Tác giả: Haziqa Sajid
Ngày 5 tháng 12 năm 2023
Trong nền kinh tế số hiện nay, dữ liệu đóng vai trò quan trọng. Hiện nay, tất cả các lĩnh vực, từ doanh nghiệp tư nhân đến các tổ chức công cộng, đều sử dụng dữ liệu lớn để đưa ra các quyết định kinh doanh quan trọng.
Tuy nhiên, hệ sinh thái dữ liệu đối mặt với nhiều thách thức liên quan đến lượng dữ liệu lớn, đa dạng và tốc độ nhanh. Doanh nghiệp phải áp dụng các kỹ thuật nhất định để tổ chức, quản lý và phân tích dữ liệu này.
Và đây là nơi xuất hiện kho dữ liệu (data warehousing)!
Kho dữ liệu là một thành phần quan trọng trong hệ sinh thái dữ liệu của một doanh nghiệp hiện đại. Nó có thể tối ưu hóa luồng dữ liệu của tổ chức và nâng cao khả năng ra quyết định. Điều này cũng rõ ràng trong sự tăng trưởng thị trường kho dữ liệu toàn cầu, dự kiến sẽ đạt 51,18 tỷ đô la vào năm 2028, so với 21,18 tỷ đô la vào năm 2019.
Bài viết này sẽ khám phá về kho dữ liệu, các loại kiến trúc, thành phần chính, lợi ích và thách thức của nó.
Kho Dữ liệu (Data WareHousing) là gì?
Kho dữ liệu là một hệ thống quản lý dữ liệu để hỗ trợ các hoạt động Thông tin Kinh doanh (BI – Business Intelligent). Đây là quy trình thu thập, làm sạch và biến đổi dữ liệu từ các nguồn đa dạng và lưu trữ nó trong một kho chứa tập trung. Quá trình có thể xử lý lượng dữ liệu lớn và hỗ trợ các truy vấn phức tạp.
Trong các hệ thống BI, kho dữ liệu trước tiên chuyển đổi dữ liệu nguyên gốc không liên thông thành dữ liệu sạch, có tổ chức và được tích hợp, sau đó được sử dụng để rút ra những hiểu biết hành động để hỗ trợ phân tích, báo cáo và ra quyết định dựa trên dữ liệu.
Hơn nữa, các đường ống dẫn (data pipeline) dữ liệu vào kho hiện đại phù hợp cho việc dự đoán tăng trưởng và phân tích dự đoán bằng cách sử dụng các kỹ thuật Trí tuệ nhân tạo (AI) và Học máy (ML). Kho dữ liệu trên đám mây còn tăng cường những khả năng này bằng cách cung cấp khả năng mở rộng và truy cập linh hoạt hơn, làm cho toàn bộ quy trình quản lý dữ liệu trở nên linh hoạt hơn.
Trước khi chúng ta thảo luận về các loại kiến trúc kho dữ liệu khác nhau, hãy xem xét những thành phần chính tạo nên một kho dữ liệu.
Các thành phần chính của kho dữ liệu
Kho dữ liệu bao gồm nhiều thành phần làm việc cùng nhau để quản lý dữ liệu một cách hiệu quả. Các yếu tố sau đây đóng vai trò như một cột sống cho một kho dữ liệu hoạt động.
- Nguồn dữ liệu: Nguồn dữ liệu cung cấp thông tin và ngữ cảnh cho kho dữ liệu. Chúng có thể chứa dữ liệu có cấu trúc, không có cấu trúc hoặc có cấu trúc một cách bán cấu trúc. Các nguồn này có thể bao gồm cơ sở dữ liệu có cấu trúc, tệp log, tệp csv, bảng giao dịch (transactional tables), các công cụ kinh doanh bên thứ ba (third-party tools), dữ liệu cảm biến (sensoring data), vv.
- Đường ống ETL (Extract, Transform, Load): Đây là cơ chế tích hợp dữ liệu có trách nhiệm trích xuất dữ liệu từ nguồn, biến đổi nó thành định dạng phù hợp và tải nó vào đích dữ liệu như một kho dữ liệu. Đường ống đảm bảo dữ liệu chính xác, đầy đủ và nhất quán.
- Siêu dữ liệu (Metadata): siêu dữ liệu cung cấp thông tin mô tả về dữ liệu nó thu thập, lưu trữ. Siêu dữ liệu cung cấp thông tin cấu trúc và một cái nhìn toàn diện về dữ liệu trong kho. Dữ liệu về dữ liệu quan trọng để quản lý và quản trị dữ liệu một cách hiệu quả.
