Tag Archive for: Big Data

Benjamin Aunkofer über Karriere mit Daten, Datenkompetenz und Datenstrategie
Redaktion

Data Jobs – Podcast-Folge mit Benjamin Aunkofer

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In der heutigen Geschäftswelt ist der Einsatz von Daten unerlässlich, insbesondere für Unternehmen mit über 100 Mitarbeitern, die erfolgreich bleiben möchten. In der Podcast-Episode “Data Jobs – Was brauchst Du, um im Datenbereich richtig Karriere zu machen?” diskutieren Dr. Christian Krug und Benjamin Aunkofer, Gründer von DATANOMIQ, wie Angestellte ihre Datenkenntnisse verbessern und damit ihre berufliche Laufbahn aktiv vorantreiben können. Dies steigert nicht nur ihren persönlichen Erfolg, sondern erhöht auch den Nutzen und die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens. Datenkompetenz ist demnach ein wesentlicher Faktor für den Erfolg sowohl auf individueller als auch auf Unternehmensebene.

In dem Interview erläutert Benjamin Aunkofer, wie man den Einstieg auch als Quereinsteiger schafft. Das Sprichwort „Ohne Fleiß kein Preis“ trifft besonders auf die Entwicklung beruflicher Fähigkeiten zu, insbesondere im Bereich der Datenverarbeitung und -analyse. Anstelle den Abend mit Serien auf Netflix zu verbringen, könnte man die Zeit nutzen, um sich durch Fachliteratur weiterzubilden. Es gibt eine Vielzahl von Büchern zu Themen wie Data Science, Künstliche Intelligenz, Process Mining oder Datenstrategie, die wertvolle Einblicke und Kenntnisse bieten können.

Der Nutzen steht in einem guten Verhältnis zum Aufwand, so Benjamin Aunkofer. Für diejenigen, die wirklich daran interessiert sind, in eine Datenkarriere einzusteigen, stehen die Türen offen. Der Einstieg erfordert zwar Engagement und Lernbereitschaft, ist aber für entschlossene Individuen absolut machbar. Dabei muss man nicht unbedingt eine Laufbahn als Data Scientist anstreben. Jede Fachkraft und insbesondere Führungskräfte können erheblich davon profitieren, die Grundlagen von Data Engineering und Data Science zu verstehen. Diese Kenntnisse ermöglichen es, fundiertere Entscheidungen zu treffen und die Potenziale der Datenanalyse optimal für das Unternehmen zu nutzen.

Podcast-Folge mit Benjamin Aunkofer und Dr. Christian Krug darüber, wie Menschen mit Daten Karriere machen und den Unternehmenserfolg herstellen!

Podcast-Folge mit Benjamin Aunkofer und Dr. Christian Krug darüber, wie Menschen mit Daten Karriere machen und den Unternehmenserfolg herstellen.

 

Zur Podcast-Folge auf Spotify: https://open.spotify.com/show/6Ow7ySMbgnir27etMYkpxT?si=dc0fd2b3c6454bfa

Zur Podcast-Folge auf iTunes: https://podcasts.apple.com/de/podcast/unf-ck-your-data/id1673832019

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Zur Podcast-Folge auf Deezer: https://deezer.page.link/FnT5kRSjf2k54iib6

Benjamin Aunkofer im Interview mit Atreus Interim Management über Daten & KI in Unternehmen
Redaktion

Video Interview – Interim Management für Daten & KI

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Data & AI im Unternehmen zu etablieren ist ein Prozess, der eine fachlich kompetente Führung benötigt. Hier kann Interim Management die Lösung sein.

Unternehmer stehen dabei vor großen Herausforderungen und stellen sich oft diese oder ähnliche Fragen:

  • Welche Top-Level Strategie brauche ich?
  • Wo und wie finde ich die ersten Show Cases im Unternehmen?
  • Habe ich aktuell den richtigen Daten back-bone?

Diese Fragen beantwortet Benjamin Aunkofer (Gründer von DATANOMIQ und AUDAVIS) im Interview mit Atreus Interim Management. Er erläutert, wie Unternehmen die Disziplinen Data Science, Business Intelligence, Process Mining und KI zusammenführen können, und warum Interim Management dazu eine gute Idee sein kann.

Video Interview “Meet the Manager” auf Youtube mit Franz Kubbillum von Atreus Interim Management und Benjamin Aunkofer von DATANOMIQ.

Über Benjamin Aunkofer

Benjamin Aunkofer - Interim Manager für Data & AI, Gründer von DATANOMIQ und AUDAVIS.

Benjamin Aunkofer – Interim Manager für Data & AI, Gründer von DATANOMIQ und AUDAVIS.

Benjamin Aunkofer ist Gründer des Beratungs- und Implementierungspartners für Daten- und KI-Lösungen namens DATANOMIQ sowie Co-Gründer der AUDAVIS, einem AI as a Service für die Wirtschaftsprüfung.

Nach seiner Ausbildung zum Software-Entwickler (FI-AE IHK) und seinem Einstieg als Consultant bei Deloitte, gründete er 2015 die DATANOMIQ GmbH in Berlin und unterstütze mit mehreren kleinen Teams Unternehmen aus unterschiedlichen Branchen wie Handel, eCommerce, Finanzdienstleistungen und der produzierenden Industrie (Pharma, Automobilzulieferer, Maschinenbau). Er partnert mit anderen Unternehmensberatungen und unterstütze als externer Dienstleister auch Wirtschaftsprüfungsgesellschaften.

Der Projekteinstieg in Unternehmen erfolgte entweder rein projekt-basiert (Projektangebot) oder über ein Interim Management z. B. als Head of Data & AI, Chief Data Scientist oder Head of Process Mining.

Im Jahr 2023 gründete Benjamin Aunkofer mit zwei Mitgründern die AUDAVIS GmbH, die eine Software as a Service Cloud-Plattform bietet für Wirtschaftsprüfungsgesellschaften, Interne Revisionen von Konzernen oder für staatliche Prüfung von Finanztransaktionen.

 

Datenbusiness
Redaktion

Data Unplugged – Event Empfehlung

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Mit der Anwesenheit von bis zu 1000 Data and AI Enthusiasts, wird die data:unplugged Veranstaltung eines der größten Data und KI Events des Jahres sein. Mit einer erstklassigen Mischung aus fachlichem Austausch, inspirierenden Reden, Music Acts verschiedener Genres, Comedy und einem kulinarischen Angebot, zelebrieren wir alle gemeinsam KI.

Jetzt noch schnell ein Data Unplugged Ticket kaufen und dabei sein!

Data Unplugged Event in Münster

Data Unplugged Event in Münster

Die Veranstaltung in Münster bietet umfangreiche Themen, ist nicht zu technisch, sondern versucht die Seite des unternehmerischen und gesellschaftlichen Nutzen von Daten und KI zu beleuchten.

Daten-Ethik

Ethische Überlegungen sind entscheidend für die Entwicklung und den Einsatz der KI-Technologie. Deshalb haben wir einen bedeutenden Teil der Veranstaltung der Erforschung der ethischen Auswirkungen von KI gewidmet und wie diese angegangen werden können.

Data Leadership

Unsere Hauptredner:innen und Workshop-Leiter:innen werden anregende Einblicke und praktische Anleitungen bieten, wie man KI-Systeme entwickeln und einsetzen kann, die verantwortungsbewusst, transparent und im Einklang mit menschlichen Werten stehen.

Data Innovation

Data Unplugged wird die neuesten Fortschritte in der KI und ihr potenzielles Auswirkungspotenzial auf Unternehmen, Branchen und die Gesellschaft hervorheben. Die Teilnehmer:innen werden über die neuesten Trends in der KI-Entwicklung erfahren und wie sie diese Trends nutzen können, um Innovationen in ihren eigenen Organisationen voranzutreiben.

Die Raumzeit der Veranstaltung

Die Veranstaltung Data::Unplugged findet am 07.03.2024 im Skaters Palace in Münster statt. Tickets sind über diesen Link (Klick) erhältlich.

Der Organisator

Organisiert wird das Data Unplugged Event von Datenbusiness.de. Mit mehreren 10.000 Data Experts bietet Datenbusiness.de die Deutschlands führende Data & AI Community.

Datenbusiness.de

 

Der bekannteste Kanal dieser Community ist der Datenbusiness Podcast. Jetzt reinhören direkt auf Datenbusiness.de oder via:

Data Lakehouse
Otrek Wilke

Was ist ein Data Lakehouse?

