OLTP- и OLAP-технологии

Сегодня среди средств, предлагаемых рынком информационных технологий, по обработке и визуализации данных для принятия управленческих решений в наибольшей мере отвечают OLTP- и OLAP-технологии. OLTP-технология ориентирована на оперативную обработку данных, а более современная OLAP-технология - на интерактивный анализ данных. Системы, разработанные на их основе, позволяют достигнуть понимания процессов, происходящих на объекте управления, путем оперативного доступа к разнообразным срезам данных (представлениям содержимого баз данных, организованным так, чтобы отразить различные аспекты деятельности предприятия). В частности, обеспечивая графическое представление данных, OLAP способна сделать результаты обработки данных легкими для восприятия.

OLTP (Online Transaction Processing) — обработка транзакций в реальном времени. Способ организации БД, при котором система работает с небольшими по размерам транзакциями, но идущими большим потоком, и при этом клиенту требуется от системы максимально быстрое время ответа.

В современных СУБД сериализация транзакций организуется через механизм блокировки, т.е. на время выполнения транзакции СУБД блокирует БД или ее часть, к которым обращается транзакция, блокировка сохраняется до момента фиксации транзакции. Если в процессе параллельной обработки другой транзакцией делается попытка обратиться к блокированным данным, то обработка транзакции приостанавливается и возобновляется только после завершения транзакции, заблокировавшей данные и снятия блокировки. Чем меньше блокируемый объект, тем больше оперативность БД. Транзакция, обновляющая данные на нескольких узлах сети, называется РАСПРЕДЕЛЕННОЙ. Если транзакция работает с БД, расположенной на одном узле, то она называется ЛОКАЛЬНОЙ. С точки зрения пользователя локальная и распределенная транзакция должны обрабатываться одинаково, т.е. СУБД должна организовывать процесс выполнения распределения транзакции так чтобы все входящие в нее локальные транзакции синхронно фиксировались на всех затрагиваемых ими узлах распределенной системы. При этом распределенная транзакция должна фиксироваться лишь в том случае, когда зафиксированы все составляющие ее локальной транзакции, а если прерывается хотя бы одна из локальных транзакций – должна быть прервана и вся распределенная транзакция. Для реализации этих требований на практике СУБД используется механизм двухстадийной фиксации транзакций.

1. Сервер БД, фиксирующий распределенную транзакцию посылает команду «Приготовиться к фиксации» всем узлам сети, зарегистрированным для выполнения транзакций. Если хотя бы один из серверов не дает ответа о готовности, то сервер распределенной БД совершает откат локальной транзакции на всех узлах.

2. Все локальные СУБД готовы к фиксации, т.е. сервер обрабатывает распределенную транзакцию, заканчивает ее фиксацию, посылая команду зафиксировать транзакцию всем локальным серверам.

OLAP (англ. online analytical processing, аналитическая обработка в реальном времени) — технология обработки информации, включающая составление и динамическую публикацию отчётов и документов. Используется аналитиками для быстрой обработки сложных запросов к базе данных. Служит для подготовки бизнес-отчётов по продажам, маркетингу, в целях управления, т. н. data mining — добыча данных (способ анализа информации в базе данных с целью отыскания аномалий и трендов без выяснения смыслового значения записей).

OLAP делает мгновенный снимок реляционной БД и структурирует её в пространственную модель для запросов. Заявленное время обработки запросов в OLAP составляет около 0,1 % от аналогичных запросов в реляционную БД.

OLAP-структура, созданная из рабочих данных, называется OLAP-куб. Куб создаётся из соединения таблиц с применением схемы звезды или схемы снежинки. В центре схемы звезды находится таблица фактов, которая содержит ключевые факты, по которым делаются запросы. Множественные таблицы с измерениями присоединены к таблице фактов. Эти таблицы показывают, как могут анализироваться агрегированные реляционные данные. Количество возможных агрегирований определяется количеством способов, которыми первоначальные данные могут быть иерархически отображены.

Например, все клиенты могут быть сгруппированы по городам или по регионам страны (Запад, Восток, Север и т. д.), таким образом, 50 городов, 8 регионов и 2 страны составят 3 уровня иерархии с 60 членами. Также клиенты могут быть объединены по отношению к продукции; если существуют 250 продуктов по 2 категориям, 3 группы продукции и 3 производственных подразделения, то количество агрегатов составит 16560. При добавлении измерений в схему, количество возможных вариантов быстро достигает десятков миллионов и более.

OLAP-куб содержит в себе базовые данные и информацию об измерениях (агрегатах). Куб потенциально содержит всю информацию, которая может потребоваться для ответов на любые запросы. Из-за громадного количества агрегатов, зачастую полный расчёт происходит только для некоторых измерений, для остальных же производится «по требованию».

Сложность в применении OLAP состоит в создании запросов, выборе базовых данных и разработке схемы, в результате чего большинство современных продуктов OLAP поставляются вместе с огромным количеством предварительно настроенных запросов. Другая проблема — в базовых данных. Они должны быть полными и непротиворечивыми

Первым продуктом, выполняющим OLAP-запросы, был Express (компания IRI). Однако, сам термин OLAP был предложен Эдгаром Коддом, «отцом реляционных БД». А работа Кодда финансировалась Arbor, компанией, выпустившей свой собственный OLAP-продукт — Essbase (позже купленный Hyperion, которая в 2007 г. была поглощена компанией Oracle) — годом ранее.

