هندسة بحيرة البيانات: نظرة معمقة لتطبيق دلتا ليك

في عالم اليوم الذي يعتمد على البيانات، تعتمد المؤسسات في جميع أنحاء العالم بشكل متزايد على بحيرات البيانات لتخزين ومعالجة كميات هائلة من البيانات المنظمة وشبه المنظمة وغير المنظمة. تعمل بحيرة البيانات كمستودع مركزي، مما يمكّن علماء البيانات والمحللين والمهندسين من الوصول إلى البيانات وتحليلها لأغراض مختلفة، بما في ذلك ذكاء الأعمال والتعلم الآلي والتحليلات المتقدمة. ومع ذلك، غالبًا ما تعاني بحيرات البيانات التقليدية من تحديات مثل موثوقية البيانات ومشكلات جودة البيانات ونقص معاملات ACID (الذرية، والاتساق، والعزل، والمتانة). هذا هو المكان الذي يأتي فيه دلتا ليك، حيث يقدم حلاً قويًا وقابلاً للتطوير لمواجهة هذه التحديات وإطلاق الإمكانات الحقيقية لبحيرات البيانات.

ما هي بحيرة البيانات؟

بحيرة البيانات هي مستودع مركزي يسمح لك بتخزين جميع بياناتك المنظمة وشبه المنظمة وغير المنظمة بأي حجم. على عكس مستودع البيانات، الذي يخزن عادةً البيانات المعالجة والمصفاة، تخزن بحيرة البيانات البيانات بتنسيقها الأصلي الخام. يسمح هذا بمرونة ورشاقة أكبر، حيث يمكن تحويل البيانات وتحليلها بطرق مختلفة دون الحاجة إلى تعريف مسبق للمخطط. فكر في الأمر على أنه خزان واسع تتقارب فيه جميع تدفقات البيانات الخاصة بك، في انتظار استغلالها وصقلها.

تحديات بحيرات البيانات التقليدية

على الرغم من إمكاناتها، غالبًا ما تواجه بحيرات البيانات التقليدية العديد من التحديات:

• موثوقية البيانات: يمكن أن تؤدي تنسيقات البيانات غير المتسقة والملفات التالفة والوظائف الفاشلة إلى بيانات غير موثوقة ورؤى غير دقيقة.
• جودة البيانات: يمكن أن يؤدي نقص عمليات التحقق من صحة البيانات وتنظيفها إلى بيانات غير نظيفة أو غير دقيقة، مما يجعل من الصعب الوثوق بنتائج التحليلات.
• نقص معاملات ACID: يمكن أن تؤدي الكتابات والتحديثات المتزامنة لبحيرة البيانات إلى تلف البيانات وعدم اتساقها. بدون معاملات ACID، من الصعب ضمان سلامة البيانات.
• تطور المخطط: مع تطور مصادر البيانات، قد يحتاج مخطط بحيرة البيانات إلى التغيير. يمكن أن تكون إدارة تطور المخطط معقدة وعرضة للأخطاء.
• إدارة البيانات: يمكن أن يكون ضمان أمان البيانات والامتثال والتحكم في الوصول أمرًا صعبًا في بيئة بحيرة البيانات التقليدية.
• مشكلات الأداء: يمكن أن يكون الاستعلام عن مجموعات البيانات الكبيرة ومعالجتها في بحيرة بيانات تقليدية بطيئًا وغير فعال.

تقديم دلتا ليك: حل موثوق وقابل للتطوير

دلتا ليك هي طبقة تخزين مفتوحة المصدر تجلب الموثوقية والجودة والأداء إلى بحيرات البيانات. تم بناء دلتا ليك فوق أباتشي سبارك، ويوفر معاملات ACID وتطور المخطط وإصدار البيانات وميزات أخرى تعالج تحديات بحيرات البيانات التقليدية. فهو يمكّن المؤسسات من بناء خطوط أنابيب بيانات قوية وقابلة للتطوير يمكنها التعامل مع كميات كبيرة من البيانات بثقة.

