Microsoft SQL Server 2000 Analysis Services

Наталия Елманова, КомпьютерПресс 9'2000

Что такое OLAP и Analysis Services
Изменения в средствах обеспечения безопасности данных
Новые типы размерностей и иерархий
Средства Data Mining
  Что такое Data Mining
  Алгоритмы Data Mining
Изменения в PivotTable Service
Другие изменения в Analysis Services
Заключение

В данной статье мы продолжим знакомство с новинками Microsoft SQL Server 2000, начатое в обзоре Алексея Федорова, и обсудим Analysis Services (этот термин иногда переводится как <аналитические службы>) - средства аналитической обработки данных, ранее носившие название OLAP Services (OLAP означает On-Line Analytical Processing), а также новые Data Mining-средства.

Изложение темы построено исходя из предположения, что читатель знаком с возможностями Microsoft SQL Server 7.0 OLAP Extensions; тем не менее мы кратко напомним, что такое OLAP.

Ниже мы рассмотрим следующие новинки в Microsoft SQL Server 2000 Analysis Services:

• изменения в средствах обеспечения безопасности данных;
• новые типы размерностей и иерархий;
• средства Data Mining;
• изменения в PivotTable Service;
• изменения в клиентских утилитах, организации хранения данных и др.

Однако начнем мы с краткого объяснения, что такое OLAP и зачем нужна эта технология.

Что такое OLAP и Analysis Services

Информационные системы масштаба предприятия, как правило, содержат несколько типов автоматизированных рабочих мест для различных категорий пользователей. Особое место среди них занимают приложения, применяемые менеджерами высшего звена и руководителями различных уровней и предназначенные обычно для комплексного многомерного анализа данных, их динамики, тенденций и в конечном итоге - для содействия принятию решений. Подобные приложения, как правило, отличаются по своему интерфейсу от обычных автоматизированных рабочих мест, предназначенных для ввода данных, и в большинстве случаев обладают средствами получения агрегатных данных (сумм, средних, максимальных и минимальных значений для различных выборок). Отметим, что чаще всего рабочее время пользователей таких приложений (иногда они называются системами поддержки принятия решений) ценится весьма высоко, поэтому требования к функциональности и удобству применения здесь намного более важны, чем минимизация их ресурсоемкости.

Технология комплексного многомерного анализа данных получила название OLAP. OLAP - это ключевой компонент организации хранилищ данных (Data warehousing), то есть сбора, отсеивания и предварительной обработки данных с целью предоставления результирующей информации пользователям для статистического анализа и создания отчетов. Концепция OLAP была описана в 1993 году Е.Ф.Коддом, известным исследователем баз данных и автором реляционной модели данных. Краткое описание многомерного анализа данных можно найти в статье , опубликованной в настоящем выпуске.

Многомерный анализ данных может быть осуществлен как в клиентском приложении (например, средствами многомерного анализа обладает Excel 2000), так и на сервере баз данных. Все производители ведущих серверных СУБД, такие как Oracle, Microsoft, Informix, IBM, Sybase, производят серверные средства для подобного анализа, однако соответствующие продукты Oracle, Informix, IBM и Sybase приобретаются отдельно от сервера баз данных и стоят довольно дорого. Что же касается Microsoft, то начиная с версии 7.0 Microsoft SQL Server содержит в своем составе OLAP-сервер и, таким образом, позволяет создавать относительно недорогие OLAP-решения на базе Microsoft SQL Server.

Отметим, что приложения, созданные с помощью средств разработки, поддерживающих OLE DB, могут обращаться к серверным OLAP-хранилищам - для этой цели в состав Microsoft SQL Server OLAP Services входит OLE DB-провайдер для SQL Server OLAP Services.

