使用 Step Functions 编排从数据库到数据仓库的数据ETL

数据仓库是信息的中央存储库。业务分析师、数据工程师、数据科学家和决策者通过商业智能 (BI) 工具、SQL 客户端和其他分析应用程序访问数据。数据和分析已然成为各大企业保持竞争力所不可或缺的部分。企业用户依靠报告、控制面板和分析工具从其数据中获得洞察力、监控企业绩效以及更明智地决策。

通常，数据定期从事务系统、关系数据库和其他来源流入数据仓库。这个流入的过程，被称作ETL(Extract-Transform-Load)。在数据爆炸的今天，开发者经常需要通过Hadoop/Spark 集群，配合一些开源组件，如sqoop, Hive, Airflow等实现对海量数据的处理和迁移。除了集群本身的维护，如虚机的配置，操作系统的升级，安全管理，存储的扩展等，还要考虑如性能监控，日志，错误处理等诸多支撑性功能的实现。

本文介绍一个通过亚马逊云Serverless(无服务器)服务提供ETL的方案。它包含了亚马逊云Step Function, Glue, Lambda等组件，实现从mysql 数据库到亚马逊云Redshift 数仓的数据迁移以及迁移后的处理功能。

架构设计

①  通过定期执行的源数据爬虫任务，读取业务数据库和数据仓库的源数据。

②  通过Glue服务的ETL Job完成从业务数据库到数据仓库的数据拉取，转化和加载。

③  调用Lambda函数，对数仓中的数据进行进一步的加工，满足企业对数据分层等进一步处理的要求。

这其中，第2步和第3步都是通过Step Function来调度执行，实现可视化的作业管理。

环境准备

• 首先，在环境中分别创建一个mysql 实例和一个redshift 数仓实例来模拟企业的场景。这里我们设置redshift数据库为“dev”:
• 另外，需要创建s3和redshift-data的两个Endpoint 服务，用于VPC内程序的访问
• 之后，创建一个SNS topic,用于在出现问题时进行通知
• 最后，我们需要为redshift创建一个secret manager 密钥，用于安全访问redshift

在这些基础框架建设完毕后，可以分别连接到数仓和数据库中，通过https://github.com/sun-biao/step-function-etl-redshift/blob/main/sql.script 中的建表语句，分别创建两个表，table1和table2。 另外在资源中还有一个创建存储过程的语句，可以在redshift中执行，这个存储过程用来模拟企业内部数仓中的执行程序。

环境搭建

第一步： 源数据管理

一 在AWS Glue/数据库/连接 中，创建两个JDBC连接，分别指向数据库和数仓。

二 在AWS Glue/爬网程序 中点击“创建爬网程序”，分别为库和仓创建两个爬网程序

三 选中爬网程序，点击“运行爬网程序”。在真实场景中，可以设置为定期触发方式，这里我们手动执行。

四 执行完毕后，点击 AWS Glue/数据库/表 查看添加后的源数据信息。注意这里的表名会根据数据库的名称不同而不同。

第二步: 创建ETL Job

一 点击AWS Glue/ETL/作业，点击“添加作业”

二 在“配置作业属性”页面中，输入“名称”并选择一个“角色”。如果角色中为空，参照链接创建一个新的角色：https://docs.aws.amazon.com/zh_cn/glue/latest/dg/create-service-policy.html 并点击下一步

三 在“选择一个数据源”页面，选中mysql 数据库的table2,点击“下一步”

四 在“选择转换类型”页面，点击“下一步”

五 在“选择一个数据目标”页面，选中redshift数据库的table2，点击“下一步”

六 检查字段mapping后点击“保存作业并编辑脚本”。

七 在最后作业脚本页面，点击“保存”并“运行作业”。如无异常，作业会执行，数据会进入redshift

八 在redshift中可以通过“编辑器”对table2进行查询

九 重复上面1-8，创建一个新的作业，选择table1作为源和目标。这样我们就有了两个作业，分别对应table1和table2

第三步： 创建lambda程序

一 在AWS Lambda中选择“创建函数”