Другие хорошо известные OLAP-продукты включают Microsoft Analysis Services (ранее называвшиеся OLAP Services, часть SQL Server), Oracle OLAP Option, DB2 OLAP Server от IBM (фактически, EssBase с дополнениями от IBM), SAP BW, SAS OLAP Server, продукты Brio, BusinessObjects, Cognos, MicroStrategy и других производителей.

Наибольшее применение OLAP находит в продуктах для бизнес-планирования и хранилищах данных.

В OLAP применяется многомерное представление агрегированных данных для обеспечения быстрого доступа к стратегически важной информации в целях углубленного анализа. Приложения OLAP должны обладать следующими основными свойствами:

• многомерное представление данных;
• поддержка сложных расчетов;
• правильный учет фактора времени.

Преимущества OLAP:

• повышение производительности производственного персонала, разработчиков прикладных программ. Своевременный доступ к стратегической информации.
• предоставление пользователям достаточных возможностей для внесения собственных изменений в схему.
• приложения OLAP опираются на хранилища данных и системы OLTP, получая от них актуальные данные, что дает сохранение контроля целостности корпоративных данных.
• уменьшение нагрузки на системы OLTP и хранилища данных.

Задачи OLTP-системы – это быстрый сбор и наиболее оптимальное размещение информации в базе данных, а также обеспечение ее полноты, актуальности и согласованности. Однако такие системы не предназначены для максимально эффективного, быстрого и многоаспектного анализа.

Разумеется, по собранным данным можно строить отчеты, но это требует от бизнес-аналитика или постоянного взаимодействия с IT-специалистом, или специальной подготовки в области программирования и вычислительной техники.

Как выглядит традиционный процесс принятия решений в российской компании, использующей информационную систему, построенную на OLTP-технологии?

Менеджер дает задание специалисту информационного отдела в соответствии со своим пониманием вопроса. Специалист информационного отдела, по-своему осознав задачу, строит запрос оперативной системе, получает электронный отчет и доводит его до сведения руководителя. Такая схема принятия критически важных решений обладает следующими существенными недостатками:

• используется ничтожное количество данных;
• процесс занимает длительное время, поскольку составление запросов и интерпретация электронного отчета – операции довольно канительные, тогда как руководителю, может быть, необходимо принять решение незамедлительно;
• требуется повторение цикла в случае необходимости уточнения данных или рассмотрения данных в другом разрезе, а также при возникновении дополнительных вопросов. Причем этот медленный цикл приходится повторять и, как правило, неоднократно, при этом времени на анализ данных тратится ещё больше;
• негативным образом сказывается различие в профессиональной подготовке и областях деятельности специалиста по информационным технологиям и руководителя. Зачастую они мыслят разными категориями и, как следствие, не понимают друг друга;
• неблагоприятное действие оказывает такой фактор, как сложность электронных отчетов для восприятия. У руководителя нет времени выбирать интересующие цифры из отчёта, тем более что их может оказаться слишком много. Понятно, что работа по подготовке данных чаще всего ложится на специалистов информационных отделов. В результате грамотный специалист отвлекается на рутинную и малоэффективную работу по составлению таблиц, диаграмм и т. д., что, естественно, не способствует повышению его квалификации.

Выход из этой ситуации один, и сформулирован он Биллом Гейтсом в виде выражения: "Информация на кончиках пальцев". Исходная информация должна быть доступна ее непосредственному потребителю – аналитику. Именно непосредственно доступна. А задачей сотрудников информационного отдела является создание системы сбора, накопления, хранения, защиты информации и обеспечения ее доступности аналитикам.

Мировая индустрия давно знакома с этой проблемой, и вот уже почти 30 лет существуют OLAP-технологии, которые и предназначены именно для того, чтобы бизнес-аналитики имели возможность оперировать с накопленными данными, непосредственно участвовать в их анализе. Подобные аналитические системы противоположны OLTP-системам в том плане, что они устраняют информационную избыточность ("сворачивают" информацию). Вместе с тем очевидно, что именно избыточность первичной информации определяет эффективность анализа. СППР, объединяя эти технологии, дают возможность решать целый ряд задач:

• Аналитические задачи: вычисление заданных показателей и статистических характеристик бизнес-процессов на основе ретроспективной информации, находящейся в хранилищах данных.
• Визуализацию данных: представление всей имеющейся информации в удобном для пользователя графическом и табличном виде.
• Получение новых знаний: определение взаимосвязи и взаимозависимости бизнес-процессов на основе существующей информации (проверка статистических гипотез, кластеризация, нахождение ассоциаций и временных шаблонов).
• Имитационные задачи: математическое моделирование поведения сложных систем в течение произвольного периода времени. Иными словами, это задачи, связанные с необходимостью ответить на вопрос: "Что будет, если ...?"
• Синтез управления: определение допустимых управляющих воздействий, обеспечивающих достижение заданной цели.
• Оптимизационные задачи: интеграция имитационных, управленческих, оптимизационных и статистических методов моделирования и прогнозирования.

Менеджеры предприятия, использующие инструментальные средства OLAP-технологии, даже без специальной подготовки могут самостоятельно и оперативно получать всю необходимую для исследования закономерностей бизнеса информацию, причем в самых различных комбинациях и срезах бизнес-анализа. Бизнес-аналитик имеет возможность видеть перед собой список измерений и показателей бизнес-системы. При столь простом интерфейсе аналитик может строить любые отчеты, перестраивать измерения (скажем, делать кросс-таблицы – накладывать одно измерение на другое). Кроме этого, он получает возможность создавать свои функции на базе существующих показателей, проводить анализ "что, если" – получать результат, задавая зависимости каких-либо показателей бизнес-функций или бизнес-функцию от показателей. При этом максимальный отклик любого отчета не превышает 5 секунд.