Analysis Services, входящие в состав редакций Enterprise, Standard и Developer SQL Server 2000, представляют собой дальнейшее развитие серверных средств Microsoft SQL Server OLAP Extensions. Помимо уже имеющихся средств построения хранилищ данных и OLAP, Analysis Services в SQL Server 2000 включают в себя средства Data Mining, новые средства управления доступом к данным и безопасностью, новые клиентские утилиты для построения и администрирования многомерных хранилищ и анализа данных, а также предоставляют новые возможности для администрирования многомерных хранилищ, создания распределенных хранилищ данных, определения метаданных (например, размерностей).

Ниже мы более подробно рассмотрим, что представляют собой перечисленные нововведения. Начнем с новых возможностей, связанных с обеспечением безопасности данных в многомерных хранилищах.

Изменения в средствах обеспечения безопасности данных

В SQL Server 2000 можно применять роли для регулирования доступа пользователей к тем или иным размерностям, уровням и членам. Для каждой роли базы данных или куба можно указать, какие размерности, уровни и члены видны пользователям при просмотре куба, а также предоставить право записи в размерности и указать члены, которые может обновлять пользователь, имеющий данную роль.

Если правила доступа к размерности не определены, то по умолчанию конечный пользователь может <видеть> все члены данной размерности в кубах, доступ к которым данному пользователю разрешен, но не может обновлять члены размерностей.

Правила доступа к размерностям можно определять как на уровне базы данных, так и на уровне куба. Если правила доступа к размерностям определены на уровне базы данных, для размерностей, общих для нескольких кубов (shared dimension), то эти правила будут распространяться на все кубы, содержащие эту размерность. В ролях, определенных на уровне куба, имеющиеся правила доступа к размерностям можно переопределять.

Правила доступа к размерностям можно устанавливать для групп пользователей Windows NT или Windows 2000. Помимо этого имеется возможность определить члены или группы членов размерности, которые можно либо нельзя обновлять.

На уровне роли куба можно определить правила доступа к отдельным ячейкам или группам ячеек в зависимости от того, какие из них доступны пользователям при просмотре куба и в какие из них разрешена запись (если данный куб позволяет такие операции).

Если не определены правила доступа к ячейкам и правила доступа к размерностям, то по умолчанию все ячейки видимы, но недоступны для записи.

Идентификация пользователя на уровне сервера может быть осуществлена различными методами - они зависят от того, происходит ли доступ непосредственно к серверу из клиентского приложения или с помощью Internet Information Services (IIS).

Analysis Manager (клиентская утилита для администрирования многомерных баз данных в SQL Server 2000) содержит соответствующие диалоговые панели для управления доступа к данным:

Рис. 1.

Помимо новых возможностей управления доступом к данным, в SQL Server 2000 внесены существенные изменения в реализацию поддержки размерностей многомерных кубов, а также введены новые типы размерностей.

Новые типы размерностей и иерархий

В SQL Server 2000 изменена поддержка размерностей, содержащих большое количество членов (10 млн. и более). Теперь размерности могут храниться на сервере двумя разными способами: в виде либо многомерного хранилища данных (MOLAP, Multidimensional OLAP), либо таблицы реляционной СУБД (ROLAP, Relational OLAP). Во втором случае, в отличие от первого, не накладывается никаких ограничений на количество членов размерности.

Максимальное число размерностей куба теперь равно 128 (в прежней версии - 64). Максимальное число уровней иерархии в SQL Server 2000 также равно 128.

Значения ячеек куба (или группы ячеек для определенного уровня в размерности), вычисляемые на основе агрегатных функций, теперь могут быть переопределены - вместо них можно использовать MDX-выражения (MDX, Multidimensional Expressions - расширение языка SQL, предназначенное для запросов к многомерным базам данных). Например, имея иерархическую размерность c уровнями Year и Quarter и соответствующие им данные в ячейках следующего вида:

мы можем переопределить правило, по которому вычисляется агрегатная функция Sum, следующим образом:

Time.CurrentMember.LastChild

Это приведет к такому набору значений для членов уровня Year:

Еще одним новшеством SQL Server 2000 Analysis Services является возможность группировки членов, то есть создания автоматически генерируемого члена-родителя для набора членов на уровне, непосредственно предшествует уровню, содержащему данный набор. Подобная группировка позволяет использовать иерархии, члены которых имеют более 64 тыс. дочерних членов, за счет снижения их количества путем создания промежуточного уровня с группами.

