文/Hasso Plattner、Alexander Zeier

對(duì)于支持人機(jī)互動(dòng)的應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，亞秒級(jí)的響應(yīng)時(shí)間和實(shí)時(shí)分析是關(guān)鍵指標(biāo)。我們預(yù)計(jì)，企業(yè)級(jí)應(yīng)用的用戶將像如今所有互聯(lián)網(wǎng)用戶與Web搜索引擎互動(dòng)一樣，很自然地與軟件工具互動(dòng)，可以在初始結(jié)果無(wú)法滿足搜索需求時(shí)，實(shí)時(shí)完善搜索結(jié)果。

實(shí)時(shí)信息：隨時(shí)隨地獲取任何信息

當(dāng)今的Web搜索引擎向我們展現(xiàn)了實(shí)時(shí)分析大量數(shù)據(jù)的巨大潛能。用戶輸入查詢問(wèn)題，即可獲得搜索結(jié)果。在這一方面，企業(yè)級(jí)應(yīng)用力求達(dá)到相同的效果，但事實(shí)上幾乎未能實(shí)現(xiàn)。例如，呼叫中心代理或經(jīng)理需要在公司所有數(shù)據(jù)源內(nèi)查找一些特定片段的信息，希望圍繞客戶制定更明智的產(chǎn)品計(jì)劃，或者規(guī)劃未來(lái)發(fā)展戰(zhàn)略。與能夠即時(shí)查詢結(jié)果的Web 搜索相比，企業(yè)級(jí)應(yīng)用的運(yùn)行速度較慢，用戶會(huì)感到響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。毫無(wú)疑問(wèn)，如果業(yè)務(wù)環(huán)境中的信息訪問(wèn)速度就像在Web 搜索引擎環(huán)境下一樣快速，那么業(yè)務(wù)用戶的行為必定會(huì)改變。

Web 搜索和企業(yè)級(jí)應(yīng)用的主要區(qū)別在于預(yù)期結(jié)果的完整性。在Web搜索中，盡管所有相關(guān)數(shù)據(jù)都會(huì)被掃描并在搜索結(jié)果中顯示，但只有匹配度最高的那些搜索結(jié)果才是用戶關(guān)注的。Web 搜索查詢一組數(shù)據(jù)的索引，評(píng)估相關(guān)性并提取結(jié)果。相比之下，企業(yè)級(jí)應(yīng)用必須執(zhí)行其他數(shù)據(jù)處理，比如復(fù)雜的聚集。在許多應(yīng)用場(chǎng)景(如分析或計(jì)劃)中，數(shù)據(jù)必須在呈現(xiàn)給用戶之前就已經(jīng)準(zhǔn)備妥當(dāng)，特別是當(dāng)數(shù)據(jù)來(lái)自于不同的源系統(tǒng)時(shí)。

為了分析企業(yè)數(shù)據(jù)，并且達(dá)到合適的查詢響應(yīng)時(shí)間，目前運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)和分析系統(tǒng)是分開(kāi)的。分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)預(yù)處理只能作用于整個(gè)企業(yè)數(shù)據(jù)集的一部分，這會(huì)限制相關(guān)報(bào)告的數(shù)據(jù)粒度。根據(jù)具體的準(zhǔn)備步驟(例如：數(shù)據(jù)清理、格式設(shè)置或計(jì)算等)，從數(shù)據(jù)進(jìn)入運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)到最終得到報(bào)告需要幾個(gè)小時(shí)甚至數(shù)天。當(dāng)應(yīng)用程序需要同時(shí)進(jìn)行運(yùn)營(yíng)處理和分析時(shí)，這種延遲將對(duì)性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。例如，第 2 章中介紹的可承諾量(ATP)、需求計(jì)劃和催款應(yīng)用程序需要同時(shí)進(jìn)行運(yùn)營(yíng)處理和分析。在運(yùn)營(yíng)處理方面，它們必須在最新的數(shù)據(jù)上運(yùn)行，并執(zhí)行讀寫操作。在分析處理方面，它們需要處理大量數(shù)據(jù)，因?yàn)榻跀?shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)都是分析所必須的。這些應(yīng)用程序都將受益于交互式的假設(shè)情景分析能力。但目前市場(chǎng)上還沒(méi)有一個(gè)系統(tǒng)能既支持亞秒級(jí)的響應(yīng)時(shí)間，又靈活訪問(wèn)系統(tǒng)中的任意信息。