- Truy cập dữ liệu: Đây là các phương pháp mà đội ngũ dữ liệu sử dụng để truy cập dữ liệu trong kho dữ liệu, ví dụ như truy vấn SQL, các công cụ báo cáo, các công cụ phân tích, vv.
- Đích Dữ Liệu: Đây là các không gian lưu trữ vật lý cho dữ liệu, chẳng hạn như một kho dữ liệu, hồ dữ liệu hoặc siêu thị dữ liệu.
Thường, những thành phần này là chuẩn trên các loại kho dữ liệu. Hãy thảo luận ngắn gọn về cách kiến trúc của một kho dữ liệu truyền thống khác biệt so với một kho dữ liệu dựa trên đám mây.
Kiến trúc kho dữ liệu truyền thống với kho dữ liệu trên đám mây
Mô hình kiến trúc điển hình của kho dữ liệu
Kho dữ liệu truyền thống tập trung vào việc lưu trữ, xử lý và trình bày dữ liệu theo các tầng có cấu trúc. Thông thường, chúng được triển khai trên môi trường nội địa nơi tổ chức quản lý cơ sở hạ tầng phần cứng như máy chủ, ổ đĩa và bộ nhớ.
Ngược lại, kho dữ liệu trên đám mây hoạt động tập trung vào việc cập nhật liên tục dữ liệu và xử lý theo thời gian thực bằng cách tận dụng các nền tảng đám mây như Snowflake, AWS và Azure. Kiến trúc của chúng cũng khác nhau tùy thuộc vào các ứng dụng chuyên biệt.
Dưới đây là một số khác biệt quan trọng:
- Vị trí triển khai:
- Truyền thống: trên nền tảng on-premise, tức là triển khai tại địa điểm vận hành của tổ chức.
- Trên đám mây: sử dụng các dịch vụ đám mây như AWS, Azure hoặc Google Cloud, cho phép truy cập từ bất kỳ đâu thông qua internet.
- Quản lý cơ sở hạ tầng:
- Truyền thống: Tổ chức quản lý và duy trì cơ sở hạ tầng phần cứng.
- Trên đám mây: Dịch vụ đám mây chịu trách nhiệm về hạ tầng, giảm gánh nặng vận hành cho tổ chức.
- Cập nhật dữ liệu và xử lý theo thời gian thực:
- Truyền thống: Thường xuyên thực hiện xử lý lô và cập nhật dữ liệu theo khoảng thời gian nhất định.
- Trên đám mây: Hỗ trợ cập nhật liên tục và xử lý thời gian thực, giúp định kỳ cung cấp thông tin mới.
- Tính linh hoạt và mở rộng:
- Truyền thống: Có thể đòi hỏi thêm phần cứng khi nhu cầu tăng.
- Trên đám mây: Linh hoạt mở rộng dựa trên nhu cầu, tránh tình trạng trang thiết bị vượt quá dung lượng.
- Chi phí:
- Truyền thống: Đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu lớn cho cơ sở hạ tầng phần cứng.
- Trên đám mây: Thanh toán theo dịch vụ, giảm chi phí đầu tư ban đầu và chi phí duy trì.
Qua đó, có thể thấy rằng sự chuyển đổi từ mô hình truyền thống sang mô hình hoạt động trên đám mây mang lại nhiều lợi ích về chi phí, linh hoạt và hiệu suất xử lý dữ liệu.
Kiến trúc kho dữ liệu truyền thống
- Tầng dưới cùng (máy chủ cơ sở dữ liệu): Tầng này chịu trách nhiệm lưu trữ (quá trình được biết đến là quá trình nhập dữ liệu) và truy xuất dữ liệu. Hệ sinh thái dữ liệu kết nối với các nguồn dữ liệu được định nghĩa bởi công ty có thể nhập dữ liệu lịch sử sau một khoảng thời gian cụ thể.
- Tầng giữa (máy chủ ứng dụng): Tầng này xử lý các truy vấn của người dùng và biến đổi dữ liệu (quá trình được biết đến là tích hợp dữ liệu) bằng cách sử dụng các công cụ Online Analytical Processing (OLAP). Dữ liệu thường được lưu trữ trong một kho dữ liệu.
- Tầng trên đỉnh (tầng giao diện): Tầng đỉnh này là lớp giao diện cho tương tác của người dùng. Nó hỗ trợ các hoạt động như truy vấn, báo cáo và hiển thị dữ liệu. Các nhiệm vụ điển hình bao gồm nghiên cứu thị trường, phân tích khách hàng, báo cáo tài chính, v.v.