В SQL Server 2000 для каждой размерности можно по умолчанию определить значение члена, зависящее от роли, что позволяет влиять на то, какие данные <видит> пользователь, просматривая куб, содержащий эту размерность.

Для ограничения строк таблицы, включаемых в размерность, в SQL Server 2000 можно использовать фильтры (выражения с ключевым словом WHERE). Фильтр определяется с помощью свойства размерности Source Table Filter.

Изменена поддержка виртуальных размерностей. В SQL Server 2000 отсутствуют ограничения на число членов такой размерности (в предыдущей версии это число не должно было превышать 760).

Помимо этого в SQL Server 2000 Analysis Services введены новые типы размерностей:

• Parent-child - поддерживает иерархии, основанные на связях parent-child между данными одного и того же поля в исходной таблице (например, связи, характерные для организационных диаграмм). Иногда такие размерности называются также <несбалансированными> (),

  

  рис. 2.

• Ragged - содержит члены, чьи логические родители находятся на непосредственно вышестоящем уровне (например, страны, не имеющие штатов или регионов между уровнями Country и City),

  

  рис. 3.

• Changing - оптимизирован для внесения частых изменений. Позволяет вносить изменения во влияющие на эту размерность таблицы без пересчета всего куба, что делает внесенные изменения в кубе <видимыми> пользователям.
• Write-enabled - может быть обновлен с помощью Analysis Manager или любого клиентского приложения, поддерживающего запись в размерности. В целях определения правил доступа к размерностям для записи применяются роли, о которых рассказано выше.
• Dependent - содержит члены, определяемые членами другой размерности (например, заказчик и пол заказчика). Применение таких размерностей позволяет использовать знания о непересекающихся комбинациях значений с целью оптимизации размера многомерной базы данных.

Однако наиболее революционным нововведением в SQL Server 2000 являются средства Data Mining. Ниже мы обсудим, зачем они нужны и что они собой представляют.

Средства Data Mining

Как было сказано выше, средства Data Mining являются составной частью Analysis Services в версиях Microsoft SQL Server 2000 Enterprise, Standard, Personal и Developer.

Что такое Data Mining

Корпоративная база данных предприятия обычно содержит набор таблиц, хранящих сведения о тех или иных фактах (например, для торгового предприятия это могут быть факты продажи какого-либо товара). Каждая запись такой таблицы содержит лишь сведения о подобном факте (например, что конкретный товар был продан конкретному клиенту из конкретного региона в конкретные день и время конкретным менеджером), и не более того. Однако совокупность таких записей, накопленных за несколько лет, может служить источником дополнительной информации, которую нельзя получить на основе одной конкретной записи. Это могут быть сведения о том, какова динамика продаж какого-либо товара, как объем продаж того или иного товара зависит от сезона, дня недели, времени суток, а также иные сведения, позволяющие определять закономерности и тенденции, делать на их основе прогнозы и принимать управленческие решения. Ценность такой информации для предприятия может быть очень высока, и, видимо, поэтому процесс ее поиска и получил название Data Mining. Слово по-английски переводится как <добыча полезных ископаемых>, а поиск закономерностей и тенденций в огромном наборе фактических данных действительно в определенном смысле близок к этому процессу.

Иными словами, термин Data mining означает поиск закономерностей, корреляций и тенденций в данных.

Подобный поиск может быть осуществлен как в реляционных, так и в многомерных базах данных (например, созданных с помощью самих Analysis Services), а результаты этого поиска могут быть использованы для создания новых размерностей OLAP-кубов для дальнейшего OLAP-анализа либо для запросов к реляционным базам данных.