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tl;dr

Ein Data Lakehouse ist eine moderne Datenarchitektur, die die Vorteile eines Data Lake und eines Data Warehouse kombiniert. Es kann strukturierte, halbstrukturierte und unstrukturierte Daten in einer Vielzahl von Formaten speichern und verarbeiten und bietet eine flexible und skalierbare Möglichkeit zur Speicherung und Analyse großer Datenmengen. In diesem Artikel werden die Geschichte von Data Lakehouses, ihre Vor- und Nachteile sowie einige der am häufigsten verwendeten Tools für ihre Erstellung erörtert, darunter Apache Spark, Delta Lake, Databricks, Apache Hudi und Apache Iceberg. Organisationen können je nach ihren spezifischen Bedürfnissen und Anforderungen zwischen einem Data Warehouse und einem Data Lakehouse wählen.

Einführung

In der Welt der Daten ist der Begriff Data Lakehouse allgegenwärtig und wird als Lösung für alle Datenanforderungen verkauft. Aber Moment mal, was ist eigentlich ein Data Lakehouse? Der Artikel beginnt mit einer Definition, was ein Lakehouse ist, gibt einen kurzen geschichtlichen Abriss, wie das Lakehouse entstanden ist und zeigt, warum und wie man ein Data Lakehouse aufbauen sollte.

Die Definition eines Data Lakehouse

Ein Data Lakehouse ist eine moderne Datenspeicher- und -verarbeitungsarchitektur, die die Vorteile von Data Lakes und Data Warehouses vereint. Es ist darauf ausgelegt, große Mengen an strukturierten, halbstrukturierten und unstrukturierten Daten aus verschiedenen Quellen zu verarbeiten und eine einheitliche Sicht auf die Daten für die Analyse bereitzustellen.

Data Lakehouses werden auf Cloud-basierten Objektspeichern wie Amazon S3, Google Cloud Storage oder Azure Blob Storage aufgebaut. Sie nutzen auch verteilte Computing-Frameworks wie Apache Spark, um skalierbare und effiziente Datenverarbeitungsfunktionen bereitzustellen.

In einem Data Lakehouse werden die Daten in ihrem Rohformat gespeichert, und Transformationen und Datenverarbeitung werden je nach Bedarf durchgeführt. Dies ermöglicht eine flexible und agile Datenexploration und -analyse, ohne dass komplexe Datenaufbereitungs- und Ladeprozesse erforderlich sind. Darüber hinaus können Data Governance- und Sicherheitsrichtlinien auf die Daten in einem Data Lakehouse angewendet werden, um die Datenqualität und die Einhaltung von Vorschriften zu gewährleisten.

Data Lakehouse Architecture by DATANOMIQ

Data Lakehouse Architecture

Eine kurze Geschichte des Data Lakehouse

Das Konzept des Data Lakehouse ist relativ neu und entstand Mitte der 2010er Jahre als Reaktion auf die Einschränkungen des traditionellen Data Warehousing und die wachsende Beliebtheit von Data Lakes.

Data Warehousing ist seit den 1980er Jahren die wichtigste Lösung für die Speicherung und Verarbeitung von Daten für Business Intelligence und Analysen. Data Warehouses wurden entwickelt, um strukturierte Daten aus Transaktionssystemen in einem zentralen Repository zu speichern, wo sie mit SQL-basierten Tools bereinigt, umgewandelt und analysiert werden konnten.

Mit der zunehmenden Datenmenge und -vielfalt wurde die Verwaltung von Data Warehouses jedoch immer schwieriger und teurer. Data Lakes, die Mitte der 2000er Jahre aufkamen, boten einen alternativen Ansatz für die Datenspeicherung und -verarbeitung. Data Lakes wurden entwickelt, um große Mengen an rohen und unstrukturierten Daten auf skalierbare und kostengünstige Weise zu speichern.

Data Lakes boten zwar viele Vorteile, verfügten aber nicht über die Struktur und die Data Governance-Funktionen von Data Warehouses. Dies machte es schwierig, aus den Daten aussagekräftige Erkenntnisse zu gewinnen und die Datenqualität und die Einhaltung von Vorschriften sicherzustellen.

Das Data Lakehouse wurde als Lösung für dieses Problem entwickelt und kombiniert die Vorteile von Data Lakes und Data Warehouses. Bei einem Data Lakehouse werden die Daten in ihrem Rohformat gespeichert, genau wie bei einem Data Lake. Das Data Lakehouse bietet jedoch auch die Struktur und die Governance-Funktionen eines Data Warehouse, was eine einfachere Datenverwaltung und -analyse ermöglicht.

Wann wird ein Data Lakehouse verwendet?

Ein Data Lakehouse kann für eine Vielzahl von Anwendungsfällen der Datenspeicherung und -verarbeitung eingesetzt werden, insbesondere für solche, bei denen große Mengen unterschiedlicher Datentypen aus verschiedenen Quellen anfallen. Einige häufige Anwendungsfälle sind:

  1. Datenexploration und -erkennung: Ein Data Lakehouse ermöglicht es Benutzern, Rohdaten auf flexible und agile Weise zu untersuchen und zu analysieren, ohne dass komplexe Datenaufbereitungsprozesse erforderlich sind. Dies kann Unternehmen dabei helfen, Muster und Erkenntnisse zu erkennen, die sonst nur schwer zu entdecken wären.
  2. Erweiterte Analysen und maschinelles Lernen: Data Lakehouses können erweiterte Analysen und maschinelles Lernen unterstützen, indem sie eine einheitliche Sicht auf die Daten bieten, die zum Trainieren von Modellen und zur Erstellung von Vorhersagen verwendet werden kann.
  3. Datenverarbeitung in Echtzeit: Ein Data Lakehouse kann zum Speichern und Verarbeiten von Echtzeit-Datenströmen von IoT-Geräten, Social-Media-Feeds und anderen Quellen verwendet werden, um Einblicke und Maßnahmen in Echtzeit zu ermöglichen.
  4. Datenintegration und -verwaltung: Data Lakehouses können Unternehmen dabei helfen, Daten aus verschiedenen Quellen zu integrieren und zu verwalten, um Datenqualität, Konsistenz und Compliance zu gewährleisten.
  5. Kunde 360: Ein Data Lakehouse kann zur Konsolidierung von Kundendaten aus verschiedenen Quellen wie Transaktionssystemen, sozialen Medien und Kundensupportsystemen verwendet werden, um eine vollständige Sicht auf den Kunden zu erhalten und personalisierte Erfahrungen zu ermöglichen.

Data Lakehouse vs. Data Warehouse

Data Lakehouse Schema

Data Lakehouse Schema

Das Data Lakehouse ist also eine moderne Alternative zu Data Warehouse und Data Lake. Aber wie entscheidet man, ob man ein Data Lakehouse oder ein Data Warehouse einsetzt? Hier sind einige Faktoren, die bei der Bewertung der Verwendung eines Data Lakehouse gegenüber einem Data Warehouse für Ihr Unternehmen zu berücksichtigen sind:

  1. Datentypen und -quellen: Wenn Ihr Unternehmen strukturierte Daten aus transaktionalen Systemen speichern und analysieren muss, ist ein Data Warehouse möglicherweise die bessere Wahl. Wenn Sie jedoch verschiedene Datentypen und -quellen haben, einschließlich unstrukturierter und halbstrukturierter Daten, ist ein Data Lakehouse die bessere Wahl.
  2. Anforderungen an die Datenverarbeitung: Wenn Ihr Unternehmen komplexe Abfragen und Aggregationen von Daten durchführen muss, ist ein Data Warehouse möglicherweise die bessere Wahl. Wenn Sie jedoch Ad-hoc-Abfragen und explorative Analysen durchführen müssen, ist ein Data Lakehouse besser geeignet.
  3. Datenvolumen: Wenn Sie relativ kleine Datenmengen haben, ist ein Data Warehouse möglicherweise die kostengünstigere Wahl. Wenn Sie jedoch große Datenmengen haben, die schnell wachsen, wäre ein Data Lakehouse die bessere Wahl.
  4. Datenlatenz: Wenn Ihr Unternehmen Daten in Echtzeit verarbeiten und analysieren muss, ist ein Data Lakehouse möglicherweise die bessere Wahl. Wenn Ihre Analyse jedoch eine gewisse Latenzzeit tolerieren kann, könnte ein Data Warehouse die bessere Wahl sein.
  5. Data Governance und Compliance: Wenn Ihr Unternehmen strenge Anforderungen an die Datenverwaltung und -einhaltung hat, ist ein Data Warehouse möglicherweise die bessere Wahl. Ein Data Lakehouse kann jedoch auch Data Governance und Compliance unterstützen, indem es die Datenabfolge, Zugriffskontrollen und Auditing-Funktionen bereitstellt.