Kiến trúc kho dữ liệu trên đám mây
- Tầng dưới cùng (máy chủ cơ sở dữ liệu): Ngoài việc lưu trữ dữ liệu, tầng này cung cấp cập nhật liên tục cho xử lý dữ liệu thời gian thực, có nghĩa là độ trễ dữ liệu rất thấp từ nguồn đến đích. Hệ sinh thái dữ liệu sử dụng các kết nối hoặc tích hợp sẵn để lấy dữ liệu thời gian thực từ nhiều nguồn.
- Tầng giữa (máy chủ ứng dụng): Quá trình biến đổi dữ liệu ngay lập tức xảy ra ở tầng này. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng các công cụ OLAP. Dữ liệu thường được lưu trữ trong một siêu thị dữ liệu trực tuyến hoặc hồ dữ liệu hỗn hợp.
- Tầng trên đỉnh (tầng giao diện): Tầng này cho phép tương tác của người dùng, phân tích dự đoán và báo cáo thời gian thực. Các nhiệm vụ điển hình bao gồm phát hiện gian lận, quản lý rủi ro, tối ưu hóa chuỗi cung ứng, v.v.
Kịch bản ứng dụng điển hình trong kho dữ liệu
Trong quá trình thiết kế kho dữ liệu, đội ngũ dữ liệu cần tuân theo những thực prácticas tốt nhất sau đây để tăng cường thành công của các đường ống dữ liệu của họ.
- Phân tích tự phục vụ: Đặt nhãn và cấu trúc đúng các yếu tố dữ liệu để theo dõi tính tra được – khả năng theo dõi toàn bộ vòng đời của kho dữ liệu. Nó cho phép phân tích tự phục vụ, giúp các nhà phân tích kinh doanh tạo ra báo cáo mà không cần sự hỗ trợ đáng kể từ đội ngũ dữ liệu.
- Quản lý dữ liệu: Thiết lập chính sách nội bộ mạnh mẽ để quản lý việc sử dụng dữ liệu tổ chức qua các đội và bộ phận khác nhau.
- Bảo mật dữ liệu: Theo dõi định kỳ về bảo mật kho dữ liệu. Áp dụng mã hóa cấp ngành để bảo vệ đường ống dữ liệu của bạn và tuân thủ các tiêu chuẩn về quyền riêng tư như GDPR, CCPA và HIPAA.
- Khả năng mở rộng và hiệu suất: Tối ưu hóa các quy trình để cải thiện hiệu suất hoạt động đồng thời tiết kiệm thời gian và chi phí. Tối ưu hóa cơ sở hạ tầng kho và làm cho nó đủ mạnh để quản lý bất kỳ tải nào.
- Phát triển linh hoạt: Tuân theo một phương thức phát triển linh hoạt để tích hợp các thay đổi vào hệ sinh thái kho dữ liệu. Bắt đầu nhỏ và mở rộng kho của bạn theo các lần lặp.
Lợi Ích của kho dữ liệu
Một số lợi ích chính của kho dữ liệu đối với các tổ chức bao gồm:
- Nâng cao chất lượng dữ liệu: Kho dữ liệu cung cấp chất lượng tốt hơn bằng cách thu thập dữ liệu từ nhiều nguồn vào một kho lưu trữ tập trung sau quá trình làm sạch và chuẩn hóa.
- Giảm chi phí: Kho dữ liệu giảm chi phí vận hành bằng cách tích hợp nguồn dữ liệu vào một kho lưu trữ duy nhất, do đó tiết kiệm không gian lưu trữ dữ liệu và chi phí cơ sở hạ tầng riêng lẻ.
- Nâng cao quyết định: Kho dữ liệu hỗ trợ các chức năng BI như khai thác dữ liệu, trực quan hóa và báo cáo. Nó cũng hỗ trợ các chức năng tiên tiến như dự đoán phân tích dựa trên AI cho các quyết định dựa trên dữ liệu về chiến dịch tiếp thị, chuỗi cung ứng, v.v.
Thách thức của kho dữ liệu
Một số thách thức đáng chú ý xảy ra trong quá trình xây dựng một kho dữ liệu bao gồm:
- Bảo mật dữ liệu: Kho dữ liệu chứa thông tin nhạy cảm, làm cho nó dễ bị tổn thương bởi các cuộc tấn công mạng.
- Lượng dữ liệu lớn: Quản lý và xử lý dữ liệu lớn là phức tạp. Đạt được độ trễ thấp trong toàn bộ đường ống dữ liệu là một thách thức lớn.
- Phù hợp với yêu cầu kinh doanh: Mỗi tổ chức có nhu cầu dữ liệu khác nhau. Do đó, không có giải pháp kho dữ liệu một cỡ phù hợp cho tất cả. Tổ chức phải điều chỉnh thiết kế kho dữ liệu của mình với nhu cầu kinh doanh để giảm thiểu khả năng thất bại.
