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1Estudo de Viabilidade de uma Plataforma de Baixo Custo para Data Warehouse ESTUDO DE VIABILIDADE DE UMA PLATAFORMA DE BAIXO CUSTO PARA DATA WAREHOUSE.

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1 1Estudo de Viabilidade de uma Plataforma de Baixo Custo para Data Warehouse ESTUDO DE VIABILIDADE DE UMA PLATAFORMA DE BAIXO CUSTO PARA DATA WAREHOUSE Eduardo Cunha de Almeida Orientador: Prof. Dr. Marcos Sunye Agosto / 2004

2 2Estudo de Viabilidade de uma Plataforma de Baixo Custo para Data Warehouse Agenda ✔ Motivação ✔ Objetivo ✔ Data Warehouse ✔ PostgreSQL ✔ Metodologias de Benchmark ✔ Resultados ✔ Conclusão

3 3Estudo de Viabilidade de uma Plataforma de Baixo Custo para Data Warehouse Motivação ✔ Data Warehouse ✔ Demanda crescente pela implementação de Data Warehouses ✔ SW “Open Source” e HW de baixo custo ✔ Três maiores desafios em Data Warehouse (KIM, W., 2003) Limpeza de dados Seleção de Fontes Desempenho

4 4Estudo de Viabilidade de uma Plataforma de Baixo Custo para Data Warehouse Objetivo ✔ Viabilidade de uma Plataforma de Baixo Custo para um Data Warehouse SGBD PostgreSQL SO LINUX HW – Equipamentos de baixo custo ✔ Futuras implementações no PostgreSQL visando Data Warehouse ✔ Fomentar: Desenvolvimento de softwares “open source” para os outros componentes do ambiente Data Warehouse (OLAP e ETL)

5 5Estudo de Viabilidade de uma Plataforma de Baixo Custo para Data Warehouse Data Warehouse Conceito DW é um grande repositório de dados coletados de diversas fontes que destina-se a gerar informações para o nível gerencial sendo fonte para tomadas de decisão. Características Orientado a consultas Exige grande capacidade de armazenamento Não volátil Permite redundância Poucos usuários Consultas complexas Não possui metodologia padrão, apenas recomendações de metodologias.

6 6Estudo de Viabilidade de uma Plataforma de Baixo Custo para Data Warehouse Data Warehouse – Poder de processamento Consultas Varredura completa de tabela Agregações Múltiplas junções Índices Índices de Bitmap utilizados por SGBDs como Oracle e DB2, também chamados de índices de HG pelo Sybase IQ Carregamento Armazenado histórico de dados, ou seja, grande quantidade de dados Grandes segmento de rollback Carregamento periódico Ex.1: GVT carrega diariamente 8 milhões de registros. Atualmente o DW possui 2,5 TB de dados. Ex.2: BCP carrega diariamente 30 milhões de registros

7 7Estudo de Viabilidade de uma Plataforma de Baixo Custo para Data Warehouse PostgreSQL O PostgreSQL é um SGBD de código aberto que deriva seu desenvolvimento do SGBD Ingres. Características SGBD de código aberto mais avançado Integridade referencial Suporte as especificações da SQL92 e SQL99 Controle de concorrência, evitando bloqueios de leitura quando existe uma escrita no banco de dados Próxima versão Tablespace Índice multi-coluna Melhorias no otimizador (rewriter)

8 8Estudo de Viabilidade de uma Plataforma de Baixo Custo para Data Warehouse PostgreSQL – Execução de Consultas 1 - A consulta é submetida ao parser que verifica as definições dos objetos no dicionário de dados; 2 - É realizado a reescrita das consultas; 3 - O planner constrói um plano de execução orientado pela consulta reescrita e pelas estatísticas coletadas pelo DBA; 4 - É executado o plano criado pelo planner.

9 9Estudo de Viabilidade de uma Plataforma de Baixo Custo para Data Warehouse Metodologias de Benchmark para DW Visão Geral Metodologia para simular a execução de uma carga de trabalho do mundo real. Metodologias Utilizadas TPC-H – Mantida pelo Transaction Processing Performance Council (TPC) OSDL DBT3 – Mantida pelo Open Source Development Lab (OSDL) O TPC é uma corporação sem fim lucrativo fundado para definir processamento de transações e benchmarks de banco de dados. O propósito do benchmark TPC é prover dados de desempenho relevantes e objetivos para a indústria. O OSDL é uma organização sem fim lucrativo que fornece o “estado da arte” em computação e ambientes de teste para acelerar o crescimento e adoção do SO Linux nas empresas.