Die Entscheidung für das eine oder das andere hängt hauptsächlich von der Menge und Häufigkeit der zu verarbeitenden Daten ab. Aber auch die Art der Daten (strukturiert oder unstrukturiert) spielt eine wichtige Rolle.

Tools zum Aufbau eines Data Lakehouse

Nachfolgend eine Liste an Tools, die für Data Lakehouses infrage kommen, ohne Anspruch auf Vollständigkeit:

  1. Apache Spark: Spark ist eine beliebte Open-Source-Datenverarbeitungs-Engine, die für den Aufbau eines Data Lakehouse verwendet werden kann. Spark unterstützt eine Vielzahl von Datenquellen, einschließlich strukturierter, halbstrukturierter und unstrukturierter Daten, und kann sowohl für die Batch- als auch für die Echtzeit-Datenverarbeitung verwendet werden. Spark ist direkt auf mehreren Cloud-Plattformen verfügbar, darunter AWS, Azure und Google Cloud Platform.Apacke Spark ist jedoch mehr als nur ein Tool, es ist die Grundbasis für die meisten anderen Tools. So basieren z. B. Databricks und Azure Synapse auf Apache Spark, vereinfachen den Umgang mit Spark für den Benutzer dabei gleichzeitig sehr.
  2. Delta Lake: Delta Lake ist eine Open-Source-Speicherschicht, die auf einem Data Lake läuft und Funktionen für die Zuverlässigkeit, Qualität und Leistung von Daten bietet. Delta Lake baut auf Apache Spark auf und ist auf mehreren Cloud-Plattformen verfügbar, darunter AWS, Azure und Google Cloud Platform.
  3. AWS Lake Formation: AWS Lake Formation ist ein verwalteter Service, der den Prozess der Erstellung, Sicherung und Verwaltung eines Data Lakehouse auf AWS vereinfacht. Lake Formation bietet eine Vielzahl von Funktionen, einschließlich Datenaufnahme, Datenkatalogisierung und Datentransformation, und kann mit einer Vielzahl von Datenquellen verwendet werden.
  4. Azure Synapse Analytics: Azure Synapse Analytics ist ein verwalteter Analysedienst, der eine einheitliche Erfahrung für Big Data und Data Warehousing bietet. Synapse Analytics umfasst eine Data Lakehouse-Funktion, die das Beste aus Data Lakes und Data Warehouses kombiniert, um eine flexible und skalierbare Lösung für die Speicherung und Verarbeitung von Daten zu bieten.
  5. Google Cloud Data Fusion: Google Cloud Data Fusion ist ein vollständig verwalteter Datenintegrationsdienst, der zum Aufbau eines Data Lakehouse auf der Google Cloud Platform verwendet werden kann. Data Fusion bietet eine Vielzahl von Funktionen zur Datenaufnahme, -umwandlung und -verarbeitung und kann mit einer Vielzahl von Datenquellen verwendet werden.
  6. Databricks: Databricks ist eine Cloud-basierte Datenverarbeitungs- und Analyseplattform, die auf Apache Spark aufbaut. Sie bietet einen einheitlichen Arbeitsbereich für Data Engineering, Data Science und maschinelles Lernen, der zum Aufbau und Betrieb eines Data Lakehouse verwendet werden kann. Databricks ist auf AWS, Azure und Google Cloud Platform verfügbar.
  7. Apache Hudi: Apache Hudi ist ein Open-Source-Datenmanagement-Framework, das eine effiziente und skalierbare Datenaufnahme, -speicherung und -verarbeitung ermöglicht. Hudi bietet Funktionen wie inkrementelle Verarbeitung, Upserts und Deletes sowie Datenversionierung, um die Datenqualität in einem Data Lakehouse zu erhalten. Apache Hudi ist auf AWS, Azure und Google Cloud Platform verfügbar.
  8. Apache Iceberg: Apache Iceberg ist ein Open-Source-Tabellenformat, das schnelle und effiziente Datenabfragen ermöglicht und gleichzeitig transaktionale und konsistente Ansichten von Daten in einem Data Lakehouse bietet. Es ist so konzipiert, dass es mit einer Vielzahl von Speichersystemen wie dem Hadoop Distributed File System (HDFS), Amazon S3 und Azure Blob Storage zusammenarbeitet. Apache Iceberg ist auf AWS, Azure und Google Cloud Platform verfügbar.

Alle diese Tools haben sich aufgrund ihrer Benutzerfreundlichkeit, Skalierbarkeit und Unterstützung für eine Vielzahl von Datenverarbeitungs- und Analyseanwendungen für den Aufbau von Data Lakehouses durchgesetzt. Die Wahl des Tools hängt von Ihren spezifischen Anforderungen ab, und es ist wichtig, jedes Tool sorgfältig zu bewerten, um festzustellen, welches den Anforderungen Ihres Unternehmens am besten entspricht.

Fazit

In diesem Artikel haben wir das Konzept des Data Lakehouse, seine Geschichte sowie seine Vor- und Nachteile erläutert. Wir haben auch über einige der gängigsten Tools gesprochen, die zum Aufbau eines Data Lakehouse verwendet werden, darunter Apache Spark, Apache Delta Lake, Databricks, Apache Hudi und Apache Iceberg.

Wir haben erörtert, wie Unternehmen zwischen einem Data Warehouse und einem Data Lakehouse wählen können und welche Faktoren bei dieser Entscheidung zu berücksichtigen sind. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es Vor- und Nachteile gibt, die zu berücksichtigen sind und mit den eigenen Anforderungen verglichen werden sollten.

Zusammengefasst bietet ein Data Lakehouse folgende Vor- und Nachteile:

Vorteile eines Data Lakehouse:

  1. Flexibilität: Ein Data Lakehouse bietet eine flexible Datenarchitektur, die strukturierte, halbstrukturierte und unstrukturierte Daten in einer Vielzahl von Formaten speichern und verarbeiten kann, einschließlich Data Lakes und Data Warehouses.
  2. Skalierbarkeit: Ein Data Lakehouse kann skaliert werden, um die Anforderungen großer und komplexer Datenverarbeitungs- und Analyse-Workloads zu erfüllen.
  3. Kosteneffektiv: Ein Data Lakehouse kann zur Kostensenkung beitragen, indem es den Bedarf an mehreren Datensilos beseitigt und die Datenduplizierung reduziert.
  4. Verarbeitung in Echtzeit: Ein Data Lakehouse kann für die Datenverarbeitung in Echtzeit genutzt werden, so dass Unternehmen datengesteuerte Entscheidungen in Echtzeit treffen können.
  5. Datenverwaltung: Ein Data Lakehouse kann zur Verbesserung der Data Governance beitragen, indem es ein zentrales Repository für alle Daten bereitstellt und eine fein abgestufte Zugriffskontrolle ermöglicht.

Nachteile, die vor der Entscheidung für ein Data Lakehouse zu berücksichtigen sind:

  1. Komplexität: Der Aufbau eines Data Lakehouse kann komplex sein und erfordert ein tiefes Verständnis von Datenmanagement- und -verarbeitungstechnologien.
  2. Datenqualität: Die Datenqualität kann in einem Data Lakehouse aufgrund der Vielfalt der Datenquellen und der fehlenden Struktur eine Herausforderung darstellen.
  3. Sicherheit: Die Sicherheit kann in einem Data Lakehouse ein Problem darstellen, da es oft notwendig ist, den Zugriff auf große Datenmengen zu verwalten, die an verschiedenen Orten gespeichert sind.
  4. Qualifikationen: Der Aufbau und die Pflege eines Data Lakehouse erfordern ein spezifisches Skillset, das sich von dem des traditionellen Data Warehousing oder der Big Data-Verarbeitung unterscheiden kann.
  5. Werkzeuge: Es gibt zwar viele Tools für den Aufbau eines Data Lakehouse, aber angesichts des rasanten Innovationstempos kann es eine Herausforderung sein, mit den neuesten Tools und Technologien Schritt zu halten.

Abschließend lässt sich sagen, dass ein Data Lakehouse für Unternehmen, die eine flexible, skalierbare und kosteneffiziente Methode zur Speicherung und Verarbeitung großer Datenmengen benötigen, erhebliche Vorteile bieten. Auch wenn der Aufbau eines Data Lakehouse grundsätzlich komplexer ist, gibt es viele Tools und Technologien, die Unternehmen beim Aufbau und Betrieb einer erfolgreichen Data Lakehouse-Architektur unterstützen und dieses vereinfachen.