圖中展示了信息“唾手可得”的場(chǎng)景。“信息唾手可得”，是比爾·蓋茨1994 年提出的一個(gè)術(shù)語(yǔ)，他展望在未來(lái)可從任何位置提取任意數(shù)據(jù) [58]。該圖表明，在不同的地點(diǎn)，與會(huì)者都可實(shí)時(shí)瀏覽、查詢并操作相同的信息。信息交換的時(shí)間會(huì)大為縮短，同時(shí)還能隨時(shí)響應(yīng)用戶的即席查詢。

現(xiàn)在，我們一起來(lái)深入探討亞秒級(jí)響應(yīng)時(shí)間、實(shí)時(shí)分析和快速計(jì)算等主題。這些主題對(duì)實(shí)現(xiàn)上述情景至關(guān)重要。

[caption id="attachment_13791" align="aligncenter" width="390" caption="未來(lái)的管理層會(huì)議"][/caption]

思想速度般的響應(yīng)

在Web搜索中，用戶使用關(guān)鍵詞搜索來(lái)查詢數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞的含義可能含糊不清，因此用戶需要根據(jù)所獲得的結(jié)果重新定義搜索詞。只有亞秒級(jí)的響應(yīng)時(shí)間才會(huì)支持這種反復(fù)試驗(yàn)的行為。如果企業(yè)分析中也能夠?qū)崿F(xiàn)亞秒級(jí)響應(yīng)時(shí)間，則用戶也能使用相同的方法查詢業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。準(zhǔn)備數(shù)據(jù)和創(chuàng)建新報(bào)告的速度會(huì)很快，因此用戶就可以交互式的定義和重定義報(bào)告查詢條件。

通常觀察者對(duì)刺激作出簡(jiǎn)單響應(yīng)的平均反應(yīng)時(shí)間為220毫秒[101]。其中一部分時(shí)間用于發(fā)現(xiàn)刺激，其余時(shí)間用于作出響應(yīng)。識(shí)別需要的響應(yīng)時(shí)間更長(zhǎng)，因?yàn)樗€需要理解和領(lǐng)悟。識(shí)別的平均響應(yīng)時(shí)間為384毫秒。此外，識(shí)別響應(yīng)時(shí)間會(huì)隨著環(huán)境復(fù)雜程度的增加而增加。在比較復(fù)雜的環(huán)境中，550 至 750毫秒時(shí)間內(nèi)做出的響應(yīng)可以被稱為“思想速度般的響應(yīng)”。經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)、重復(fù)執(zhí)行同一動(dòng)作的用戶的反應(yīng)時(shí)間會(huì)更短。因此，較慢的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間對(duì)他們來(lái)說(shuō)會(huì)顯得更加漫長(zhǎng)。

系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間超過(guò)人反應(yīng)時(shí)間的部分被視為等待時(shí)間。此時(shí)，用戶會(huì)轉(zhuǎn)移注意力。這是一個(gè)無(wú)法用意識(shí)控制的過(guò)程。等待的時(shí)間越長(zhǎng)，用戶放棄手頭任務(wù)的可能性就越大。而亞秒級(jí)的響應(yīng)時(shí)間有助于確保用戶專注于一個(gè)主題，而不會(huì)轉(zhuǎn)移注意力。任務(wù)切換很容易引起疲勞。即便是小任務(wù)，用戶也必須找回原先的主題，并回憶其后續(xù)步驟。如果可以避免這種任務(wù)切換，那么用戶可以集中注意力，專注于瀏覽和分析數(shù)據(jù)。如果用戶可以根據(jù)歷史查詢結(jié)果自由地建立查詢條件，而不因任務(wù)切換分心，他就能在更短的時(shí)間內(nèi)挖掘出數(shù)據(jù)中更深層的信息。

亞秒級(jí)的響應(yīng)時(shí)間意味著我們能夠以全新的方式(如通過(guò)移動(dòng)設(shè)備)使用企業(yè)級(jí)應(yīng)用。移動(dòng)設(shè)備用戶已無(wú)法忍受長(zhǎng)達(dá)幾秒的設(shè)備響應(yīng)時(shí)間。如果企業(yè)級(jí)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)亞秒級(jí)的響應(yīng)時(shí)間，則移動(dòng)終端的響應(yīng)時(shí)間(包括傳輸時(shí)間)會(huì)在可接受的范圍內(nèi)。這樣，經(jīng)理們便可一邊等待航班，一邊用手機(jī)查看催款結(jié)果。然后，他們可以直接呼叫最差的債務(wù)人，快速解決問(wèn)題。而與此相比，傳統(tǒng)系統(tǒng)的一次催款操作可能需要幾個(gè)小時(shí)。

