معالجة بيانات السحابة باستخدام DuckDB و AWS S3

DuckDb هو قاعدة بيانات قوية في الذاكرة تتمتع بميزة المعالجة المتوازية، مما يجعلها خيارًا جيدًا لقراءة/تحويل بيانات التخزين السحابي، في هذه الحالة، AWS S3. لقد حققت نجاحًا كبيرًا في استخدامها وسأرشدك إلى الخطوات اللازمة لتنفيذها.

سأضيف أيضًا بعض الدروس وأفضل الممارسات لك. باستخدام DuckDb و httpfs و pyarrow، يمكننا معالجة ملفات Parquet المخزنة في دلو S3 بكفاءة. دعنا نبدأ:

قبل البدء في تثبيت DuckDb، تأكد من أن لديك هذه المتطلبات المسبقة:

  • Python 3.9 أو أعلى مثبت
  • معرفة سابقة بـ إعداد مشاريع Python والبيئات الافتراضية أو بيئات كوندا

تثبيت الاعتماديات

أولاً، دعنا نحدد البيئة الضرورية:

Shell

 

الاعتماديات المفسرة:

  • duckdb>=0.8.0: محرك قاعدة البيانات الأساسي الذي يوفر وظائف SQL والمعالجة في الذاكرة
  • pyarrow: يتعامل بكفاءة مع عمليات ملفات Parquet مع دعم التخزين العمودي
  • pandas: يمكّن قدرات قوية في معالجة وتحليل البيانات
  • boto3: SDK AWS لـ Python، يوفر واجهات لخدمات AWS
  • requests: يدير الاتصالات HTTP للتفاعلات السحابية

تكوين الوصول الآمن إلى السحابة

Python

 

يقوم هذا الكود بالتهيئة بعدة أمور هامة:

  1. إنشاء اتصال جديد بـ DuckDB في الذاكرة باستخدام :memory:
  2. تثبيت وتحميل امتداد نظام الملفات HTTP (httpfs) الذي يمكّن من الوصول إلى تخزين السحابة
  3. ضبط بيانات اعتماد AWS مع منطقتك ومفاتيح الوصول الخاصة بك
  4. إعداد اتصال آمن بخدمات AWS

معالجة ملفات AWS S3 Parquet

لنفحص مثالاً شاملاً على معالجة ملفات Parquet بتقنية إخفاء البيانات الحساسة:

Python

 

إنشاء بيانات عينة يساعدنا في استعراض تقنيات إخفاء البيانات. نضمن وجود أنواع مختلفة من المعلومات الحساسة التي توجد عادة في مجموعات البيانات في العالم الحقيقي:

  • المعرّفات الشخصية (الاسم، الرقم الضريبي)
  • معلومات الاتصال (البريد الإلكتروني، الهاتف، العنوان)
  • البيانات المالية (الراتب)

الآن، دعونا نلقي نظرة على وظيفة المعالجة:

Python

 

لنقسم هذه الوظيفة إلى مكوناتها:

  • نقوم بإنشاء اتصال جديد بـ DuckDB
  • تحويل إطار البيانات العيني إلى ملف Parquet
  • تحديد الأعمدة التي تحتوي على معلومات حساسة
  • قم بإنشاء استعلام SQL يطبق أنماط تشفير مختلفة:
    • الأسماء: يحتفظ بالأحرف الأولى (مثل “جون سميث” → “ج*** س***”)
    • البريد الإلكتروني: يخفي الجزء المحلي مع الاحتفاظ بالنطاق (مثل “” → “****@email.com”)
    • أرقام الهواتف: يظهر فقط آخر أربعة أرقام
    • أرقام الضمان الاجتماعي: يعرض فقط آخر أربعة أرقام
    • العناوين: يحتفظ فقط بنوع الشارع
    • الراتب: يبقى غير مشفر كبيانات غير حساسة

يجب أن يكون المخرج كما يلي:

Plain Text

 

الآن، دعنا نستكشف أنماط التشفير المختلفة مع الشروحات في تعليقات مقتطفات كود بايثون:

تباين تشفير البريد الإلكتروني

Python

 

تشفير رقم الهاتف

Python

 

تشفير الاسم

Python

 

