构建湖仓一体架构关键：统一元数据管理

摘要：随着企业数据的爆炸性增长，传统的数据架构已经无法满足现代数据分析的需求。湖仓一体架构作为一种新兴的数据管理解决方案，通过整合数据湖的灵活性和数据仓库的高性能，为企业提供了一个统一的数据平台。统一元数据管理作为湖仓一体架构的基石，它确保了数据的一致性、可发现性和治理性。本文将深入探讨湖仓一体架构中统一元数据管理的实现原理、关键功能、关键技术，以及目前开源的技术框架，为读者提供构建湖仓一体架构的全面指南。

• 统一元数据管理的实现原理
  ‍‍‍‍‍‍‍
• 关键功能和技术
  ‍
• 业界开源的技术框架情况

01

—

统一元数据管理的实现原理

在湖仓一体架构中，元数据管理是确保数据一致性、可发现性和治理性的关键。统一元数据管理的实现主要包括元数据管理和对存储层以及计算层的功能的支持。

第一部分：元数据管理核心功能

1. 元数据存储：在湖仓一体架构中，元数据的存储是基础。需要有一个集中的存储系统来保存关于数据的描述信息，包括数据的来源、结构、类型、位置、所有者、权限等。
2. 元数据服务：提供API或服务接口，允许用户和应用程序通过这些接口来创建、修改和删除库和表等数据结构。这些服务是数据管理活动的核心，确保数据的组织和结构化。
3. 元数据查询服务：允许用户查询元数据，以发现和理解数据资产。这包括数据的血缘分析、影响分析、数据字典查询等，帮助用户找到所需数据并了解其上下文。

第二部分：存储层的支持功能

1. ACID事务支持：确保数据存储的一致性和可靠性，支持事务的原子性、一致性、隔离性和持久性。这对于数据仓库操作尤其重要，因为它们通常需要保证数据的准确性和完整性。
2. 数据操作支持：提供对数据的基本操作支持，如行更新和行删除。这些操作需要在不破坏数据一致性的前提下，高效地执行。
3. 数据存储模式：支持批量数据存储和流式数据存储，以适应不同的数据摄入需求。批量存储适用于处理大量历史数据，而流式存储则适用于实时数据的处理。
4. 数据更新和快照：支持数据存储的快速更新，并能够创建数据的快照。这些快照可以是分钟级别的，以便用户能够快速回溯到数据的某个特定版本。
5. 元数据版本控制：提供元数据版本的追踪功能，允许用户查看元数据的历史变更，这对于数据治理和审计非常重要。
6. 数据和元数据的关联：确保数据存储时元数据的同步更新，这样数据的任何变化都能在元数据中得到反映，便于数据的管理和追踪。

第三部分：计算层的支持功能

1. 多引擎接入：计算层需要能够支持多种数据处理引擎的接入，如Apache Spark、Presto、Trino和Flink等，以满足不同数据处理和分析需求，即元数据管理支持这些引擎读取元数据，从而定位到数据本身进行数据处理和分析。

2. 开放表格式支持：计算层应支持开放的表格式，如Apache Iceberg、Apache Hudi和Delta Lake，这些格式支持ACID事务、模式演化和时间旅行等高级功能，使得数据湖具有类似数据仓库的可靠性和性能，这里意味着元数据存储需要支持多种开放的表格式进行元数据存储。

3. 数据计算：计算层需要能够直接访问和计算存储在数据湖中的数据文件，包括支持批量数据和流式数据的存储，以及对数据进行复杂的转换和分析。

4. 元数据服务：计算层应与元数据服务紧密集成，以便在数据处理和分析过程中利用元数据来优化查询计划和提高性能。

总结一下，湖仓一体的统一元数据管理，除了管理湖仓里面的元数据的新增，删除，修改，访问，查询数据等基本功能，还需要支持存储层和计算层的相关功能，因为元数据即和数据相关，又和计算相关，因此统一元数据管理是实现湖仓一体的关键。‍‍‍‍