Haben Sie bereits ein Data Lakehouse im Einsatz oder überlegen Sie, eines für Ihr Unternehmen zu bauen? Schreiben Sie mich an!

Benjamin Aunkofer

Big Data – Das Versprechen wurde eingelöst

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Big Data tauchte als Buzzword meiner Recherche nach erstmals um das Jahr 2011 relevant in den Medien auf. Big Data wurde zum Business-Sprech der darauffolgenden Jahre. In der Parallelwelt der ITler wurde das Tool und Ökosystem Apache Hadoop quasi mit Big Data beinahe synonym gesetzt. Der Guardian verlieh Apache Hadoop mit seinem Konzept des Distributed Computing mit MapReduce im März 2011 bei den MediaGuardian Innovation Awards die Auszeichnung “Innovator of the Year”. Im Jahr 2015 erlebte der Begriff Big Data in der allgemeinen Geschäftswelt seine Euphorie-Phase mit vielen Konferenzen und Vorträgen weltweit, die sich mit dem Thema auseinandersetzten. Dann etwa im Jahr 2018 flachte der Hype um Big Data wieder ab, die Euphorie änderte sich in eine Ernüchterung, zumindest für den deutschen Mittelstand. Die große Verarbeitung von Datenmassen fand nur in ganz bestimmten Bereichen statt, die US-amerikanischen Tech-Riesen wie Google oder Facebook hingegen wurden zu Daten-Monopolisten erklärt, denen niemand das Wasser reichen könne. Big Data wurde für viele Unternehmen der traditionellen Industrie zur Enttäuschung, zum falschen Versprechen.

Von Big Data über Data Science zu AI

Einer der Gründe, warum Big Data insbesondere nach der Euphorie wieder aus der Diskussion verschwand, war der Leitspruch “Shit in, shit out” und die Kernaussage, dass Daten in großen Mengen nicht viel wert seien, wenn die Datenqualität nicht stimme. Datenqualität hingegen, wurde zum wichtigen Faktor jeder Unternehmensbewertung, was Themen wie Reporting, Data Governance und schließlich dann das Data Engineering mehr noch anschob als die Data Science.

Google Trends - Big Data (blue), Data Science (red), Business Intelligence (yellow) und Process Mining (green).

Google Trends – Big Data (blue), Data Science (red), Business Intelligence (yellow) und Process Mining (green). Quelle: https://trends.google.de/trends/explore?date=2011-03-01%202023-01-03&geo=DE&q=big%20data,data%20science,Business%20Intelligence,Process%20Mining&hl=de

Small Data wurde zum Fokus für die deutsche Industrie, denn “Big Data is messy!”1 und galt als nur schwer und teuer zu verarbeiten. Cloud Computing, erst mit den Infrastructure as a Service (IaaS) Angeboten von Amazon, Microsoft und Google, wurde zum Enabler für schnelle, flexible Big Data Architekturen. Zwischenzeitlich wurde die Business Intelligence mit Tools wie Qlik Sense, Tableau, Power BI und Looker (und vielen anderen) weiter im Markt ausgebaut, die recht neue Disziplin Process Mining (vor allem durch das deutsche Unicorn Celonis) etabliert und Data Science schloss als Hype nahtlos an Big Data etwa ab 2017 an, wurde dann ungefähr im Jahr 2021 von AI als Hype ersetzt. Von Data Science spricht auf Konferenzen heute kaum noch jemand und wurde hype-technisch komplett durch Machine Learning bzw. Artificial Intelligence (AI) ersetzt. AI wiederum scheint spätestens mit ChatGPT 2022/2023 eine neue Euphorie-Phase erreicht zu haben, mit noch ungewissem Ausgang.

Big Data Analytics erreicht die nötige Reife

Der Begriff Big Data war schon immer etwas schwammig und wurde von vielen Unternehmen und Experten schnell auch im Kontext kleinerer Datenmengen verwendet.2 Denn heute spielt die Definition darüber, was Big Data eigentlich genau ist, wirklich keine Rolle mehr. Alle zuvor genannten Hypes sind selbst Erben des Hypes um Big Data.

Während vor Jahren noch kleine Datenanalysen reichen mussten, können heute dank Data Lakes oder gar Data Lakehouse Architekturen, auf Apache Spark (dem quasi-Nachfolger von Hadoop) basierende Datenbank- und Analysesysteme, strukturierte Datentabellen über semi-strukturierte bis komplett unstrukturierte Daten umfassend und versioniert gespeichert, fusioniert, verknüpft und ausgewertet werden. Das funktioniert heute problemlos in der Cloud, notfalls jedoch auch in einem eigenen Rechenzentrum On-Premise. Während in der Anfangszeit Apache Spark noch selbst auf einem Hardware-Cluster aufgesetzt werden musste, kommen heute eher die managed Cloud-Varianten wie Microsoft Azure Synapse oder die agnostische Alternative Databricks zum Einsatz, die auf Spark aufbauen.

Die vollautomatisierte Analyse von textlicher Sprache, von Fotos oder Videomaterial war 2015 noch Nische, gehört heute jedoch zum Alltag hinzu. Während 2015 noch von neuen Geschäftsmodellen mit Big Data geträumt wurde, sind Data as a Service und AI as a Service heute längst Realität!

ChatGPT und GPT 4 sind King of Big Data

ChatGPT erschien Ende 2022 und war prinzipiell nichts Neues, keine neue Invention (Erfindung), jedoch eine große Innovation (Marktdurchdringung), die großes öffentliches Interesse vor allem auch deswegen erhielt, weil es als kostenloses Angebot für einen eigentlich sehr kostenintensiven Service veröffentlicht und für jeden erreichbar wurde. ChatGPT basiert auf GPT-3, die dritte Version des Generative Pre-Trained Transformer Modells. Transformer sind neuronale Netze, sie ihre Input-Parameter nicht nur zu Klasseneinschätzungen verdichten (z. B. ein Bild zeigt einen Hund, eine Katze oder eine andere Klasse), sondern wieder selbst Daten in ähnliche Gestalt und Größe erstellen. So wird aus einem gegeben Bild ein neues Bild, aus einem gegeben Text, ein neuer Text oder eine sinnvolle Ergänzung (Antwort) des Textes. GPT-3 ist jedoch noch komplizierter, basiert nicht nur auf Supervised Deep Learning, sondern auch auf Reinforcement Learning.
GPT-3 wurde mit mehr als 100 Milliarden Wörter trainiert, das parametrisierte Machine Learning Modell selbst wiegt 800 GB (quasi nur die Neuronen!)3.

ChatGPT basiert auf GPT3.5 und wurde in 3 Schritten trainiert. Neben Supervised Learning kam auch Reinforcement Learning zum Einsatz.

ChatGPT basiert auf GPT-3.5 und wurde in 3 Schritten trainiert. Neben Supervised Learning kam auch Reinforcement Learning zum Einsatz. Quelle: openai.com

GPT-3 von openai.com war 2021 mit 175 Milliarden Parametern das weltweit größte Neuronale Netz der Welt.4 

Größenvergleich: Parameteranzahl GPT-3 vs GPT-4

Größenvergleich: Parameteranzahl GPT-3 vs GPT-4 Quelle: openai.com

Der davor existierende Platzhirsch unter den Modellen kam von Microsoft mit “nur” 10 Milliarden Parametern und damit um den Faktor 17 kleiner. Das nun neue Modell GPT-4 ist mit 100 Billionen Parametern nochmal 570 mal so “groß” wie GPT-3. Dies bedeutet keinesfalls, dass GPT-4 entsprechend 570 mal so fähig sein wird wie GPT-3, jedoch wird der Faktor immer noch deutlich und spürbar sein und sicher eine Erweiterung der Fähigkeiten bedeuten.

Was Big Data & Analytics heute für Unternehmen erreicht

Auf Big Data basierende Systeme wie ChatGPT sollte es – der zuvor genannten Logik folgend – jedoch eigentlich gar nicht geben dürfen, denn die rohen Datenmassen, die für das Training verwendet wurden, konnten nicht im Detail auf ihre Qualität überprüft werden. Zum Einen mittelt die Masse an Daten die in ihnen zu findenden Fehler weitgehend raus, zum Anderen filtert Deep Learning selbst relevante Muster und unliebsame Ausreißer aus den Datenmassen heraus. Neuronale Netze, der Kern des Deep Learning, können durchaus als große Filter verstanden und erklärt werden.