二 函数名为callredshift, “运行时”选择python3.8。

三 点击“高级设置”，在“VPC”中选择redshift 所在VPC, 安全组选择可以访问Redshift的安全组

四在“配置/常规配置”中，将超时时间设置为25秒。

五 在“配置/权限”中，为当前角色附加 “AdministratorAccess”策略

六 将下列代码粘贴到lambda_function.py中

import json
import boto3
import time

client = boto3.client('redshift-data')
def lambda_handler(event, context):
    print('start.....')
    try:
        response = client.execute_statement(
            ClusterIdentifier='redshift-cluster-1',
            Database='dev',
            SecretArn=‘<redshit的Secret Manager ARN>',
            Sql='call test_sp1(1000000)',
            # Sql='select count(*) from table1',
            StatementName='get result'
        )
    except Exception as e:
        subject = "Error:" + ":" + str(e)
        print(subject)
        raise
    query_id = response["Id"]
    done = False
    while not done:
        time.sleep(1)
        status = status_check(client, query_id)
        if status in ("STARTED", "FAILED", "FINISHED"):
            print("status is: {}".format(status))
            break
    print(response)
    desc = client.describe_statement(Id=response["Id"])
    result = client.get_statement_result(Id=response["Id"])
    print(result)
    return str(result)
def status_check(client, query_id):
    desc = client.describe_statement(Id=query_id)
    status = desc["Status"]
    if status == "FAILED":
        raise Exception('SQL query failed:' + query_id + ": " + desc["Error"])
    return status.strip('"')

七 保存后点击“Test”，创建一个“测试事件”后，再次点击”Test“，查看输出结果

第四步： 创建Step Functions 状态机

一 选择“Step Functions/状态机”，点击“创建状态机”

二 使用默认选项，在下面定义中，删除原Json文件，拷贝如下内容：

{
  "Comment": "This is your state machine",
  "StartAt": "Parallel",
  "States": {
    "Parallel": {
      "Type": "Parallel",
      "Branches": [
        {
          "StartAt": "Table1 Job",
          "States": {
            "Table1 Job": {
              "Type": "Task",
              "Resource": "arn:aws:states:::glue:startJobRun.sync",
              "Parameters": {
                "JobName": “<Table1 Job>"
              },
              "OutputPath": "$.JobRunState",
              "End": true
            }
          }
        },
        {
          "StartAt": "Table2 Job",
          "States": {
            "Table2 Job": {
              "Type": "Task",
              "Resource": "arn:aws:states:::glue:startJobRun.sync",
              "Parameters": {
                "JobName": "<Table2 Job>"
              },
              "OutputPath": "$.JobRunState",
              "End": true
            }
          }
        }
      ],
      "Next": "Choice"
    },
    "Choice": {
      "Type": "Choice",
      "Choices": [
        {
          "And": [
            {
              "Variable": "$[0]",
              "StringMatches": "SUCCEEDED"
            },
            {
              "Variable": "$[1]",
              "StringMatches": "SUCCEEDED"
            }
          ],
          "Next": "Call redshift"
        }
      ],
      "Default": "SNS Publish"
    },
    "Call redshift": {
      "Type": "Task",
      "Resource": "arn:aws:states:::lambda:invoke",
      "OutputPath": "$.Payload",
      "Parameters": {
        "Payload.$": "$",
        "FunctionName": "arn:aws:lambda:<Region的名字，如ap-northeast-1>:<12位账号>:function:callredshift:$LATEST"
      },
      "Retry": [
        {
          "ErrorEquals": [
            "Lambda.ServiceException",
            "Lambda.AWSLambdaException",
            "Lambda.SdkClientException"
          ],
          "IntervalSeconds": 2,
          "MaxAttempts": 6,
          "BackoffRate": 2
        }
      ],
      "End": true
    },
    "SNS Publish": {
      "Type": "Task",
      "Resource": "arn:aws:states:::sns:publish",
      "Parameters": {
        "Message.$": "$",
        "TopicArn": "arn:aws:sns:<Region的名字，如ap-northeast-1>:<12位账号>:<SNS 主题名>"
      },
      "End": true
    }
  }
}

三 保存后，修改当前状态机的权限为管理员，执行该状态机并查看状态。

四 点击“图表检查器”中最后一步“Call redshift”,查看右侧步骤输出，确认redshift中的程序被正确调用。

总结

一 整个流程中没有除了数据仓库，没有使用任何需要维护的计算资源，实现了“零运维”。

二 Step Functions状态机的每次执行，都提供了完备的流程日志，每个步骤都有详细的输入输出信息，方便调试。

三 依照Step Functions提供逻辑处理功能，通过判断，循环等可以实现客户复杂的逻辑。

四 Step Functions提供强大的服务整合能力，通过整合其它服务，提供诸如报警，数据，计算等等功能。

参考链接

• https://docs.aws.amazon.com/zh_cn/AmazonRDS/latest/UserGuide/CHAP_GettingStarted.CreatingConnecting.MySQL.html
• https://docs.aws.amazon.com/zh_cn/redshift/latest/gsg/rs-gsg-sample-data-load-create-cluster.html
• https://docs.aws.amazon.com/zh_cn/vpc/latest/privatelink/vpce-interface.html#create-interface-endpoint
• https://docs.aws.amazon.com/zh_cn/sns/latest/dg/sns-getting-started.html
• https://docs.aws.amazon.com/zh_cn/secretsmanager/latest/userguide/tutorials_basic.html

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