02

—

业界元数据管理技术框架情况

介绍了几款流行的开源元数据管理平台，并对其功能、优势、劣势以及选型建议进行了分析。以下是对这些平台的详细说明：

1. Apache Atlas

功能：提供元数据存储、数据分类、数据发现、数据血缘、策略引擎、安全和生命周期管理等元数据治理能力。提供 RESTful API，允许用户和应用程序编程方式访问和管理元数据。

优势：

• 深度集成Hadoop生态，支持Hive。

• 支持表级、字段级血缘。

• 强大的元数据元模型，支持定制及扩展。 

‍劣势：

• 其优势也是劣势，母开源公司已被并购，历史悠久，不再是一种优势，反而是一种负担

• Hadoop体系已经走向衰退，如何只是完美支持Hive和Hadoop体系，已经无法满足现在快速发展的技术要求

• 其设计界面复杂，体验老旧、数据目录及数据检索都不够便捷

• 使用体验复杂及产品功能更聚焦于解决技术人员的问题，而非数据的最终用户，比如业务人员

• 生态渐渐失去新鲜感、新的类似平台不断发展

‍选型建议：适合Hadoop生态，面向数据团队的技术人员。

2. Datahub

功能：提供元数据存储、元数据检索、数据发现、数据血缘、数据监测和数据监管、数据权限管理能力。提供丰富的 API 接口，允许用户和应用程序编程方式访问和管理元数据。