Davon abgesehen, dass die neuen ChatBot-APIs von den Cloud-Providern Microsoft, Google und auch Amazon genutzt werden können, um Arbeitsprozesse und Kommunikation zu automatisieren, wird Big Data heute in vielen Unternehmen dazu eingesetzt, um Unternehmens-/Finanzkennzahlen auszuwerten und vorherzusagen, um Produktionsqualität zu überwachen, um Maschinen-Sensordaten mit den Geschäftsdaten aus ERP-, MES- und CRM-Systemen zu verheiraten, um operative Prozesse über mehrere IT-Systeme hinweg zu rekonstruieren und auf Schwachstellen hin zu untersuchen und um Schlussendlich auch den weiteren Datenhunger zu stillen, z. B. über Text-Extraktion aus Webseiten (Intelligence Gathering), die mit NLP und Computer Vision mächtiger wird als je zuvor.

Big Data hält sein Versprechen dank AI

Die frühere Enttäuschung aus Big Data resultierte aus dem fehlenden Vermittler zwischen Big Data (passive Daten) und den Applikationen (z. B. Industrie 4.0). Dieser Vermittler ist der aktive Part, die AI und weiterführende Datenverarbeitung (z. B. Lakehousing) und Analysemethodik (z. B. Process Mining). Davon abgesehen, dass mit AI über Big Data bereits in Medizin und im Verkehrswesen Menschenleben gerettet wurden, ist Big Data & AI längst auch in gewöhnlichen Unternehmen angekommen. Big Data hält sein Versprechen für Unternehmen doch noch ein und revolutioniert Geschäftsmodelle und Geschäftsprozesse, sichert so Wettbewerbsfähigkeit. Zumindest, wenn Unternehmen sich auf diesen Weg tatsächlich einlassen.

Quellen:

  1. Edd Dumbill: What is big data? An introduction to the big data landscape. (Memento vom 23. April 2014 im Internet Archive) auf: strata.oreilly.com.
    ↑
  2. Fergus Gloster: Von Big Data reden aber Small Data meinen. Computerwoche, 1. Oktober 2014↑
  3. Bussler, Frederik (July 21, 2020). “Will GPT-3 Kill Coding?”. Towards Data Science. Retrieved August 1, 2020.2022↑
  4. developer.nvidia.com, 1. Oktober 2014↑
Data Science & Big Data
Julius Meier

Buzzword Bingo: Data Science – Teil II

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Im ersten Teil unserer Serie „Buzzword Bingo: Data Science“ widmeten wir uns den Begriffen Künstliche Intelligenz, Algorithmen und Maschinelles Lernen. Nun geht es hier im zweiten Teil weiter mit der Begriffsklärung dreier weiterer Begriffe aus dem Data Science-Umfeld.

Buzzword Bingo: Data Science – Teil II: Big Data, Predictive Analytics & Internet of Things

Im zweiten Teil unserer dreiteiligen Reihe „Buzzword Bingo Data Science“ beschäftigen wir uns mit den Begriffen „Big Data“, „Predictive Analytics“ und „Internet of Things“.

Big Data

Interaktionen auf Internetseiten und in Webshops, Likes, Shares und Kommentare in Social Media, Nutzungsdaten aus Streamingdiensten wie Netflix und Spotify, von mobilen Endgeräten wie Smartphones oder Fitnesstrackern aufgezeichnete Bewegungsdate oder Zahlungsaktivitäten mit der Kreditkarte: Wir alle produzieren in unserem Leben alltäglich immense Datenmengen.

Im Zusammenhang mit künstlicher Intelligenz wird dabei häufig von „Big Data“ gesprochen. Und weil es in der öffentlichen Diskussion um Daten häufig um personenbezogene Daten geht, ist der Begriff Big Data oft eher negativ konnotiert. Dabei ist Big Data eigentlich ein völlig wertfreier Begriff. Im Wesentlichen müssen drei Faktoren erfüllt werden, damit Daten als „big“ gelten. Da die drei Fachbegriffe im Englischen alle mit einem „V“ beginnen, wird häufig auch von den drei V der Big Data gesprochen.

Doch welche Eigenschaften sind dies?

  • Volume (Datenmenge): Unter Big Data werden Daten(-mengen) verstanden, die zu groß sind, um sie mit klassischen Methoden zu bearbeiten, weil beispielsweise ein einzelner Computer nicht in der Läge wäre, diese Datenmenge zu verarbeiten.
  • Velocity (Geschwindigkeit der Datenerfassung und -verarbeitung): Unter Big Data werden Daten(-mengen) verstanden, die in einer sehr hohen Geschwindigkeit generiert werden und dementsprechend auch in einer hohen Geschwindigkeit ausgewertet und weiterverarbeitet werden müssen, um Aktualität zu gewährleisten.
  • Variety (Datenkomplexität oder Datenvielfalt): Unter Big Data werden Daten(-mengen) verstanden, die so komplex sind, dass auf den ersten Blick keine Zusammenhänge erkennbar sind. Diese Zusammenhänge können erst mit speziellen maschinellen Lernverfahren aufgedeckt werden. Dazu gehört auch, dass ein Großteil aller Daten in unstrukturierten Formaten wie Texten, Bildern oder Videos abgespeichert ist.

Häufig werden neben diesen drei V auch weitere Faktoren aufgezählt, welche Big Data definieren. Dazu gehören Variability (Schwankungen, d.h. die Bedeutung von Daten kann sich verändern), Veracity (Wahrhaftigkeit, d.h. Big Data muss gründlich auf die Korrektheit der Daten geprüft werden), Visualization (Visualisierungen helfen, um komplexe Zusammenhänge in großen Datensets aufzudecken) und Value (Wert, d.h. die Auswertung von Big Data sollte immer mit einem unternehmerischen Vorteil einhergehen).

Predictive Analytics

  • Heute schon die Verkaufszahlen von morgen kennen, sodass eine rechtzeitige Nachbestellung knapper Produkte möglich ist?
  • Bereits am Donnerstagabend die Regenwahrscheinlichkeit für das kommende Wochenende kennen, sodass passende Kleidung für den Kurztrip gepackt werden kann?
  • Frühzeitig vor bevorstehenden Maschinenausfällen gewarnt werden, sodass die passenden Ersatzteile bestellt und das benötigte technische Personal angefragt werden kann?

Als Königsdisziplin der Data Science gilt für viele die genaue Vorhersage zukünftiger Zustände oder Ereignisse. Im Englischen wird dann von „Predictive Analytics“ gesprochen. Diese Methoden werden in vielen verschiedenen Branchen und Anwendungsfeldern genutzt. Die Prognose von Absatzzahlen, die Wettervorhersage oder Predictive Maintenance (engl. für vorausschauende Wartung) von Maschinen und Anlagen sind nur drei mögliche Beispiele.

Zu beachten ist allerdings, dass Predictive-Analytics-Modelle keine Wahrsagerei sind. Die Vorhersage zukünftiger Ereignisse beruht immer auf historischen Daten. Das bedeutet, dass maschinelle Modelle mit Methoden des überwachten maschinellen Lernens darauf trainiert werden, Zusammenhänge zwischen vielen verschiedenen Eingangseigenschaften und einer vorherzusagenden Ausgangseigenschaft zu erkennen. Im Falle der Predicitve Maintenance könnten solche Eingangseigenschaften beispielsweise das Alter einer Produktionsmaschine, der Zeitraum seit der letzten Wartung, die Umgebungstemperatur, die Produktionsgeschwindigkeit und viele weitere sein. In den historischen Daten könnte ein Algorithmus nun untersuchen, ob diese Eingangseigenschaften einen Zusammenhang damit aufweisen, ob die Maschine innerhalb der kommenden 7 Tage ausfallen wird. Hierfür muss zunächst eine ausreichend große Menge an Daten zur Verfügung stehen. Wenn ein vorherzusagendes Ereignis in der Vergangenheit nur sehr selten aufgetreten ist, dann stehen auch nur wenige Daten zur Verfügung, um dasselbe Ereignis für die Zukunft vorherzusagen. Sobald der Algorithmus einen entsprechenden Zusammenhang identifiziert hat, kann dieses trainierte maschinelle Modell nun verwendet werden, um zukünftige Maschinenausfälle rechtzeitig vorherzusagen.