الميزات الرئيسية لدلتا ليك

• معاملات ACID: يوفر دلتا ليك معاملات ACID، مما يضمن سلامة البيانات واتساقها حتى عندما يكتب العديد من المستخدمين أو التطبيقات بشكل متزامن في بحيرة البيانات. وهذا يلغي خطر تلف البيانات ويسمح بمعالجة بيانات موثوقة.
• تطور المخطط: يدعم دلتا ليك تطور المخطط، مما يسمح لك بإضافة أو إزالة أو تعديل الأعمدة في بياناتك بسهولة دون تعطيل التطبيقات الحالية. هذا يبسط عملية التكيف مع متطلبات البيانات المتغيرة.
• إصدار البيانات: يوفر دلتا ليك إصدار البيانات، مما يسمح لك بتتبع التغييرات في بياناتك بمرور الوقت. يتيح لك ذلك تدقيق سلالة البيانات وإعادة إنتاج التحليلات السابقة والرجوع إلى الإصدارات السابقة من بياناتك إذا لزم الأمر.
• السفر عبر الزمن: من خلال الاستفادة من إصدار البيانات، يسمح لك دلتا ليك بالاستعلام عن اللقطات القديمة لبياناتك. هذه الميزة، المعروفة باسم السفر عبر الزمن، مفيدة للغاية للتدقيق وتصحيح الأخطاء وإعادة إنشاء حالات البيانات التاريخية.
• معالجة الدفعات والتدفق الموحدة: يدعم دلتا ليك معالجة بيانات الدفعات والتدفق، مما يسمح لك ببناء خطوط أنابيب بيانات موحدة يمكنها التعامل مع البيانات التاريخية والبيانات في الوقت الفعلي.
• التعامل مع البيانات الوصفية القابل للتطوير: يستخدم دلتا ليك بنية بيانات وصفية تعتمد على السجل يمكنها التوسع للتعامل مع بيتابايت من البيانات ومليارات الملفات.
• فرض جودة البيانات: يسمح لك دلتا ليك بتحديد قيود جودة البيانات وفرضها أثناء استيعاب البيانات. يساعد ذلك على ضمان كتابة البيانات الصالحة والدقيقة فقط في بحيرة البيانات.
• تنسيق مفتوح: يخزن دلتا ليك البيانات بتنسيق Parquet مفتوح المصدر، والذي تدعمه على نطاق واسع أدوات وأطر معالجة البيانات المختلفة.
• أداء مُحسَّن: يوفر دلتا ليك العديد من تحسينات الأداء، مثل تخطي البيانات والتخزين المؤقت والفهرسة، لتسريع أداء الاستعلام.

هندسة دلتا ليك

تتكون هندسة دلتا ليك عادةً من المكونات التالية:

• مصادر البيانات: هذه هي المصادر المختلفة للبيانات التي تغذي بحيرة البيانات، مثل قواعد البيانات والتطبيقات وأجهزة الاستشعار وواجهات برمجة التطبيقات الخارجية.
• طبقة الاستيعاب: هذه الطبقة مسؤولة عن استيعاب البيانات من مصادر مختلفة في بحيرة البيانات. قد يتضمن ذلك استخراج البيانات وتحويلها وتحميلها (ETL).
• طبقة التخزين: تخزن هذه الطبقة البيانات في بحيرة البيانات. يستخدم دلتا ليك خدمات التخزين السحابية مثل Amazon S3 أو Azure Data Lake Storage Gen2 أو Google Cloud Storage كطبقة تخزين أساسية له.
• طبقة المعالجة: هذه الطبقة مسؤولة عن معالجة وتحليل البيانات في بحيرة البيانات. يشيع استخدام أباتشي سبارك كمحرك معالجة لدلتا ليك.
• طبقة الخدمة: توفر هذه الطبقة الوصول إلى البيانات المعالجة لمختلف التطبيقات، مثل لوحات معلومات ذكاء الأعمال ونماذج التعلم الآلي وأدوات تحليل البيانات.

إليك تمثيل مبسط لهندسة دلتا ليك:

مصادر البيانات --> طبقة الاستيعاب (مثل Spark Streaming و Apache Kafka) --> طبقة التخزين (دلتا ليك على S3/ADLS/GCS) --> طبقة المعالجة (أباتشي سبارك) --> طبقة الخدمة (أدوات BI، نماذج ML)

تنفيذ دلتا ليك: دليل خطوة بخطوة

إليك دليل خطوة بخطوة لتنفيذ دلتا ليك في بحيرة البيانات الخاصة بك:

1. إعداد بيئتك: قم بتثبيت أباتشي سبارك ومكتبة دلتا ليك. يمكنك استخدام منصة هندسة البيانات المستندة إلى السحابة مثل Databricks أو Amazon EMR لتبسيط عملية الإعداد.
2. تكوين التخزين الخاص بك: اختر خدمة تخزين سحابية (مثل Amazon S3 وAzure Data Lake Storage Gen2 وGoogle Cloud Storage) وقم بتكوينها للعمل مع دلتا ليك.
3. استيعاب البيانات في دلتا ليك: استخدم أباتشي سبارك لقراءة البيانات من مصادر مختلفة وكتابتها إلى دلتا ليك بتنسيق Parquet.
4. حدد مخططك: حدد مخطط بياناتك وقم بفرضه أثناء استيعاب البيانات.
5. إجراء تحويلات البيانات: استخدم أباتشي سبارك لإجراء تحويلات البيانات وعمليات التنظيف.
6. الاستعلام عن البيانات وتحليلها: استخدم SQL أو Spark DataFrames للاستعلام عن البيانات في دلتا ليك وتحليلها.
7. تنفيذ سياسات إدارة البيانات: قم بتنفيذ سياسات أمان البيانات والامتثال والتحكم في الوصول لحماية بياناتك.
8. مراقبة وصيانة بحيرة البيانات الخاصة بك: راقب بانتظام أداء وصحة بحيرة البيانات الخاصة بك وقم بتنفيذ مهام الصيانة حسب الحاجة.

مثال: بناء خط أنابيب بيانات في الوقت الفعلي باستخدام دلتا ليك

دعنا نفكر في مثال واقعي لبناء خط أنابيب بيانات في الوقت الفعلي لمعالجة معاملات التجارة الإلكترونية باستخدام دلتا ليك.

السيناريو: تريد شركة تجارة إلكترونية تحليل بيانات المعاملات الخاصة بها في الوقت الفعلي لتحديد الاتجاهات واكتشاف الاحتيال وتخصيص تجارب العملاء.

الحل:

1. استيعاب البيانات: تستخدم الشركة أباتشي كافكا لدفق بيانات المعاملات من منصة التجارة الإلكترونية الخاصة بها إلى بحيرة البيانات.
2. معالجة البيانات: يستهلك Apache Spark Streaming البيانات من Kafka ويكتبها إلى دلتا ليك في الوقت الفعلي.
3. تحويل البيانات: يقوم Spark بإجراء تحويلات البيانات، مثل تنظيف بيانات المعاملات وإثرائها وتجميعها.
4. التحليلات في الوقت الفعلي: تستخدم الشركة Spark SQL للاستعلام عن البيانات في دلتا ليك وتحليلها في الوقت الفعلي، وإنشاء رؤى تُستخدم لتخصيص توصيات العملاء واكتشاف المعاملات الاحتيالية.

فوائد استخدام دلتا ليك في هذا السيناريو:

• معالجة البيانات في الوقت الفعلي: يسمح دلتا ليك للشركة بمعالجة بيانات المعاملات في الوقت الفعلي، مما يمكنها من الاستجابة بسرعة لاحتياجات العملاء المتغيرة واكتشاف الاحتيال فور حدوثه.
• موثوقية البيانات: يضمن دلتا ليك أن تكون بيانات المعاملات موثوقة ومتسقة، حتى في مواجهة الإخفاقات.
• جودة البيانات: يسمح دلتا ليك للشركة بفرض قيود جودة البيانات أثناء استيعاب البيانات، مما يضمن معالجة البيانات الصالحة والدقيقة فقط.
• قابلية التوسع: يمكن لدلتا ليك التوسع للتعامل مع كميات كبيرة من بيانات المعاملات دون تدهور الأداء.

أفضل الممارسات لتنفيذ دلتا ليك

لضمان نجاح تنفيذ دلتا ليك، ضع في اعتبارك أفضل الممارسات التالية:

• اختر تنسيق التخزين المناسب: Parquet هو تنسيق التخزين الموصى به لدلتا ليك نظرًا لضغطه وترميزه الفعالين.
• تحسين تكوين Spark الخاص بك: اضبط تكوين Spark الخاص بك لتحسين الأداء لعبء العمل المحدد الخاص بك. ضع في اعتبارك عوامل مثل تخصيص الذاكرة والتوازي وتقسيمات التبديل.
• استخدم تخطي البيانات: يدعم دلتا ليك تخطي البيانات، مما يسمح لـ Spark بتجنب قراءة البيانات غير الضرورية أثناء الاستعلامات. استخدم تخطي البيانات لتحسين أداء الاستعلام.
• قسّم بياناتك: يمكن أن يؤدي تقسيم بياناتك بناءً على مسندات الاستعلام الشائعة إلى تحسين أداء الاستعلام بشكل كبير.
• ضغط الملفات الصغيرة: يمكن أن تؤدي الملفات الصغيرة إلى تدهور الأداء. قم بضغط الملفات الصغيرة بانتظام في ملفات أكبر لتحسين أداء الاستعلام.
• إفراغ الإصدارات القديمة: يتتبع دلتا ليك إصدارات البيانات، مما قد يستهلك مساحة التخزين. قم بإفراغ الإصدارات القديمة بانتظام لاستعادة مساحة التخزين.
• مراقبة بحيرة البيانات الخاصة بك: راقب أداء وصحة بحيرة البيانات الخاصة بك لتحديد المشكلات وحلها بسرعة.
• تنفيذ سياسات إدارة البيانات: قم بتنفيذ سياسات أمان البيانات والامتثال والتحكم في الوصول لحماية بياناتك.
• أتمتة خطوط أنابيب البيانات الخاصة بك: قم بأتمتة خطوط أنابيب البيانات الخاصة بك لضمان الاتساق والموثوقية.