實(shí)時(shí)分析和動(dòng)態(tài)計(jì)算

實(shí)時(shí)分析的基礎(chǔ)是，所有資源在調(diào)用分析時(shí)都已就位 [142]。當(dāng)前，高效的分析報(bào)告依賴于專門的物化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(稱為“數(shù)據(jù)立方體”)。這些數(shù)據(jù)立方體以固定的數(shù)據(jù)維度為基礎(chǔ)。根據(jù)這些維度，分析報(bào)告可定義其結(jié)果集。因此，一個(gè)數(shù)據(jù)立方體只適用于一組特定的報(bào)告。如需要其他維度，則必須創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)立方體，或者擴(kuò)展現(xiàn)有的數(shù)據(jù)立方體。在最糟糕的情況下，數(shù)據(jù)立方體維度的線性增長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)需求的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。如果擴(kuò)展數(shù)據(jù)立方體，會(huì)導(dǎo)致已經(jīng)使用該數(shù)據(jù)立方體的報(bào)告性能會(huì)下降。因此，需慎重決定是擴(kuò)展還是重新構(gòu)建。無(wú)論做出何種決定，在系統(tǒng)的生命周期內(nèi)可能有大量的數(shù)據(jù)立方體，從而增加存儲(chǔ)需求和維護(hù)工作。

業(yè)務(wù)用戶應(yīng)當(dāng)能夠制定即席報(bào)表，而不拘泥于預(yù)定義報(bào)表。它們應(yīng)當(dāng)涉及公司擁有的整個(gè)數(shù)據(jù)集，還有可能涉及外部數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)。假設(shè)擁有一個(gè)快速的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)，則無(wú)需預(yù)先計(jì)算好的物化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。只要將數(shù)據(jù)的變更提交到數(shù)據(jù)庫(kù)，這些更改便會(huì)在報(bào)表中體現(xiàn)。如果報(bào)表仍然需要執(zhí)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和轉(zhuǎn)換步驟，則這些步驟將在查詢過(guò)程中完成，所有計(jì)算都相當(dāng)快速。報(bào)告期間的高速計(jì)算以不存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、僅提供報(bào)表接口的數(shù)據(jù)立方體為基礎(chǔ)，它不但能解決困擾至今的問(wèn)題，并能優(yōu)化所有這類分析報(bào)表的性能。

最新硬件趨勢(shì)的影響

現(xiàn)代硬件的發(fā)展一直處于不斷變革和創(chuàng)新之中，而其中的最新發(fā)展是多核架構(gòu)以及容量大、價(jià)格低的主存 的出現(xiàn)。要跟上這些技術(shù)的發(fā)展潮流，最大程度地挖掘基礎(chǔ)硬件的潛能，必須對(duì)現(xiàn)有軟件系統(tǒng)(如數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng))進(jìn)行調(diào)整。本節(jié)將介紹數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和硬件的最新發(fā)展趨勢(shì)。內(nèi)存數(shù)據(jù)管理有助于企業(yè)級(jí)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)真正的實(shí)時(shí)分析，我們將闡述內(nèi)存數(shù)據(jù)管理的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。

企業(yè)級(jí)應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

我們認(rèn)為，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)是一系列支持用戶創(chuàng)建和維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)[48]的程序的統(tǒng)稱。DBMS 是一個(gè)促進(jìn)不同用戶和應(yīng)用之間定義、構(gòu)建、操作和共享數(shù)據(jù)庫(kù)流程的軟件系統(tǒng)。它是企業(yè)級(jí)應(yīng)用中所有操作的基礎(chǔ).從整體上來(lái)說(shuō)，企業(yè)級(jí)應(yīng)用的性能很大程度上取決于 DBMS 的性能。

要實(shí)現(xiàn)整合分析系統(tǒng)，支持實(shí)時(shí)訪問(wèn)企業(yè)系統(tǒng)任意數(shù)據(jù)，關(guān)鍵是提高數(shù)據(jù)庫(kù)層的性能。在本節(jié)中，我們將介紹與企業(yè)級(jí)應(yīng)用最密切相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)概念，闡述數(shù)據(jù)庫(kù)層的硬件限制因素如何迫使商務(wù)智能(BI)應(yīng)用程序與事務(wù)系統(tǒng)分離。此外，我們還將介紹硬件的最新發(fā)展趨勢(shì)，探究如何通過(guò)內(nèi)存計(jì)算提高性能。