Для поддержки Data Mining внесены изменения в объектные модели клиентской части Analysis Services - Decision Support Objects (DSO) и PivotTable Service, что позволяет использовать эти сервисы в приложениях, созданных с помощью различных средств разработки. Отметим также, что с целью поддержки применения средств Data Mining в приложениях создана новая спецификация для OLE DB-провайдеров соответствующего типа - OLE DB for Data Mining (в дополнение к уже имеющейся спецификации OLE DB for OLAP).

Алгоритмы Data Mining

SQL Server 2000 содержит два класса алгоритмов Data Mining, разработанных в Microsoft, - Microsoft Decision Trees и Microsoft Clustering.

Алгоритм Microsoft Decision Trees содержит четыре разных алгоритма и основан на понятии классификации. Он строит <дерево> (decision tree), позволяющее предсказать значения в одних полях на основе значений в других полях таблицы фактов (получившей название training set). Алгоритмом Microsoft Decision Trees принимается решение о том, куда поместить каждую ветвь дерева, и при этом наиболее важные атрибуты помещаются как можно ближе к корню дерева:

рис. 4.

Реализация алгоритма Microsoft Decision Trees может быть использована для определения тех или иных категорий атрибутов и фактов (например, для определения категорий покупателей, наиболее часто приобретающих конкретный товар).

Алгоритм Microsoft Clustering использует метод <ближайшего соседа> (метод, группирующий в кластеры записи, имеющие сходные характеристики. Нередко эти характеристики могут быть неочевидными или скрытыми, например зависимость стоимости покупок от возраста или пола покупателя):

рис. 5

Помимо перечисленных выше алгоритмов Data Mining, SQL Server 2000 позволяет использовать алгоритмы, разработанные сторонними производителями.

Отметим, что наличие Data Mining-средств в Analysis Services делает решения на их основе сравнимыми с решениями других производителей серверных СУБД и средств анализа данных (SPSS, SAS Institute, Cognos, Syllogic) при гораздо более привлекательной стоимости.

Изменения в возможностях серверной части Analysis Services повлекли за собой и соответствующие нововведения в их клиентской части. Ниже мы рассмотрим, что нового появилось в PivotTable Services - библиотеках, используемых OLAP-клиентами.

Изменения в PivotTable Service

PivotTable Service представляет собой OLE DB-провайдер для многомерных баз данных и операций Data Mining. Он используется приложениями, нуждающимися в доступе к этим данным и сервисам (в частности, Microsoft Excel 2000), и поддерживает извлечение данных из многомерных баз данных с помощью языка запросов MDX и создание локальных кубов (файлов с расширением *.cub).

В SQL Server 2000 клиентские приложения, использующие PivotTable Service, могут соединяться с сервером посредством Microsoft Internet Information Services (IIS) с помощью протокола HTTP.

PivotTable Service поддерживает анализ данных с помощью алгоритмов Data Mining. Модели Data Mining интерпретируются им как многомерные кубы, что позволяет создавать локальные модели Data Mining, получая для них информацию из кубов, хранящихся на сервере.

PivotTable Service поддерживает обновление серверных кубов с помощью команды UPDATE CUBE. Что касается локальных кубов, то клиентские приложения могут изменять их структуру, определять члены по умолчанию и изменять порядок сортировки членов в иерархиях с помощью команды ALTER CUBE.

Помимо рассмотренных выше изменений, Analysis Services содержат еще ряд нововведений, позволяющих, в частности, создавать распределенные хранилища данных и более гибко управлять производительностью OLAP-приложений.