Natürlich müssen solche Modelle dauerhaft darauf geprüft werden, ob sie die Realität immer noch so gut abbilden, wie zu dem Zeitpunkt, zu dem sie trainiert worden sind. Wenn sich nämlich die Umweltparameter ändern, das heißt, wenn Faktoren auftreten, die zum Trainingszeitpunkt noch nicht bekannt waren, dann muss auch das maschinelle Modell neu trainiert werden. Für unser Beispiel könnte dies bedeuten, dass wenn die Maschine für die Produktion eines neuen Produktes eingesetzt wird, auch für dieses neue Produkt zunächst geprüft werden müsste, ob die in der Vergangenheit gefundenen Zusammenhänge immer noch Bestand haben.

Internet of Things

Selbstfahrende Autos, smarte Kühlschränke, Heizungssysteme und Glühbirnen, Fitnesstracker und vieles mehr: das Buzzword „Internet of Things“ (häufig als IoT abgekürzt) beschreibt den Trend, nicht nur Computer über Netzwerke miteinander zu verbinden, sondern auch verschiedene alltägliche Objekte mit in diese Netzwerke aufzunehmen. Seinen Anfang genommen hat dieser Trend in erster Linie im Bereich der Unterhaltungselektronik. In vielen Haushalten sind schon seit Jahren Fernseher, Computer, Spielekonsole und Drucker über das Heimnetzwerk miteinander verbunden und lassen sich per Smartphone bedienen.

Damit ist das IoT natürlich eng verbunden mit Big Data, denn all diese Geräte produzieren nicht nur ständig Daten, sondern sie sind auch auf Informationen sowie auf Daten von anderen Geräten angewiesen, um zu funktionieren.

Sai Priya

5 Apache Spark Best Practices

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Already familiar with the term big data, right? Despite the fact that we would all discuss Big Data, it takes a very long time before you confront it in your career. Apache Spark is a Big Data tool that aims to handle large datasets in a parallel and distributed manner. Apache Spark began as a research project at UC Berkeley’s AMPLab, a student, researcher, and faculty collaboration centered on data-intensive application domains, in 2009. 

Introduction

Spark’s aim is to create a new framework that was optimized for quick iterative processing, such as machine learning and interactive data analysis while retaining Hadoop MapReduce’s scalability and fault-tolerant. Spark outperforms Hadoop in many ways, reaching performance levels that are nearly 100 times higher in some cases. Spark has a number of components for various types of processing, all of which are based on Spark Core. Today we will be going to discuss in brief the Apache  Spark and 5 of its best practices to look forward to-

What is Apache Spark?

Apache Spark is an open-source distributed system for big data workforces. For fast analytic queries against another size of data, it uses in-memory caching and optimised query execution. It is a parallel processing framework for grouped computers to operate large-scale data analytics applications. This could handle packet and real-time data processing and predictive analysis workloads.

It claims to support code reuse all over multiple workloads—batch processing, interactive queries, real-time analytics, machine learning, and graph processing—and offers development APIs in Java, Scala, Python, and R. With 365,000 meetup members in 2017, Apache Spark is becoming one of the most renowned big data distributed processing frameworks. Explore for Apache Spark Tutorial for more information.

5 best practices of Apache Spark

1. Begin with a small sample of the data.

Because we want to make big data work, we need to start with a small sample of data to see if we’re on the right track. In my project, I sampled 10% of the data and verified that the pipelines were working properly. This allowed me to use the SQL section of the Spark UI to watch the numbers grow throughout the flow while not having to wait too long for it to complete.

In my experience, if you attain your preferred runtime with a small sample, scaling up is usually simple.

2. Spark troubleshooting

For transformations, Spark seems to have a lazy loading behaviour. That is, it will not initiate the transformation computation; instead, it will keep records of the transformation requested. This makes it difficult to determine where in our code there are bugs or areas that need to be optimised. Splitting the code into sections with df.cache() and then using df.count() to force Spark to calculate the df at every section was one practise that we found useful.

Spark actions seem to be keen in that they cause the underlying action to perform a computation. So, if you’ve had a Spark action which you only call when it’s required, pay attention. A Spark action, for instance, is count() on a dataset. You can now inspect the computation of each section using the spark UI and identify any issues. It’s important to note that if you don’t use the sampling we mentioned in (1), you’ll probably end up with a very long runtime that’s difficult to debug.

Check out Apache Spark Training & Certification Course to get yourself certified in Apache Spark with industry-level skills.

3. Finding and resolving Skewness is a difficult task.

Having to look at the stage specifics in the spark UI and looking for just a major difference between both the max and median can help you find the Skewness:

Let’s begin with a definition of Skewness. As previously stated, our data is divided into partitions, and the size of each partition will most likely change as the progress of transformation. This can result in a large difference in size between partitions, indicating that our data is skew. This implies that a few of the tasks were markedly slower than the rest.

Why is this even a bad thing? Because it may cause other stages to stand in line for these few tasks, leaving cores idle. If you understand where all the Skewness has been coming from, you can fix it right away by changing the partitioning.

4. Appropriately cache

Spark allows you to cache datasets in memory. There are a variety of options to choose from:

  • Since the same operation has been computed several times in the pipeline flow, cache it.
  • To allow the required cache setting, use the persist API to enable caching (persist to disc or not; serialized or not).
  • Be cognizant of lazy loading and, if necessary, prime cache up front. Some APIs are eager, while others aren’t.
  • To see information about the datasets you’ve cached, go to the Storage tab in the Spark UI.
  • It’s a good idea to unpersist your cached datasets after you’ve finished using them to free up resources, especially if other people are using the cluster.

5. Spark has issues with iterative code.

It was particularly difficult. Spark uses lazy evaluation so that when the code is run, it only creates a computational graph, a DAG. Once you have an iterative process, however, this method can be very problematic so because DAG finally opens the prior iteration and then becomes extremely large, we mean extremely large. This may be too large for the driver to remember. Because the application is stuck, this makes it appear in the spark UI as if no jobs are running (which is correct) for an extended period of time — until the driver crashes.

This seems to be presently an obvious issue with Spark, and the workaround that worked for me was to use df.checkpoint() / df.reset() / df.reset() / df.reset() / df.reset() / df. every 5–6 iterations, call localCheckpoint() (find your number by experimenting a bit). This works because, unlike cache(), checkpoint() breaks the lineage and the DAG, saves the results and starts from a new checkpoint. The disadvantage is that you don’t have the entire DAG to recreate the df if something goes wrong.

Conclusion

Spark is now one of the most popular projects inside the Hadoop ecosystem, with many companies using it in conjunction with Hadoop to process large amounts of data. In June 2013, Spark was acknowledged into the Apache Software Foundation’s (ASF) entrepreneurial context, and in February 2014, it was designated as an Apache Top-Level Project. Spark could indeed run by itself, on Apache Mesos, or on Apache Hadoop, which is the most common. Spark is used by large enterprises working with big data applications because of its speed and ability to connect multiple types of databases and run various types of analytics applications.

Learning how to make Spark work its magic takes time, but these 5 practices will help you move your project forward and sprinkle some spark charm on your code.

Niklas Lang

Big Data mit Hadoop und Map Reduce!

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Foto von delfi de la Rua auf Unsplash.

Hadoop ist ein Softwareframework, mit dem sich große Datenmengen auf verteilten Systemen schnell verarbeiten lassen. Es verfügt über Mechanismen, welche eine stabile und fehlertolerante Funktionalität sicherstellen, sodass das Tool für die Datenverarbeitung im Big Data Umfeld bestens geeignet ist. In diesen Fällen ist eine normale relationale Datenbank oft nicht ausreichend, um die unstrukturierten Datenmengen kostengünstig und effizient abzuspeichern.

Unterschiede zwischen Hadoop und einer relationalen Datenbank

Hadoop unterscheidet sich in einigen grundlegenden Eigenschaften von einer vergleichbaren relationalen Datenbank.

Eigenschaft Relationale Datenbank Hadoop
Datentypen ausschließlich strukturierte Daten alle Datentypen (strukturiert, semi-strukturiert und unstrukturiert)
Datenmenge wenig bis mittel (im Bereich von einigen GB) große Datenmengen (im Bereich von Terrabyte oder Petabyte)
Abfragesprache SQL HQL (Hive Query Language)
Schema Statisches Schema (Schema on Write) Dynamisches Schema (Schema on Read)
Kosten Lizenzkosten je nach Datenbank Kostenlos
Datenobjekte Relationale Tabellen Key-Value Pair
Skalierungstyp Vertikale Skalierung (Computer muss hardwaretechnisch besser werden) Horizontale Skalierung (mehr Computer können dazugeschaltet werden, um Last abzufangen)

Vergleich Hadoop und Relationale Datenbank

Bestandteile von Hadoop

Das Softwareframework selbst ist eine Zusammenstellung aus insgesamt vier Komponenten.