無(wú)論是在學(xué)術(shù)領(lǐng)域，還是在商業(yè)領(lǐng)域，市場(chǎng)對(duì)企業(yè)級(jí)應(yīng)用的需求已成為 DBMS 發(fā)展的主要?jiǎng)恿ΑＪ聦?shí)上，最早的商業(yè) DBMS 之一是由 IBM 公司于 1968 年開(kāi)發(fā)的信息管理系統(tǒng) (IMS) [119]，當(dāng)時(shí)專門用于美國(guó)國(guó)家航空航天局的“阿波羅太空計(jì)劃”的庫(kù)存管理。IMS 是全球第一款針對(duì)特定應(yīng)用而構(gòu)建的典型商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。 當(dāng)時(shí)，開(kāi)發(fā)復(fù)雜軟件系統(tǒng) [19] 意味著DBMS要能為尚未開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序?qū)犹峁└鞣N通用功能。很明顯，通過(guò)創(chuàng)建全新的DBMS，解決每個(gè)新企業(yè)級(jí)應(yīng)用的需求，是一項(xiàng)耗時(shí)且低效的工作。讓DBMS支持各種企業(yè)級(jí)應(yīng)用，這才是明智的選擇。因此其發(fā)展已成為學(xué)術(shù)研究和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的共同目標(biāo)。

企業(yè)級(jí)應(yīng)用和關(guān)系模型

早期系統(tǒng)中使用的IMS等層次化數(shù)據(jù)模型可以很好地處理簡(jiǎn)單的事務(wù)，但涉及對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)(這是企業(yè)級(jí)應(yīng)用的基本要求)，這類模型便會(huì)暴露出很多缺點(diǎn)。尤其是在整合葉節(jié)點(diǎn)中存儲(chǔ)的信息時(shí)，效率十分低下。在層次較多的大型結(jié)構(gòu)中，這一操作需要占用大量時(shí)間。

1970 年，科德(Codd)率先提出了“關(guān)系數(shù)據(jù)模型”的概念，以及以代數(shù)算子為基礎(chǔ)的一組關(guān)系型運(yùn)算，可以靈活地表示幾乎所有實(shí)體類型之間的依賴性和關(guān)系[27]。科德的模型在學(xué)術(shù)界迅速獲得了認(rèn)可，但直到 1974 年首次引入“結(jié)構(gòu)化英語(yǔ)查詢語(yǔ)言”(casino online New Roman;">SEQUEL)[21] (它支持以相對(duì)用戶友好的語(yǔ)言編制關(guān)系數(shù)據(jù)的查詢公式)時(shí)，這種關(guān)系模型才得到普遍推廣。隨后，這種查詢語(yǔ)言簡(jiǎn)稱為“結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言”(SQL)。通過(guò)與關(guān)系模型結(jié)合使用，它可用于各種應(yīng)用程序。在此模型基礎(chǔ)之上建立的系統(tǒng)稱為“關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)”(RDBMS)。

后來(lái)，隨著“事務(wù)”概念的引入，RDBMS 的研發(fā)迎來(lái)了另一重大突破[61]。事務(wù)是指具有明確定義的開(kāi)頭和結(jié)尾、有固定執(zhí)行順序的一組操作。這一概念[73]催生了術(shù)語(yǔ) world best casino just outdoors Hanoi in November, Vietnamese government bodies required lower a significant sports betting operation in Da Nang shortly before Christmas. Roman;">ACID

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RDBMS 支持 ACID 事務(wù)，這為存儲(chǔ)和檢索企業(yè)數(shù)據(jù)提供了一種高效可靠的方式。20世紀(jì) 80 年代，基于這類系統(tǒng)的企業(yè)級(jí)應(yīng)用可用于處理運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)(即“聯(lián)機(jī)事務(wù)處理”(OLTP))，并執(zhí)行聯(lián)機(jī)分析處理(OLAP) [170]。在本書的后續(xù)章節(jié)中，我們將交替使用術(shù)語(yǔ)OLTP 和“運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)處理”以及術(shù)語(yǔ)OLAP 和“分析處理”。

事務(wù)處理與分析處理的分離

隨著數(shù)據(jù)量的不斷增加，RDBMS 無(wú)法再高效地滿足所有各類企業(yè)級(jí)應(yīng)用的需求，特別是DBMS 本身無(wú)法及時(shí)為整個(gè)事務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)提供即席查詢服務(wù)。