10 10Estudo de Viabilidade de uma Plataforma de Baixo Custo para Data Warehouse Metodologia TPC-H Visão Geral TPC-H é compreendido de consultas de negócio projetadas para exercitar as funcionalidades de um sistema buscando representar aplicações complexas de análises de negócios. São 22 consultas de natureza ad-hoc, com vários tipos de acesso, alto grau de complexidade e que examinam uma grande porcentagem dos dados disponíveis. Estas consultas são executadas de forma seqüencial e formam uma seqüência de consultas. São executadas também 2 consultas de atualização. Para a execução dos testes o driver foi desenvolvido em Java/Shell script. As escalas para o benchmark estão divididas em: 1 GB, 10 GB, 30 GB, 100 GB, 300 GB, GB, GB e GB. Operações realizadas Varredura seqüencial de grandes volumes de dados; Agregações de grandes volumes de dados; Junções de múltiplas tabelas; Ordenações.

11 11Estudo de Viabilidade de uma Plataforma de Baixo Custo para Data Warehouse Metodologia TPC-H Regras de execução Cada seqüência de consultas deve corresponder a uma sessão; Power Test Execução de uma seqüência de consulta entre a execução das duas consultas de atualização. Throughput Test Execução em paralelo de várias seqüência de consulta entre a execução das duas consultas de atualização. A quantidade de seqüências é definida de acordo com a escala utilizada. O sistema deverá ser o mesmo para os dois testes. Medidas TPC-H Power; TPC-H Query-por-hora ou Consulta-por-hora; TPC-H Price/Performance ou Preço / Desempenho.

12 12Estudo de Viabilidade de uma Plataforma de Baixo Custo para Data Warehouse Metodologia OSDL DBT3 O OSDL DBT3 é uma adaptação do TPC-H para testar o sistema operacional Linux e sua pilha de softwares de código aberto. Possibilidade de reescrita das consultas, pois o PostgreSQL não resolve de maneira eficaz como será demonstrado. A reescrita é proibida pelo TPC; Pode ser utilizado qualquer fator de escala e não somente os utilizados pelo TPC-H. Apesar disto foram utilizados neste trabalho as escalas 1GB e 100GB; No TPCH algumas consultas são restringidas no retorno de linhas e esta restrição não é aplicada pelo DBT3. Neste trabalho utilizamos a mesma opção do DBT3; Não é realizado o teste de ACID no DBT3; Não é utilizada a métrica de preço/desempenho. Diferenças entre DBT3 e TPC-H

13 13Estudo de Viabilidade de uma Plataforma de Baixo Custo para Data Warehouse Configuração do Ambiente Benchmark OSDL DBT3 versão 1.4 e TPC-H versão Fator de escala de 1GB e 100GB Carregamento realizado utilizando arquivos (flat file) Software PostgreSQL Mandrake Linux 64bits (kernel 2.6.5) Java SDK 1.4.2_04 PostgreSQL JDBC pg74.1jdbc3.jar Utilitários TPC-H (DBGEN and QGEN) Hardware Dual Opteron 64bits Model GHz 4 GB RAM 960 GB Disk em RAID 0

14 14Estudo de Viabilidade de uma Plataforma de Baixo Custo para Data Warehouse Resultados Carregamento TPC-H (100 GB) Sybase / Solaris (2 CPU) : 6,27 H MS SQL Server / Win 2003 (2 CPU): 4.79 H DB2 / Linux (16 CPU): 0,63 H DBT3 (1 GB) PostgreSQL / RedHat (8 CPU) : 00:42:47 H PostgreSQL / RedHat (4 CPU) : 00:39:54 H

15 15Estudo de Viabilidade de uma Plataforma de Baixo Custo para Data Warehouse Resultados – TPC-H 1 – Execução com clausula de timeout (25000 s) PostgreSQL nunca foi submetido a uma carga de trabalho TPC-H de 100 GB 2 – Verificação dos resultados Verificação das consultas que interromperam por timeout 3 – Execução sem clausula de timeout Verificar o tempo total da execução do benchmark 4 – Interrupção do teste após 72 H 5 – Verificação dos resultados Verificação das consultas que foram interrompidas 6 – Estudo das consultas (texto e plano de execução) Identificação dos problemas de demora na execução das consultas Procedimentos realizados

