 路径

  • step1：分层
  • step2：建模

• 实施

  • 分层

    • 什么是分层？
      • 本质：规范化数据的处理流程
      • 实现：每一层在Hive中就是一个数据库
    • 为什么要分层？
      • 清晰数据结构：每一个数据分层都有它的作用域，这样我们在使用表的时候能更方便地定位和理解。
      • 数据血缘追踪：简单来讲可以这样理解，我们最终给业务诚信的是一能直接使用的张业务表，但是它的来源有很多，如果有一张来源表出问题了，我们希望能够快速准确地定位到问题，并清楚它的危害范围。
      • 减少重复开发：规范数据分层，开发一些通用的中间层数据，能够减少极大的重复计算。
      • 把复杂问题简单化：一个复杂的任务分解成多个步骤来完成，每一层只处理单一的步骤，比较简单和容易理解。
      • 屏蔽原始数据的异常对业务的影响：不必改一次业务就需要重新接入数据
    • 怎么分层？
      • ODS：原始数据层/操作数据层，最接近与原始数据的层次，数据基本与原始数据保持一致
      • DW：数据仓库层，实现数据的处理转换
        • DWD：实现ETL
        • DWM：轻度聚合
        • DWS：最终聚合
      • ADS/APP/DA：数据应用层

  • 建模

    • 什么是建模？

      • 本质：决定了数据存储的方式，表的设计

    • 为什么要建模？

      • 大数据系统需要数据模型方法来帮助更好地组织和存储数据，以便在性能、成本、效率和质量之间取得最佳平衡。
      • 性能：良好的数据模型能帮助我们快速查询所需要的数据，减少数据的I/O吞吐
      • 成本：良好的数据模型能极大地减少不必要的数据冗余，也能实现计算结果复用，极大地降低大数据系统中的存储和计算成本
      • 效率：良好的数据模型能极大地改善用户使用数据的体验，提高使用数据的效率
      • 质量：良好的数据模型能改善数据统计口径的不一致性，减少数据计算错误的可能性

    • 有哪些建模方法？

      • ER模型：从全企业的高度设计一个 3NF 【三范式】模型，用实体关系模型描述企业业务，满足业务需求的存储
      • 维度模型：从分析决策的需求出发构建模型，为分析需求服务，重点关注用户如何更快速的完成需求分析，具有较好的大规模复杂查询的响应性能
      • Data Vault：ER 模型的衍生，基于主题概念将企业数据进行结构化组织，并引入了更进一步的范式处理来优化模型，以应对源系统变更的扩展性
      • Anchor：一个高度可扩展的模型，核心思想是所有的扩展知识添加而不是修改，因此将模型规范到 6NF，基本变成了 k-v 结构化模型

    • 怎么构建维度模型步骤？

      • a.选择业务过程：你要做什么？
      • b.声明粒度：你的分析基于什么样的颗粒度？
      • c.确认环境的维度：你的整体有哪些维度？
      • d.确认用于度量的事实：你要基于这些维度构建哪些指标？

    • 具体的实施流程是什么？

      • a.需求调研：业务调研和数据调研

        • 业务调研：明确分析整个业务实现的过程
        • 数据调研：数据的内容是什么

      • b.划分主题域：面向业务将业务划分主题

        • 构建哪些主题域以及每个主题域中有哪些主题

        • 服务域：工单主题、回访主题、物料主题

    • c.构建维度总线矩阵：明确每个业务主题对应的维度关系

      主题域：主题	时间维度	地区维度
      工单主题	Y	Y
      回访主题	N	Y
      物料主题	Y	N

    • d.明确指标统计：明确所有原生指标与衍生指标

      • 工单主题：安装工单个数、维修工单个数……

        • 回访主题：用户满意个数、不满意个数、服务态度不满意个数、技术能力不满意个数

      • e.定义事实与维度规范

        • 分层规范
        • 开发规范

      • ……

    • f.代码开发

  • 事实表

    • 表的分类

      • 事务事实表：原始的事务事实的数据表，原始业务数据表
      • 周期快照事实表：周期性对事务事实进行聚合的结果
      • 累计快照事实表：随着时间的变化，事实是不定的，不断完善的过程