Hadoop Common ist eine Sammlung aus verschiedenen Modulen und Bibliotheken, welche die anderen Bestandteile unterstützt und deren Zusammenarbeit ermöglicht. Unter anderem sind hier die Java Archive Dateien (JAR Files) abgelegt, die zum Starten von Hadoop benötigt werden. Darüber hinaus ermöglicht die Sammlung die Bereitstellung von grundlegenden Services, wie beispielsweise das File System.

Der Map-Reduce Algorithmus geht in seinen Ursprüngen auf Google zurück und hilft komplexe Rechenaufgaben in überschaubarere Teilprozesse aufzuteilen und diese dann über mehrere Systeme zu verteilen, also horizontal zu skalieren. Dadurch verringert sich die Rechenzeit deutlich. Am Ende müssen die Ergebnisse der Teilaufgaben wieder zu seinem Gesamtresultat zusammengefügt werden.

Der Yet Another Resource Negotiator (YARN) unterstützt den Map-Reduce Algorithmus, indem er die Ressourcen innerhalb eines Computer Clusters im Auge behält und die Teilaufgaben auf die einzelnen Rechner verteilt. Darüber hinaus ordnet er den einzelnen Prozessen die Kapazitäten dafür zu.

Das Hadoop Distributed File System (HDFS) ist ein skalierbares Dateisystem zur Speicherung von Zwischen- oder Endergebnissen. Innerhalb des Clusters ist es über mehrere Rechner verteilt, um große Datenmengen schnell und effizient verarbeiten zu können. Die Idee dahinter war, dass Big Data Projekte und Datenanalysen auf großen Datenmengen beruhen. Somit sollte es ein System geben, welches die Daten auch stapelweise speichert und dadurch schnell verarbeitet. Das HDFS sorgt auch dafür, dass Duplikate von Datensätzen abgelegt werden, um den Ausfall eines Rechners verkraften zu können.

Map Reduce am Beispiel

Angenommen wir haben alle Teile der Harry Potter Romane in Hadoop PDF abgelegt und möchten nun die einzelnen Wörter zählen, die in den Büchern vorkommen. Dies ist eine klassische Aufgabe bei der uns die Aufteilung in eine Map-Funktion und eine Reduce Funktion helfen kann.

Bevor es die Möglichkeit gab, solche aufwendigen Abfragen auf ein ganzes Computer-Cluster aufzuteilen und parallel berechnen zu können, war man gezwungen, den kompletten Datensatz nacheinander zu durchlaufen. Dadurch wurde die Abfragezeit auch umso länger, umso größer der Datensatz wurde. Der einzige Weg, um die Ausführung der Funktion zu beschleunigen ist es, einen Computer mit einem leistungsfähigeren Prozessor (CPU) auszustatten, also dessen Hardware zu verbessern. Wenn man versucht, die Ausführung eines Algorithmus zu beschleunigen, indem man die Hardware des Gerätes verbessert, nennt man das vertikale Skalieren.

Mithilfe von MapReduce ist es möglich eine solche Abfrage deutlich zu beschleunigen, indem man die Aufgabe in kleinere Teilaufgaben aufsplittet. Das hat dann wiederum den Vorteil, dass die Teilaufgaben auf viele verschiedene Computer aufgeteilt und von ihnen ausgeführt werden kann. Dadurch müssen wir nicht die Hardware eines einzigen Gerätes verbessern, sondern können viele, vergleichsweise leistungsschwächere, Computer nutzen und trotzdem die Abfragezeit verringern. Ein solches Vorgehen nennt man horizontales Skalieren.

Kommen wir zurück zu unserem Beispiel: Bisher waren wir bildlich so vorgegangen, dass wir alle Harry Potter Teile gelesen haben und nach jedem gelesenen Wort die Strichliste mit den einzelnen Wörtern einfach um einen Strich erweitert haben. Das Problem daran ist, dass wir diese Vorgehensweise nicht parallelisieren können. Angenommen eine zweite Person will uns unterstützen, dann kann sie das nicht tun, weil sie die Strichliste, mit der wir gerade arbeiten, benötigt, um weiterzumachen. Solange sie diese nicht hat, kann sie nicht unterstützen.

Sie kann uns aber unterstützen, indem sie bereits mit dem zweiten Teil der Harry Potter Reihe beginnt und eine eigene Strichliste nur für das zweite Buch erstellt. Zum Schluss können wir dann alle einzelnen Strichlisten zusammenführen und beispielsweise die Häufigkeit des Wortes “Harry” auf allen Strichlisten zusammenaddieren.

MapReduce am Beispiel von Wortzählungen in Harry Potter Büchern

MapReduce am Beispiel von Wortzählungen in Harry Potter Büchern | Source: Data Basecamp

Dadurch lässt sich die Aufgabe auch relativ einfach horizontal skalieren, indem jeweils eine Person pro Harry Potter Buch arbeitet. Wenn wir noch schneller arbeiten wollen, können wir auch mehrere Personen mit einbeziehen und jede Person ein einziges Kapitel bearbeiten lassen. Am Schluss müssen wir dann nur alle Ergebnisse der einzelnen Personen zusammennehmen, um so zu einem Gesamtergebnis zu gelangen.

Das ausführliche Beispiel und die Umsetzung in Python findest Du hier.

Aufbau eines Hadoop Distributed File Systems

Der Kern des Hadoop Distributed File Systems besteht darin die Daten auf verschiedene Dateien und Computer zu verteilen, sodass Abfragen schnell bearbeitet werden können und der Nutzer keine langen Wartezeiten hat. Damit der Ausfall einer einzelnen Maschine im Cluster nicht zum Verlust der Daten führt, gibt es gezielte Replikationen auf verschiedenen Computern, um eine Ausfallsicherheit zu gewährleisten.

Hadoop arbeitet im Allgemeinen nach dem sogenannten Master-Slave-Prinzip. Innerhalb des Computerclusters haben wir einen Knoten, der die Rolle des sogenannten Masters übernimmt. Dieser führt in unserem Beispiel keine direkte Berechnung durch, sondern verteilt lediglich die Aufgaben auf die sogenannten Slave Knoten und koordiniert den ganzen Prozess. Die Slave Knoten wiederum lesen die Bücher aus und speichern die Worthäufigkeit und die Wortverteilung.

Dieses Prinzip wird auch bei der Datenspeicherung genutzt. Der Master verteilt Informationen aus dem Datensatz auf verschiedenen Slave Nodes und merkt sich, auf welchen Computern er welche Partitionen abgespeichert hat. Dabei legt er die Daten auch redundant ab, um Ausfälle kompensieren zu können. Bei einer Abfrage der Daten durch den Nutzer entscheidet der Masterknoten dann, welche Slaveknoten er anfragen muss, um die gewünschten Informationen zu erhalten.

Benjamin Aunkofer

CAP Theorem

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Understanding databases for storing, updating and analyzing data requires the understanding of the CAP Theorem. This is the second article of the article series Data Warehousing Basics.

Understanding NoSQL Databases by the CAP Theorem

CAP theorem – or Brewer’s theorem – was introduced by the computer scientist Eric Brewer at Symposium on Principles of Distributed computing in 2000. The CAP stands for Consistency, Availability and Partition tolerance.

  • Consistency: Every read receives the most recent writes or an error. Once a client writes a value to any server and gets a response, it is expected to get afresh and valid value back from any server or node of the database cluster it reads from.
    Be aware that the definition of consistency for CAP means something different than to ACID (relational consistency).
  • Availability: The database is not allowed to be unavailable because it is busy with requests. Every request received by a non-failing node in the system must result in a response. Whether you want to read or write you will get some response back. If the server has not crashed, it is not allowed to ignore the client’s requests.
  • Partition tolerance: Databases which store big data will use a cluster of nodes that distribute the connections evenly over the whole cluster. If this system has partition tolerance, it will continue to operate despite a number of messages being delayed or even lost by the network between the cluster nodes.

CAP theorem applies the logic that  for a distributed system it is only possible to simultaneously provide  two out of the above three guarantees. Eric Brewer, the father of the CAP theorem, proved that we are limited to two of three characteristics, “by explicitly handling partitions, designers can optimize consistency and availability, thereby achieving some trade-off of all three.” (Brewer, E., 2012).