优势：

• 活跃的社区支持，快速迭代。

• 灵活的架构，支持推送和拉取模式。

• 界面友好，适合技术人员和业务人员。 

‍劣势：

• 国际化支持不足，中文资料较少。

• 部分功能性能需要优化。 

选型建议：适合需要良好用户体验数据资产管理平台且需要扩展支持各种平台、系统的元数据。请把Datahub列为最高选择。

3. Marquez

功能：专注于数据资产的可视化和血缘。

优势：

• 界面美观，操作细节设计优秀。

• 部署简单，代码简洁。 

‍劣势：

• 功能聚焦，需要较多开发工作来支持数据资产管理。 

‍选型建议：如果您有功能强大的元数据及数据资产管理平台后端，仅需要数据资产的可视化及血缘展示，可以考虑使用体验。适合需要数据资产可视化及血缘展示的场景。

4. Amundsen

功能：是来自Lyft 开源的元数据管理、数据发现平台，功能点很全，有一个比较全的前端、后端以及数据处理框架。

优势：

• 社区活跃，版本更新频繁。

• 支持多种数据平台和工具的对接。 

‍劣势：

• UI界面中规中矩，操作便捷性不足。

• 中文文档和社区支持不足。 

• 血缘、标签、术语等功能方面不如Datahub使用便捷

• 较多支持友好的组件，国内使用的不多

‍选型建议：适合有一定开发能力，需要折腾的团队。

5. Apache NiFi

功能：Apache NiFi 是一个强大的数据集成工具，用于自动化和控制数据流。它提供了一个用户友好的Web UI来创建、控制、反馈和监控数据流。

优势：

• 详细的数据流审计：NiFi 提供了详细的数据流审计功能，可以追踪数据的来源和去向。

• 数据流可视化：通过可视化界面，用户可以直观地看到数据流和元数据的流动。

• 数据质量监控：可以集成数据质量监控工具，确保数据的准确性和完整性。

• 元数据丰富：NiFi 允许用户为数据流中的每个组件添加元数据标签，便于管理和检索。

‍劣势：

• 学习曲线较陡峭。

• 元数据管理不是核心功能：NiFi 的主要焦点是数据流的自动化，而不是专门的元数据管理。

• 元数据模型可能不够灵活：对于复杂的元数据模型和数据治理需求，NiFi 可能不如专门的元数据管理工具灵活。

‍选型建议：适合需要数据流自动化处理的场景。它在元数据管理方面提供了一些有用的功能，但可能不适合作为唯一的元数据管理解决方案。

6. Apache Metacat

功能：提供元数据存储和检索服务。

优势：

• 简单易用的REST API。

• 支持多种存储后端。 

‍劣势：

• 社区支持和文档相对较少。 

‍选型建议：适合需要简单元数据存储和检索的场景。

7. Alation

功能：Alation 是一个专注于数据目录和数据治理的商业软件，它提供了一系列的功能来帮助组织更好地发现、理解和使用数据。

优势：

• 数据目录：Alation 的数据目录功能非常强大，提供了丰富的数据发现和搜索能力，包括自然语言查询和推荐系统。

• 数据治理：Alation 提供了一套完整的数据治理工具，包括数据所有者管理、数据质量监控、数据合规性检查等。

• 数据故事和文档：用户可以创建数据故事和文档来提供数据的上下文和业务含义，增强数据的可理解性。

• 数据协作：Alation 支持用户之间的数据共享、评论和协作，促进团队间的沟通和知识共享。

• 数据质量：Alation 提供了数据质量评分和异常检测，帮助用户评估数据的准确性和可靠性。

‍劣势：

• 社区版功能有限。

• 商业版成本较高。 Alation 是商业软件，可能需要较高的投资成本，包括许可费用和可能的定制开发费用。

• 定制化限制：虽然 Alation 提供了一定的定制化能力，但与完全开源的工具相比，定制化的范围和灵活性可能有限。

• 依赖性：某些高级功能可能需要与其他系统集成，这可能增加部署和维护的复杂性。

选型建议：适合需要数据目录和分析功能的企业。一个高度集成和用户友好的数据目录和治理平台，特别适合那些需要强大数据发现和治理能力，以及愿意为这些功能投资的组织。

8. Collibra

功能：提供一个中央数据目录，用于存储和管理元数据。支持数据分类、数据血缘、数据治理和数据质量管理功能。

优势：

• 全面的解决方案：Collibra 提供了一套完整的数据治理和数据管理功能。

• 支持数据质量监控。

• 合规性支持：内置的合规性管理功能，帮助组织满足各种法规要求。

‍劣势：

• 价格较高，可能不适合预算有限的团队。 

‍选型建议：Collibra 适合那些需要全面数据治理解决方案的组织，尤其是那些需要满足复杂合规性要求和数据隐私要求的大型企业。

9. Dataiku

功能：Dataiku 是一个端到端的数据分析和数据治理平台，它结合了数据工程、机器学习和数据管理的功能。

优势：

• 强大的数据集成和分析能力。

• 数据治理：包括数据目录、数据质量、数据合规性等功能。

• 数据工程：支持数据管道的构建和自动化，以及数据的ETL过程。

• 支持机器学习模型的构建和部署。 

‍劣势：

• 学习曲线较陡峭。

• 价格较高。作为商业软件，Dataiku 的许可费用可能较高。

  ‍ 

选型建议：适合需要数据集成和机器学习能力的企业。Dataiku 适合那些需要一个全面的数据分析和数据治理平台的组织，尤其是那些希望将机器学习和数据科学整合到其数据战略中的企业。

10. Talend

功能：Talend 是一款集成的数据管理软件，提供了一系列工具来支持数据集成、数据质量、数据准备、大数据处理、数据仓库管理、云服务集成以及应用集成等。

优势：

• 一体化的数据管理平台。

• 支持云和本地部署。 

‍劣势：

• 功能复杂，可能需要较长时间来掌握。 

‍选型建议：适合需要全面数据管理解决方案的企业。尤其是那些希望简化数据集成和提高数据处理效率的企业，对于预算有限或需要高度定制化解决方案的组织，可能需要考虑其他更经济或更灵活的选项。