其中一個(gè)原因就是，這種數(shù)據(jù)庫(kù)模式設(shè)計(jì)已成為大多數(shù)事務(wù)型企業(yè)級(jí)應(yīng)用的基礎(chǔ)。OLTP 模式高度規(guī)范化，旨在最大程度地減少數(shù)據(jù)輸入量，加快插入、更新和刪除的速度。但當(dāng)涉及檢索數(shù)據(jù)時(shí)，這種高度規(guī)范化就成為一個(gè)缺點(diǎn)，因?yàn)橄到y(tǒng)可能需要連接多個(gè)表才能找到全部所需信息。創(chuàng)建這些連接并從多個(gè)表中讀取數(shù)據(jù)會(huì)嚴(yán)重影響性能，因?yàn)檫@需要多次讀取磁盤的操作。與此同時(shí)，分析查詢必須訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)中很大一部分?jǐn)?shù)據(jù)，因此傳統(tǒng)的解決方案運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

在這種情況下，OLAP 系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，旨在解決大型企業(yè)即時(shí)分析數(shù)據(jù)的需求。這些系統(tǒng)以專用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) [170] 為基礎(chǔ)，旨在優(yōu)化讀取性能，并快速處理復(fù)雜的分析查詢。這樣一來(lái)，數(shù)據(jù)必須從企業(yè)的事務(wù)系統(tǒng)傳輸至分析系統(tǒng)，并針對(duì)預(yù)定義報(bào)表作相應(yīng)處理。

這種傳輸以周期性批量的方式執(zhí)行，反復(fù)運(yùn)行“提取、轉(zhuǎn)換、加載”(ETL)流程 [181] 。所需報(bào)表可能包含許多來(lái)自不同源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)必須抽取并轉(zhuǎn)換為一種適用于轉(zhuǎn)換處理的格式。隨后，數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)換階段必須遵循相應(yīng)的規(guī)則，才能加載到目標(biāo) OLAP 系統(tǒng)中。這些規(guī)則分別承擔(dān)各種不同的功能，例如，刪除重復(fù)數(shù)據(jù)、排序和聚集。最后，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)加載到一個(gè)優(yōu)化的目標(biāo)模式中，以便快速生成報(bào)表。

整個(gè)流程的最大局限性在于，由于分析查詢的對(duì)象是 OLAP 系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)副本，而OLAP系統(tǒng)中并不包含最新事務(wù)，所以無(wú)法執(zhí)行實(shí)時(shí)分析。

結(jié)論

內(nèi)存計(jì)算和多核技術(shù)不僅可以提升企業(yè)級(jí)應(yīng)用的性能而且還可提升業(yè)務(wù)價(jià)值。在本文中，我們介紹了內(nèi)存計(jì)算技術(shù)對(duì)企業(yè)級(jí)應(yīng)用造成的潛在影響，并闡述為何應(yīng)當(dāng)從現(xiàn)在開(kāi)始這一轉(zhuǎn)變。

在性能提升之后，企業(yè)級(jí)應(yīng)用程序可以增加的用戶所需的新功能。其中，最主要的是能夠直接對(duì)事務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，而不必另行使用分離的BI系統(tǒng)。

作者

哈索教授、博士(Hasso Plattner)

哈索教授、博士是SAP公司的創(chuàng)始人之一，并于2003年5月起擔(dān)任SAP監(jiān)事會(huì)主席。作為公司的監(jiān)事會(huì)主席和首席軟件顧問(wèn)，他致力于制定SAP的中長(zhǎng)期技術(shù)戰(zhàn)略和發(fā)展方向。與此同時(shí)，哈索也負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)SAP監(jiān)事會(huì)技術(shù)委員會(huì)。

亞力山大·蔡爾(Alexander Zeier)

亞力山大·蔡爾博士畢業(yè)于維爾茨堡大學(xué)企業(yè)管理專業(yè)，并在開(kāi)姆尼茨工業(yè)大學(xué)完成了信息技術(shù)專業(yè)的學(xué)習(xí)。在獲得埃朗根-紐倫堡大學(xué)供應(yīng)鏈系統(tǒng)專業(yè)的博士學(xué)位之前，他做了多年的戰(zhàn)略IT 顧問(wèn)。

本文節(jié)選自《實(shí)例化需求：團(tuán)隊(duì)如何交付正確的軟件》一書，(德) 哈索 、(德)亞歷山大?蔡爾著，SAP譯，清華大學(xué)出版社出版。

總結(jié)

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