دلتا ليك مقابل حلول بحيرة البيانات الأخرى

في حين أن حلول بحيرة البيانات الأخرى موجودة، فإن دلتا ليك يوفر مزايا متميزة من حيث الموثوقية والأداء والإدارة.

• بالمقارنة مع بحيرات البيانات التقليدية القائمة على Hadoop: يوفر دلتا ليك معاملات ACID وتطور المخطط، والتي تفتقر إليها بحيرات البيانات التقليدية القائمة على Hadoop.
• بالمقارنة مع Apache Hudi وApache Iceberg: في حين أن Hudi وIceberg يقدمان أيضًا معاملات ACID والميزات ذات الصلة، غالبًا ما يعتبر دلتا ليك أبسط في التنفيذ والإدارة، خاصة بالنسبة للمؤسسات التي تستثمر بالفعل بكثافة في نظام Spark البيئي. غالبًا ما يعتمد الاختيار على حالة الاستخدام المحددة والبنية التحتية الحالية.

حالات استخدام دلتا ليك

يمكن استخدام دلتا ليك في مجموعة متنوعة من حالات الاستخدام، بما في ذلك:

• تخزين البيانات: يمكن استخدام دلتا ليك لبناء مستودع بيانات حديث يجمع بين مرونة بحيرة البيانات وموثوقية وأداء مستودع البيانات.
• التحليلات في الوقت الفعلي: يمكن استخدام دلتا ليك لبناء خطوط أنابيب التحليلات في الوقت الفعلي التي تعالج البيانات في الوقت الفعلي وتولد رؤى تُستخدم لاتخاذ قرارات في الوقت المناسب.
• التعلم الآلي: يمكن استخدام دلتا ليك لتخزين وإدارة مجموعات البيانات الكبيرة المطلوبة للتعلم الآلي.
• إدارة البيانات: يمكن استخدام دلتا ليك لتنفيذ سياسات إدارة البيانات التي تضمن جودة البيانات وأمانها والامتثال لها.
• التدقيق والامتثال: تعتبر إمكانات السفر عبر الزمن في دلتا ليك مثالية لمتطلبات التدقيق والامتثال، مما يسمح لك بإعادة إنشاء حالات البيانات السابقة بسهولة.

مستقبل دلتا ليك

يتطور دلتا ليك بسرعة، مع إضافة ميزات وتحسينات جديدة بانتظام. مستقبل دلتا ليك مشرق، مع إمكانية أن يصبح طبقة التخزين القياسية لبحيرات البيانات. يساهم مجتمع المصادر المفتوحة بنشاط في المشروع، ويزداد مقدمو الخدمات السحابية الرئيسيون في تقديم دعم أصلي لدلتا ليك.

الخلاصة

دلتا ليك هو حل قوي ومتعدد الاستخدامات لبناء بحيرات بيانات موثوقة وقابلة للتطوير وعالية الأداء. من خلال معالجة تحديات بحيرات البيانات التقليدية، يمكّن دلتا ليك المؤسسات من إطلاق الإمكانات الحقيقية لبياناتها واكتساب ميزة تنافسية. سواء كنت تقوم ببناء مستودع بيانات أو خط أنابيب تحليلات في الوقت الفعلي أو نظام أساسي للتعلم الآلي، يمكن أن يساعدك دلتا ليك في تحقيق أهدافك. من خلال اعتماد دلتا ليك، يمكن للمؤسسات في جميع أنحاء العالم تحسين جودة بياناتها وزيادة سرعة تحليلاتها وتقليل تكلفة البنية التحتية للبيانات الخاصة بها. يعد تبني دلتا ليك خطوة حاسمة لأي مؤسسة تسعى إلى أن تصبح مدفوعة بالبيانات حقًا. تبدأ رحلة بناء بحيرة بيانات قوية وموثوقة بفهم المبادئ الأساسية لدلتا ليك والتخطيط الدقيق لاستراتيجية التنفيذ الخاصة بك.