Table Of ContentData Lakes
To Christine Collet
Databases and Big Data Set
coordinated by
Dominique Laurent and Anne Laurent
Volume 2
Data Lakes
Edited by
Anne Laurent
Dominique Laurent
Cédrine Madera
First published 2020 in Great Britain and the United States by ISTE Ltd and John Wiley & Sons, Inc.
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© ISTE Ltd 2020
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Library of Congress Control Number: 2019954836
British Library Cataloguing-in-Publication Data
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ISBN 978-1-78630-585-5
Contents
Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xi
Chapter 1. Introduction to Data Lakes: Definitions and
Discussions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Anne LAURENT,Dominique LAURENTandCédrine MADERA
1.1.Introductiontodatalakes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2.Literaturereviewanddiscussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3.Thedatalakechallenges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.4.Datalakesversusdecision-makingsystems . . . . . . . . . . . . 10
1.5.Urbanizationfordatalakes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.6.Datalakefunctionalities. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.7.Summaryandconcludingremarks . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Chapter 2. Architecture of Data Lakes . . . . . . . . . . . . . . . . 21
HoussemCHIHOUB,Cédrine MADERA,Christoph QUIXandRihan HAI
2.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2.Stateoftheartandpractice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2.1.Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2.2.Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2.3.Metadata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.2.4.Dataquality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2.5.Schema-on-read . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.3.Systemarchitecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.3.1.Ingestionlayer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.3.2.Storagelayer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
vi DataLakes
2.3.3.Transformationlayer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3.4.Interactionlayer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.4.Usecase: theConstancesystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.4.1.Systemoverview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.4.2.Ingestionlayer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.4.3.Maintenancelayer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.4.4.Querylayer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.4.5.Dataqualitycontrol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.4.6.Extensibilityandflexibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.5.Concludingremarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Chapter 3. Exploiting Software Product Lines and
Formal Concept Analysis for the Design of Data
Lake Architectures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Marianne HUCHARD, Anne LAURENT, Thérèse LIBOUREL, Cédrine
MADERAandAndré MIRALLES
3.1.Ourexpectations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.2.Modelingdatalakefunctionalities . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.3.Buildingtheknowledgebaseofindustrialdatalakes . . . . . . 46
3.4.Ourformalizationapproach. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.5.Applyingourapproach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.6.Analysisofourfirstresults . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.7.Concludingremarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Chapter 4. Metadata in Data Lake Ecosystems . . . . . . . . . . 57
AsmaZGOLLI,Christine COLLET†andCédrine MADERA
4.1.Definitionsandconcepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.2.ClassificationofmetadatabyNISO . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.2.1.Metadataschema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.2.2.Knowledgebaseandcatalog . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.3.Othercategoriesofmetadata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.3.1.Businessmetadata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.3.2.Navigationalintegration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.3.3.Operationalmetadata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.4.Sourcesofmetadata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.5.Metadataclassification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.6.Whymetadataareneeded . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.6.1.Selectionofinformation(re)sources . . . . . . . . . . . . . . 70
Contents vii
4.6.2.Organizationofinformationresources . . . . . . . . . . . . 70
4.6.3.Interoperabilityandintegration. . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.6.4.Uniquedigitalidentification . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.6.5.Dataarchivingandpreservation . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.7.Businessvalueofmetadata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.8.Metadataarchitecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.8.1.Architecturescenario1: point-to-pointmetadata
architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.8.2.Architecturescenario2: hubandspokemetadata
architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.8.3.Architecturescenario3: toolofrecordmetadata
architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.8.4.Architecturescenario4: hybridmetadata
architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.8.5.Architecturescenario5: federatedmetadata
architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.9.Metadatamanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.10.Metadataanddatalakes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.10.1.Applicationandworkloadlayer. . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.10.2.Datalayer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
4.10.3.Systemlayer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.10.4.Metadatatypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.11.Metadatamanagementindatalakes . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.11.1.Metadatadirectory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.11.2.Metadatastorage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.11.3.Metadatadiscovery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.11.4.Metadatalineage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.11.5.Metadataquerying . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
4.11.6.Datasourceselection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
4.12.Metadataandmasterdatamanagement . . . . . . . . . . . . . 96
4.13.Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
Chapter 5. A Use Case of Data Lake Metadata
Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Imen MEGDICHE,Franck RAVATandYanZHAO
5.1.Context . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5.1.1.Datalakedefinition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
5.1.2.Datalakefunctionalarchitecture . . . . . . . . . . . . . . . . 100
viii DataLakes
5.2.Relatedwork . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5.2.1.Metadataclassification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
5.2.2.Metadatamanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
5.3.Metadatamodel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
5.3.1.Metadataclassification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
5.3.2.Schemaofmetadataconceptualmodel . . . . . . . . . . . . 110
5.4.Metadataimplementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
5.4.1.Relationaldatabase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
5.4.2.Graphdatabase. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
5.4.3.Comparisonofthesolutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
5.5.Concludingremarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
Chapter 6. Master Data and Reference Data in
Data Lake Ecosystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
Cédrine MADERA
6.1.Introductiontomasterdatamanagement . . . . . . . . . . . . . 125
6.1.1.Whatismasterdata? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
6.1.2.Basicdefinitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
6.2.Decidingwhattomanage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
6.2.1.Behavior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
6.2.2.Lifecycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
6.2.3.Cardinality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
6.2.4.Lifetime. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
6.2.5.Complexity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
6.2.6.Value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
6.2.7.Volatility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
6.2.8.Reuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
6.3.WhyshouldImanagemasterdata? . . . . . . . . . . . . . . . . 130
6.4.Whatismasterdatamanagement? . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
6.4.1.HowdoIcreateamasterlist? . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
6.4.2.HowdoImaintainamasterlist? . . . . . . . . . . . . . . . . 138
6.4.3.Versioningandauditing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
6.4.4.Hierarchymanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
6.5.Masterdataandthedatalake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
6.6.Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