16 16Estudo de Viabilidade de uma Plataforma de Baixo Custo para Data Warehouse Resultados – TPC-H

17 17Estudo de Viabilidade de uma Plataforma de Baixo Custo para Data Warehouse Resultados – TPC-H e DBT3 Plano de execução PostgreSQL gerou planos de execução ruins sendo necessário a reescrita das consultas. Motivo para a execução de outro benchmark que permita a reescrita. Algumas consultas rodaram próximas ou mais rápido que os SGBDs Sybase e MS SQL Server. Estas consultas são as de numero 11 e 18. As consultas que consumiram o maior tempo mostraram algumas deficiências do PostgreSQL em comparação com outros SGBDs. Estas consultas são as de numero 4, 8, 9, 10, 19, 20 e 22. As operações realizadas foram: Sub-consultas dentro de outra sub-consulta; Operadores EXISTS e NOT EXISTS Agregações quando utilizado visões in-line, que são sub-consultas dentro da clausula FROM Texto das consultas

18 18Estudo de Viabilidade de uma Plataforma de Baixo Custo para Data Warehouse Resultados – TPC-H e DBT3 Comparação entre consultas Select sum(l_extendedprice* (1 - l_discount)) as revenue from lineitem, part where ( p_partkey = l_partkey and p_brand = ‘[BRAND1]' and p_container in ('SM CASE', 'SM BOX', 'SM PACK', 'SM PKG') and l_quantity >= [QUANTITY1] and l_quantity <= [QUANTITY1] + 10 and p_size between 1 and 5 and l_shipmode in ('AIR', 'AIR REG') and l_shipinstruct = 'DELIVER IN PERSON' )or ( p_partkey = l_partkey and p_brand = '[BRAND2]' and p_container in ('MED BAG', 'MED BOX', 'MED PKG', 'MED PACK') and l_quantity >= [QUANTITY2] and l_quantity <= [QUANTITY2] + 10 and p_size between 1 and 10 and l_shipmode in ('AIR', 'AIR REG') and l_shipinstruct = 'DELIVER IN PERSON' )or... Select sum(l_extendedprice* (1 - l_discount)) as revenue from lineitem, part where p_partkey = l_partkey and l_shipmode in ('AIR', 'AIR REG') and l_shipinstruct = 'DELIVER IN PERSON' and ( p_brand = '[BRAND1]' and p_container in ('SM CASE', 'SM BOX', 'SM PACK', 'SM PKG') and l_quantity >= [QUANTITY1] and l_quantity <= [QUANTITY1] +10 and p_size between 1 and 5 ) or ( p_brand = '[BRAND2]' and p_container in ('MED BAG', 'MED BOX', 'MED PKG', 'MED PACK') and l_quantity >= [QUANTITY2] and l_quantity <= [QUANTITY2] +10 and p_size between 1 and 10 )or... Consulta 19 - OriginalConsulta 19 - Reescrita

19 19Estudo de Viabilidade de uma Plataforma de Baixo Custo para Data Warehouse Resultados – TPC-H e DBT3 Comparação entre planos de execução

20 20Estudo de Viabilidade de uma Plataforma de Baixo Custo para Data Warehouse Resultados – DBT3

21 21Estudo de Viabilidade de uma Plataforma de Baixo Custo para Data Warehouse Resultados – DBT3 Índices gerados = 332,35 = 224,85 Composite = 273,37 Resultado dos benchmarks

22 22Estudo de Viabilidade de uma Plataforma de Baixo Custo para Data Warehouse Conclusão ✔ Atual versão do PostgreSQL (7.4.x) não executou satisfatoriamente o TPC-H sendo necessário executar o DBT3; ✔ O PostgreSQL não possui um problema estrutural que impeça a execução das consultas, apenas não as executa de um forma adequada; ✔ Implementação de estruturas que aumentem o desempenho de um bancos de dados de DW: Páginas PAX Índices de bitmap Paralelismo intra-query ✔ Diante do exposto concluímos que, atualmente, somente é viável utilizar o PostgreSQL num projeto de data warehouse de maneira restrita: Escassez de recursos financeiros para adquirir SGBDs mais maduros Monitorar constantemente as consultas submetidas ao banco de dados Aceitar o baixo desempenho nas consultas apontadas neste trabalho


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