معالجة البيانات المنقسمة بكفاءة

عند التعامل مع مجموعات بيانات كبيرة، يصبح تقسيم البيانات أمرًا حيويًا. إليك كيفية التعامل مع البيانات المنقسمة بكفاءة:

Python

 

توضح هذه الوظيفة عدة مفاهيم مهمة:

  • اكتشاف الأقسام الديناميكي
  • معالجة فعالة من حيث الذاكرة
  • معالجة الأخطاء مع التنظيف المناسب
  • توليد مخرجات بيانات مقنعة

عادةً ما يبدو هيكل القسم كما يلي:

هيكل القسم

Plain Text

 

بيانات نموذجية

Plain Text

 

فيما يلي بعض فوائد المعالجة المقسمة:

  • تقليل استهلاك الذاكرة
  • قدرة المعالجة المتوازية
  • تحسين الأداء
  • معالجة البيانات القابلة للتطوير

تقنيات تحسين الأداء

1. تكوين المعالجة المتوازية

Python

 

هذه الإعدادات:

  • تمكين البث الجزئي لتحسين إدارة الذاكرة
  • تعيين خيوط المعالجة المتوازية
  • تحديد حدود الذاكرة لمنع الفيضانات

2. معالجة الأخطاء القوية

Python

 

توضح هذه الكتلة البرمجية كيفية تنفيذ إعادة المحاولة ورمي الاستثناءات عند الحاجة لاتخاذ تدابير استباقية.

3. تحسين التخزين

Python

 

توضح هذه الكتلة البرمجية تطبيق نوع ضغط التخزين لتحسين التخزين.

أفضل الممارسات والتوصيات

أفضل ممارسات الأمان

الأمان أمر حيوي عند التعامل مع البيانات، خاصة في بيئات السحابة. يساعد اتباع هذه الممارسات في حماية المعلومات الحساسة والحفاظ على الامتثال:

  • أدوار IAM. استخدم أدوار إدارة الهوية والوصول من AWS بدلاً من مفاتيح الوصول المباشرة عند الإمكان
  • تدوير المفاتيح. تنفيذ تدوير منتظم لمفاتيح الوصول
  • أقل امتيازات. منح الحد الأدنى من الأذونات اللازمة
  • مراقبة الوصول. مراجعة وتدقيق أنماط الوصول بانتظام

لماذا هذا مهم: يمكن أن تؤدي خروقات الأمان إلى تسرب البيانات، وانتهاكات الامتثال، والخسائر المالية. تحمي التدابير الأمنية المناسبة كل من منظمتك وبيانات مستخدميك.

تحسين الأداء

يضمن تحسين الأداء استخدام الموارد بكفاءة ومعالجة بيانات أسرع:

  • حجم الأقسام. اختيار أحجام أقسام مناسبة بناءً على حجم البيانات وأنماط المعالجة
  • المعالجة المتوازية. استخدام عدة خيوط لمعالجة أسرع
  • إدارة الذاكرة. مراقبة وتحسين استخدام الذاكرة
  • تحسين الاستعلامات. هيكلة الاستعلامات لتحقيق أقصى كفاءة

لماذا هذا مهم: الأداء الفعال يقلل من وقت المعالجة، ويوفر الموارد الحاسوبية، ويحسن موثوقية النظام بشكل عام.

معالجة الأخطاء

تضمن معالجة الأخطاء القوية معالجة بيانات موثوقة:

  • آليات إعادة المحاولة. تنفيذ التراجع الأسي للعمليات الفاشلة
  • تسجيل شامل. الحفاظ على سجلات مفصلة لأغراض تصحيح الأخطاء
  • مراقبة الحالة. تتبع تقدم المعالجة
  • حالات الحافة. التعامل مع سيناريوهات بيانات غير متوقعة

لماذا هو مهم: تضمن معالجة الأخطاء بشكل صحيح عدم فقدان البيانات، وتضمن اكتمال المعالجة، وتسهّل عملية استكشاف الأخطاء وإصلاحها.

الخاتمة

تقدم معالجة البيانات السحابية باستخدام DuckDB وAWS S3 مزيجًا قويًا من الأداء والأمان. دعني أعرف كيف تسير تنفيذك لـ DuckDB!معالجة الأخطاء

Source:
https://dzone.com/articles/processing-cloud-data-duckdb-aws