Другие изменения в Analysis Services

Рассмотрим некоторые другие нововведения в Microsoft SQL Server 2000 Analysis Services:

• Возможность выполнять те или иные действия (например, запустить на выполнение то или иное приложение) в зависимости от результатов анализа - этот сервис называется OLAP Actions. Для описания подобных действий предназначен соответствующий эксперт - Action Wizard.
• В SQL Server 2000 одновременно несколько пользователей могут администрировать Analysis server (то есть создавать многомерные базы данных, определять, пересчитывать кубы, устанавливать правила доступа к кубам, размерностям и ячейкам и пр.) с помощью утилиты Analysis Manager.
• Добавлен редактор виртуальных кубов, расширяющий функциональность дополнительного модуля Calculated Member Manager Add-in for SQL Server 7.0 OLAP Services.
• Куб, созданный на одном из серверов, может быть объявлен связанным (linked) кубом для одного или нескольких других серверов, после чего он становится доступен для пользователей, подключенных к этим серверам. Подобное улучшение помогает избежать дублирования данных на нескольких серверах, а также сделать данные или часть данных доступными для пользователей других серверов, что позволяет создавать распределенные хранилища многомерных данных. Доступ к таким кубам может быть осуществлен с помощью протокола HTTP.
• Пересчет куба может происходить одновременно с чтением пользователями уже вычисленных значений, что в целом повышает производительность OLAP-приложений.
• Можно создать распределенный куб, разделы которого содержатся на разных серверах, и администрировать его с помощью одного из серверов:

  

  рис. 6
  .

  Это повышает масштабируемость распределенных OLAP-приложений, так как при администрировании удаленных разделов и осуществлении запросов к ним потребляются в основном ресурсы удаленного сервера.

• Имеется возможность выбрать ячейку куба и получить весь исходный набор данных для этой ячейки (эта операция носит название drillth class=MainTextrough), при условии что клиентское приложение поддерживает такие операции. Разрешать подобные операции можно, меняя свойства соответствующей роли.
• Можно использовать новую агрегатную функцию DistinctCount для определения уникальных событий или записей (например, для ответа на вопрос, сколько разных пользователей сделали сегодня заказы).
• В язык запросов к многомерным базам данных MDX добавлено несколько новых функций.
• MDX-запросы можно создавать с помощью новой диалоговой панели MDX Builder, позволяющей применять операции drag-and-drop.
• Можно скрывать размерности, уровни, данные, члены от конечного пользователя - теперь эти объекты имеют свойство Visible.
• Вместо таблиц агрегаций для разделов кубов, хранящихся в реляционных таблицах, используются индексированные представления (о которых уже было рассказано в обзоре Алексея Федорова).
• Для каждого куба можно определить вычисляемые данные, представляемые пользователю по умолчанию и зависящие от роли.
• В диалоговых панелях Cube Editor и Dimension Editor утилиты Analysis Manager можно определять псевдонимы таблиц.
• Analysis Manager может быть использован для архивирования и восстановления многомерных баз данных, а также для копирования их объектов (ранее для осуществления этих действий требовалось подключение дополнительных библиотек). Помимо этого в него добавлены инструменты для создания, обработки и просмотра моделей Data Mining, а также кубов на их основе.
• Расширена объектная модель DSO (Decision Support Objects), которая используется разработчиками для создания приложений, реализующих функциональность, связанную с созданием и обработкой многомерных баз данных. В нее добавлен объект MiningModel, а также ряд вспомогательных объектов для поддержки реализации функциональности Data Mining в приложениях.

Заключение

В данной статье мы ознакомили вас с новыми возможностями SQL Server 2000 Analysis Services: нововведениями в средствах управления доступом к данным, новыми типами размерностей и изменениями в их поддержке, изменениями в клиентских утилитах и PivotTable Service. Кроме того, мы рассказали о наиболее существенном нововведении - поддержке Data Mining, а также о средствах создания распределенных многомерных хранилищ данных.

Отметим, однако, что подробное описание всех нововведений в Analysis Services невозможно поместить в одну статью, поэтому мы предполагаем вернуться к этой теме после выпуска окончательной версии SQL Server 2000.