DB4AI-Snapshots数据版本管理

DB4AI-Snapshots是DB4AI模块用于管理数据集版本的功能。通过DB4ai-Snapshots组件，开发者可以简单、快速地进行特征筛选、类型转换等数据预处理操作，同时还可以像git一样对训练数据集进行版本控制。数据表快照创建成功后可以像视图一样进行使用，但是一经发布后，数据表快照便固化为不可变的静态数据，如需修改该数据表快照的内容，需要创建一个版本号不同的新数据表快照。

DB4AI-Snapshots的生命周期

DB4AI-Snapshots的状态包括published、archived以及purged。其中，published可以用于标记该DB4AI-Snapshots 已经发布，可以进行使用。archived表示当前 DB4AI-Snapshots 处于“存档期”，一般不进行新模型的训练，而是利用旧数据对新的模型进行验证。purged则是该DB4AI-Snapshots 已经被删除的状态，在数据库系统中无法再检索到。

需要注意的是快照管理功能是为了给用户提供统一的训练数据，不同团队成员可以使用给定的训练数据来重新训练机器学习模型，方便用户间协同。为此私有用户和三权分立状态(enableSeparationOfDuty=ON)等涉及不支持用户数据转写等情况将不支持Snapshot特性。

用户可以通过“CREATE SNAPSHOT”语句创建数据表快照，创建好的快照默认即为published状态。可以采用两种模式创建数据表快照，即为MSS以及CSS模式，它们可以通过GUC参数db4ai_snapshot_mode进行配置。对于MSS模式，它是采用物化算法进行实现的，存储了原始数据集的数据实体；CSS则是基于相对计算算法实现的，存储的是数据的增量信息。数据表快照的元信息存储在DB4AI的系统目录中。可以通过db4ai.snapshot 系统表查看到。

可以通过“ARCHIVE SNAPSHOT”语句将某一个数据表快照标记为archived状态，可以通过“PUBLISH SNAPSHOT”语句将其再度标记为published状态。标记数据表快照的状态，是为了帮助数据科学家进行团队合作使用的。

当一个数据表快照已经丧失存在价值时，可以通过“PURGE SNAPSHOT”语句删除它，以便永久删除其数据并恢复存储空间。

DB4AI-Snapshots使用指导

  1. 创建表以及插入表数据。

    数据库内存在已有的数据表，可根据该已有的数据表创建对应的数据表快照。为了后续演示，在此处新建一个名为 t1 的数据表，并向其中插入测试数据。

    1. create table t1 (id int, name varchar);
    2. insert into t1 values (1, 'zhangsan');
    3. insert into t1 values (2, 'lisi');
    4. insert into t1 values (3, 'wangwu');
    5. insert into t1 values (4, 'lisa');
    6. insert into t1 values (5, 'jack');

    通过SQL语句，查询搭配数据表内容。

    1. SELECT * FROM t1;
    2. id |   name
    3. ----+----------
    4.   1 | zhangsan
    5.   2 | lisi
    6.   3 | wangwu
    7.   4 | lisa
    8.   5 | jack
    9. (5 rows)

  2. 使用DB4AI-Snapshots。

    • 创建DB4AI-Snapshots

      • 示例1：CREATE SNAPSHOT…AS

        示例如下，其中，默认版本分隔符为 “@”, 默认子版本分割符为 “.”，该分割符可以分别通过GUC参数db4ai_snapshot_version_delimiter以及db4ai_snapshot_version_separator进行设置。

        1. create snapshot s1@1.0 comment is 'first version' as select * from t1;
        2. schema |  name
        3. --------+--------
        4.  public | s1@1.0
        5. (1 row)

        上述结果提示已经创建了数据表 s1的快照，版本号为 1.0。创建好后的数据表快照可以像使用一般视图一样进行查询，但不支持通过“INSERT INTO”语句进行更新。例如下面几种语句都可以查询到数据表快照s1的对应版本 1.0的内容：

        1. SELECT * FROM s1@1.0;
        2. SELECT * FROM public.s1@1.0;
        3. SELECT * FROM public . s1 @ 1.0;
        4. id |   name
        5. ----+----------
        6.   1 | zhangsan
        7.   2 | lisi
        8.   3 | wangwu
        9.   4 | lisa
        10.   5 | jack
        11. (5 rows)

        可以通过下列SQL语句修改数据表t1的内容：

        1. UPDATE t1 SET name = 'tom' where id = 4;
        2. insert into t1 values (6, 'john');
        3. insert into t1 values (7, 'tim');

        再检索数据表t1的内容时，发现虽然数据表t1的内容已经发生变化，但是数据表快照 s1@1.0 版本的查询结果并未发生变化。由于数据表t1的数据已经发生了改变，如果将当前数据表的内容作为版本2.0，则可创建快照s1@2.0,创建的SQL语句如下：

        1. create snapshot s1@2.0 as select * from t1;

        通过上述例子，我们可以发现，数据表快照可以固化数据表的内容，避免中途对数据的改动造成机器学习模型训练时的不稳定，同时可以避免多用户同时访问、修改同一个表时造成的锁冲突。