    • 无事实事实表：特殊的事实表，里面没有事实，是多个维度的组合，用于求事实的差值

    • 值的分类

      • 可累加事实：在任何维度下指标的值都可以进行累加
      • 半可累加事实：在一定维度下指标的值都可以进行累加
      • 不可累加事实：在任何维度下指标的值都不可以进行累加

    • 维度表

      • 维度设计模型
        • 雪花模型：维度表拥有子维度表，部分维度表关联在维度表中，间接的关联事实表
        • 星型模型/星座模型：维度表没有子维度，直接关联在事实表上，星座模型中有多个事实
      • 上卷与下钻
        • 上卷：从小维度到一个大的维度，颗粒度从细到粗
        • 下钻：从大维度到一个小的维度，颗粒度从粗到细

    • 拉链表

      • 功能：解决事实中渐变维度发生变化的问题，通过时间来标记维度的每一种状态，存储所有状态

      • 实现

        • step1：先采集所有增量数据到更新表中
        • step2：将更新表的数据与老的拉链表的数据进行合并写入一张临时表
        • step3：将临时表的结果覆盖到拉链表中

• 小结

  • 了解数据仓库设计的核心

04：分层整体设计

• 目标：掌握油站分析项目中的分层整体设计

• 实施

  

  • ODS：原始数据层：最接近于原始数据的层次，直接采集写入层次：原始事务事实表

  • DWD：明细数据层：对ODS层的数据根据业务需求实现ETL以后的结果：ETL以后事务事实表

  • DWB：基础数据层：类似于以前讲解的DWM，轻度聚合

    • 关联：将主题事实的表进行关联，所有与这个主题相关的字段合并到一张表
    • 聚合：基于主题的事务事实构建基础指标
    • 主题事务事实表

  • ST：数据应用层：类似于以前讲解的APP，存储每个主题基于维度分析聚合的结果：周期快照事实表

    • 供数据分析的报表

  • DM：数据集市：按照不同部门的数据需求，将暂时没有实际主题需求的数据存储

    • 做部门数据归档，方便以后新的业务需求的迭代开发

  • DWS：维度数据层：类似于以前讲解的DIM：存储维度数据表

  • 数据仓库设计方案

    • 从上到下：在线教育：先明确需求和主题，然后基于主题的需求采集数据，处理数据
      • 场景：数据应用比较少，需求比较简单
    • 上下到上：一站制造：将整个公司所有数据统一化在数据仓库中存储准备，根据以后的需求，动态直接获取数据
      • 场景：数据应用比较多，业务比较复杂

• 小结

  • 掌握油站分析项目中的分层整体设计
    • ODS：原始数据层
    • DWD：明细数据层
    • DWB：轻度汇总层
    • ST：数据应用层
    • DM：数据集市层
    • DWS：维度数据层

05：分层具体功能

• 目标：掌握油站分析的每层的具体功能

• 实施

  • ODS

    • 数据内容：存储所有原始业务数据，基本与Oracle数据库中的业务数据保持一致
    • 数据来源：使用Sqoop从Oracle中同步采集
    • 存储设计：Hive分区表，avro文件格式存储，保留3个月

  • DWD

    • 数据内容：存储所有业务数据的明细数据
    • 数据来源：对ODS层的数据进行ETL扁平化处理得到
    • 存储设计：Hive分区表，orc文件格式存储，保留所有数据

  • DWB

    • 数据内容：存储所有事实与维度的基本关联、基本事实指标等数据
    • 数据来源：对DWD层的数据进行清洗过滤、轻度聚合以后的数据
    • 存储设计：Hive分区表，orc文件格式存储，保留所有数据

  • ST

    • 数据内容：存储所有报表分析的事实数据
    • 数据来源：基于DWB和DWS层，通过对不同维度的统计聚合得到所有报表事实的指标

  • DM

    • 数据内容：存储不同部门所需要的不同主题的数据
    • 数据来源：对DW层的数据进行聚合统计按照不同部门划分

  • DWS

    • 数据内容：存储所有业务的维度数据：日期、地区、油站、呼叫中心、仓库等维度表

    • 数据来源：对DWD的明细数据中抽取维度数据
    • 存储设计：Hive普通表，orc文件 + Snappy压缩
    • 特点：数量小、很少发生变化、全量采集

• 小结

  • 掌握油站分析的每层的具体功能