CAP Theorem Triangle

To recap, with the CAP theorem in relation to Big Data distributed solutions (such as NoSQL databases), it is important to reiterate the fact, that in such distributed systems it is not possible to guarantee all three characteristics (Availability, Consistency, and Partition Tolerance) at the same time.

Database systems designed to fulfill traditional ACID guarantees like relational database (management) systems (RDBMS) choose consistency over availability, whereas NoSQL databases are mostly systems designed referring to the BASE philosophy which prefer availability over consistency.

The CAP Theorem in the real world

Lets look at some examples to understand the CAP Theorem further and provewe cannot create database systems which are being consistent, partition tolerant as well as always available simultaniously.

AP – Availability + Partition Tolerance

If we have achieved Availability (our databases will always respond to our requests) as well as Partition Tolerance (all nodes of the database will work even if they cannot communicate), it will immediately mean that we cannot provide Consistency as all nodes will go out of sync as soon as we write new information to one of the nodes. The nodes will continue to accept the database transactions each separately, but they cannot transfer the transaction between each other keeping them in synchronization. We therefore cannot fully guarantee the system consistency. When the partition is resolved, the AP databases typically resync the nodes to repair all inconsistencies in the system.

A well-known real world example of an AP system is the Domain Name System (DNS). This central network component is responsible for resolving domain names into IP addresses and focuses on the two properties of availability and failure tolerance. Thanks to the large number of servers, the system is available almost without exception. If a single DNS server fails,another one takes over. According to the CAP theorem, DNS is not consistent: If a DNS entry is changed, e.g. when a new domain has been registered or deleted, it can take a few days before this change is passed on to the entire system hierarchy and can be seen by all clients.

CA – Consistency + Availability

Guarantee of full Consistency and Availability is practically impossible to achieve in a system which distributes data over several nodes. We can have databases over more than one node online and available, and we keep the data consistent between these nodes, but the nature of computer networks (LAN, WAN) is that the connection can get interrupted, meaning we cannot guarantee the Partition Tolerance and therefor not the reliability of having the whole database service online at all times.

Database management systems based on the relational database models (RDBMS) are a good example of CA systems. These database systems are primarily characterized by a high level of consistency and strive for the highest possible availability. In case of doubt, however, availability can decrease in favor of consistency. Reliability by distributing data over partitions in order to make data reachable in any case – even if computer or network failure – meanwhile plays a subordinate role.

CP – Consistency + Partition Tolerance

If the Consistency of data is given – which means that the data between two or more nodes always contain the up-to-date information – and Partition Tolerance is given as well – which means that we are avoiding any desynchronization of our data between all nodes, then we will lose Availability as soon as only one a partition occurs between any two nodes In most distributed systems, high availability is one of the most important properties, which is why CP systems tend to be a rarity in practice. These systems prove their worth particularly in the financial sector: banking applications that must reliably debit and transfer amounts of money on the account side are dependent on consistency and reliability by consistent redundancies to always be able to rule out incorrect postings – even in the event of disruptions in the data traffic. If consistency and reliability is not guaranteed, the system might be unavailable for the users.

CAP Theorem Venn Diagram

Conclusion

The CAP Theorem is still an important topic to understand for data engineers and data scientists, but many modern databases enable us to switch between the possibilities within the CAP Theorem. For example, the Cosmos DB von Microsoft Azure offers many granular options to switch between the consistency, availability and partition tolerance . A common misunderstanding of the CAP theorem that it´s none-absoluteness: “All three properties are more continuous than binary. Availability is continuous from 0 to 100 percent, there are many levels of consistency, and even partitions have nuances. Exploring these nuances requires pushing the traditional way of dealing with partitions, which is the fundamental challenge. Because partitions are rare, CAP should allow perfect C and A most of the time, but when partitions are present or perceived, a strategy is in order.” (Brewer, E., 2012).

Benjamin Aunkofer

ACID vs BASE Concepts

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Understanding databases for storing, updating and analyzing data requires the understanding of two concepts: ACID and BASE. This is the first article of the article series Data Warehousing Basics.

The properties of ACID are being applied for databases in order to fulfill enterprise requirements of reliability and consistency.

ACID is an acronym, and stands for:

  • Atomicity – Each transaction is either properly executed completely or does not happen at all. If the transaction was not finished the process reverts the database back to the state before the transaction started. This ensures that all data in the database is valid even if we execute big transactions which include multiple statements (e. g. SQL) composed into one transaction updating many data rows in the database. If one statement fails, the entire transaction will be aborted, and hence, no changes will be made.
  • Consistency – Databases are governed by specific rules defined by table formats (data types) and table relations as well as further functions like triggers. The consistency of data will stay reliable if transactions never endanger the structural integrity of the database. Therefor, it is not allowed to save data of different types into the same single column, to use written primary key values again or to delete data from a table which is strictly related to data in another table.
  • Isolation – Databases are multi-user systems where multiple transactions happen at the same time. With Isolation, transactions cannot compromise the integrity of other transactions by interacting with them while they are still in progress. It guarantees data tables will be in the same states with several transactions happening concurrently as they happen sequentially.
  • Durability – The data related to the completed transaction will persist even in cases of network or power outages. Databases that guarante Durability save data inserted or updated permanently, save all executed and planed transactions in a recording and ensure availability of the data committed via transaction even after a power failure or other system failures If a transaction fails to complete successfully because of a technical failure, it will not transform the targeted data.

ACID Databases

The ACID transaction model ensures that all performed transactions will result in reliable and consistent databases. This suits best for businesses which use OLTP (Online Transaction Processing) for IT-Systems such like ERP- or CRM-Systems. Furthermore, it can also be a good choice for OLAP (Online Analytical Processing) which is used in Data Warehouses. These applications need backend database systems which can handle many small- or medium-sized transactions occurring simultaneous by many users. An interrupted transaction with write-access must be removed from the database immediately as it could cause negative side effects impacting the consistency(e.g., vendors could be deleted although they still have open purchase orders or financial payments could be debited from one account and due to technical failure, never credited to another).

The speed of the querying should be as fast as possible, but even more important for those applications is zero tolerance for invalid states which is prevented by using ACID-conform databases.

BASE Concept

ACID databases have their advantages but also one big tradeoff: If all transactions need to be committed and checked for consistency correctly, the databases are slow in reading and writing data. Furthermore, they demand more effort if it comes to storing new data in new formats.

In chemistry, a base is the opposite to acid. The database concepts of BASE and ACID have a similar relationship. The BASE concept provides several benefits over ACID compliant databases asthey focus more intensely on data availability of database systems without guarantee of safety from network failures or inconsistency.

The acronym BASE is even more confusing than ACID as BASE relates to ACID indirectly. The words behind BASE suggest alternatives to ACID.

BASE stands for:

  • Basically Available – Rather than enforcing consistency in any case, BASE databases will guarantee availability of data by spreading and replicating it across the nodes of the database cluster. Basic read and write functionality is provided without liabilityfor consistency. In rare cases it could happen that an insert- or update-statement does not result in persistently stored data. Read queries might not provide the latest data.
  • Soft State – Databases following this concept do not check rules to stay write-consistent or mutually consistent. The user can toss all data into the database, delegating the responsibility of avoiding inconsistency or redundancy to developers or users.
  • Eventually Consistent –No guarantee of enforced immediate consistency does not mean that the database never achieves it. The database can become consistent over time. After a waiting period, updates will ripple through all cluster nodes of the database. However, reading data out of it will stay always be possible, it is just not certain if we always get the last refreshed data.

All the three above mentioned properties of BASE-conforming databases sound like disadvantages. So why would you choose BASE? There is a tradeoff compared to ACID. If databases do not have to follow ACID properties then the database can work much faster in terms of writing and reading from the database. Further, the developers have more freedom to implement data storage solutions or simplify data entry into the database without thinking about formats and structure beforehand.

BASE Databases

While ACID databases are mostly RDBMS, most other database types, known as NoSQL databases, tend more to conform to BASE principles. Redis, CouchDB, MongoDB, Cosmos DB, Cassandra, ElasticSearch, Neo4J, OrientDB or ArangoDB are just some popular examples. But other than ACID, BASE is not a strict approach. Some NoSQL databases apply at least partly to ACID rules or provide optional functions to get almost or even full ACID compatibility. These databases provide different level of freedom which can be useful for the Staging Layer in Data Warehouses or as a Data Lake, but they are not the recommended choice for applications which need data environments guaranteeing strict consistency.