以下是GitHub对开源框架的星数和社区活动度情况：

1. Apache Atlas

• GitHub链接：https://github.com/apache/atlas

• 星数：大约1.5K

• 社区活跃度：中等，由Apache软件基金会支持

Datahub

• GitHub链接：https://github.com/datahub-project/datahub

• 星数：大约7.2K

• 社区活跃度：活跃，由LinkedIn发起并维护

Marquez

• GitHub链接：https://github.com/MarquezProject/marquez

• 星数：大约1.3K

• 社区活跃度：中等，由Marquez Project社区维护

Amundsen

• GitHub链接：https://github.com/amundsen-io/amundsen

• 星数：大约3.8K

• 社区活跃度：活跃，由Lyft开源并维护

Apache NiFi

• GitHub链接：https://github.com/apache/nifi

• 星数：大约2.5K

• 社区活跃度：活跃，由Apache软件基金会支持

Apache Metacat

• GitHub链接：https://github.com/apache/incubator-metacat

• 星数：较少，因为是孵化项目

• 社区活跃度：较低，因为是孵化项目

Alation

• GitHub链接：Alation主要是商业软件，没有公开的GitHub仓库

• 星数：不适用

• 社区活跃度：不适用

Collibra

• GitHub链接：Collibra主要是商业软件，没有公开的GitHub仓库

• 星数：不适用

• 社区活跃度：不适用

Dataiku

• GitHub链接：Dataiku主要是商业软件，没有公开的GitHub仓库

• 星数：不适用

• 社区活跃度：不适用

Talend

• GitHub链接：Talend主要是商业软件，但有一些开源项目，如https://github.com/Talend

• 星数：变化较大，取决于具体项目

• 社区活跃度：中等，有一些开源项目和社区贡献

以上平台的热度可以通过GitHub上的星数、社区活跃度、文章和教程的丰富程度等因素来形象表示。基于当前的分析Apache Atlas、Datahub、Marquez、Amundsen、这四款开源的元数据管理技术框架可以作为备选项。在选择元数据管理平台时，应根据组织的具体需求、技术栈兼容性、预算和团队技能来综合考虑。

03

—

湖仓一体元数据管理的核心技术

总结一下对于湖仓一体架构中的元数据管理，核心技术不仅涉及元数据的存储和管理、还包括对存储层和计算层的深入支持。以下是湖仓一体元数据管理涉及的一些关键核心技术：

1、元数据模型：可以定义一个统一的元数据模型，用于描述数据的结构、属性、关系和生命周期等。这个元模型可以描述结构化，半结构化，非结构化数据的元模型，并且可以支持对于特定数据的元模型的扩展。

2、元数据存储：实现一个可靠的元数据存储系统，用于保存元数据信息，通常需要支持高并发访问和大规模数据。

3、元数据采集：自动化地从各种数据源采集元数据，包括数据湖、数据仓库、数据流等。特别是一个数据平台有多个入口可以进行数据模型的创建，修改，更新，删除等操作的时候，能够自动的采集各个数据模型入口的元数据将是技术难点。‍

4、元数据同步：确保元数据在分布式系统中的一致性和实时更新。例如分布式系统中一个表的更新，那么其它分片数据的元数据也需要同时更新，在设计存储的时候需要重点考虑。

5、数据血缘和影响分析：追踪数据的来源、流向和依赖关系，以及数据变更对下游系统的影响。在数据开发等复杂的数据处理流程中，能够清晰的绘制数据血缘，描述数据的变化是技术难点。

6、数据目录和发现：提供数据目录服务，帮助用户发现和理解数据资产。

7、数据访问控制：管理和控制对元数据和数据的访问权限，确保数据安全。

8、计算层支持：支持多种数据处理引擎和计算框架，如Spark、Presto、Trino和Flink等。

9、存储层支持：与多种数据存储系统兼容，包括对象存储、文件系统、数据库等。

10、数据格式支持：支持多种数据格式和开放的表格式，如 Parquet、ORC、Iceberg、Hudi 等。

11、元数据版本控制：管理元数据的版本，支持历史回溯和变更管理。

12、性能优化：优化元数据管理系统的性能，以处理大规模数据和高并发请求。

以上对湖仓一体元数据统一管理的从功能，到开源框架，以及技术难点的分析，希望对您有所帮助。

欢迎加入【数据行业交流群】社群，长按以下二维码加入专业微信群，商务合作加微信备注商务合作，AIGC应用开发交流入群备注AIGC应用

往期数据平台历史热门文章：

往期AIGC历史热门文章：

往期数据资产入表历史热门文章：