      • 示例2：CREATE SNAPSHOT…FROM

        SQL语句可以对一个已经创建好的数据表快照进行继承，利用在此基础上进行的数据修改产生一个新的数据表快照。例如：

        1. create snapshot s1@3.0 from @1.0 comment is 'inherits from @1.0' using (INSERT VALUES(6, 'john'), (7, 'tim'); DELETE WHERE id = 1);
        2. schema |  name
        3. --------+--------
        4.  public | s1@3.0
        5. (1 row)

        其中，“@”为数据表快照的版本分隔符，from子句后加上已存在的数据表快照，用法为“@”+版本号，USING关键字后加入可选的几个操作关键字（INSERT …/UPDATE …/DELETE …/ALTER …）,其中 “INSERT INTO”以及“DELETE FROM”语句中的“INTO”、“FROM”等与数据表快照名字相关联的子句可以省略，具体可以参考AI特性函数。

        示例中，基于前述s1@1.0快照，插入2条数据，删除1条新的数据，新生成的快照s1@3.0，检索该s1@3.0：

        1. SELECT * FROM s1@3.0;
        2. id |   name
        3. ----+----------
        4.   2 | lisi
        5.   3 | wangwu
        6.   4 | lisa
        7.   5 | jack
        8.   6 | john
        9.   7 | tim
        10. (7 rows)

    • 删除数据表快照SNAPSHOT

      1. purge snapshot s1@3.0;
      2. schema |  name
      3. --------+--------
      4.  public | s1@3.0
      5. (1 row)

      此时，已经无法再从s1@3.0 中检索到数据了，同时该数据表快照在db4ai.snapshot视图中的记录也会被清除。删除该版本的数据表快照不会影响其他版本的数据表快照。

    • 从数据表快照中采样

      示例：从snapshot s1中抽取数据，使用0.5抽样率。

      1. sample snapshot s1@2.0 stratify by name as nick at ratio .5;
      2. schema |    name
      3. --------+------------
      4.  public | s1nick@2.0
      5. (1 row)

      可以利用该功能创建训练集与测试集，例如：

      1. SAMPLE SNAPSHOT s1@2.0  STRATIFY BY name AS _test AT RATIO .2, AS _train AT RATIO .8 COMMENT IS 'training';
      2. schema |      name
      3. --------+----------------
      4.  public | s1_test@2.0
      5.  public | s1_train@2.0
      6. (2 rows)

    • 发布数据表快照

      采用下述SQL语句将数据表快照 s1@2.0 标记为published 状态：

      1. publish snapshot s1@2.0;
      2. schema |  name
      3. --------+--------
      4.  public | s1@2.0
      5. (1 row)

    • 存档数据表快照

      采用下述语句可以将数据表快照标记为 archived 状态：

      1. archive snapshot s1@2.0;
      2. schema |  name
      3. --------+--------
      4.  public | s1@2.0
      5. (1 row)

      可以通过db4ai-snapshots提供的视图查看当前数据表快照的状态以及其他信息：

      1. select * from db4ai.snapshot;
      2. id | parent_id | matrix_id | root_id | schema |    name    | owner  |                 commands                 | comment | published | archived |          created           | row_count
      3. ----+-----------+-----------+---------+--------+------------+--------+------------------------------------------+---------+-----------+----------+----------------------------+-----------
      4.   1 |           |           |       1 | public | s1@2.0     | omm | {"select *","from t1 where id > 3",NULL} |         | t         | f        | 2021-04-17 09:24:11.139868 |         2
      5.   2 |         1 |           |       1 | public | s1nick@2.0 | omm | {"SAMPLE nick .5 {name}"}                |         | f         | f        | 2021-04-17 10:02:31.73923  |         0

  3. 异常场景

    • 数据表或db4ai-snapshots不存在时。

      1. purge snapshot s1nick@2.0;
      2. publish snapshot s1nick@2.0;
      3. ---------
      4. ERROR:  snapshot public."s1nick@2.0" does not exist
      5. CONTEXT:  PL/pgSQL function db4ai.publish_snapshot(name,name) line 11 at assignment
      7. archive snapshot s1nick@2.0;
      8. ----------
      9. ERROR:  snapshot public."s1nick@2.0" does not exist
      10. CONTEXT:  PL/pgSQL function db4ai.archive_snapshot(name,name) line 11 at assignment

    • 删除snapshot时，有依赖该快照的其他snapshot，需先确保删除对本快照所依赖的其他快照。

      1. purge snapshot s1@1.0;
      2. ERROR:  cannot purge root snapshot 'public."s1@1.0"' having dependent snapshots
      3. HINT:  purge all dependent snapshots first
      4. CONTEXT:  referenced column: purge_snapshot_internal
      5. SQL statement "SELECT db4ai.purge_snapshot_internal(i_schema, i_name)"
      6. PL/pgSQL function db4ai.purge_snapshot(name,name) line 71 at PERFORM

  4. 相关GUC参数

    • db4ai_snapshot_mode：

      Snapshot有2种模式：MSS（物化模式，存储数据实体）和CSS（计算模式，存储增量信息）。Snapshot可在MSS和CSS之间切换快照模式，默认是MSS模式。

    • db4ai_snapshot_version_delimiter：

      该参数为数据表快照版本分隔符。“@”为数据表快照的默认版本分隔符。

    • db4ai_snapshot_version_separator

      该参数为数据表快照子版本分隔符。“.”为数据表快照的默认版本分隔符。

  5. DB4AI Schema下的数据表快照详情db4ai.snapshot。

    1. openGauss=# \d db4ai.snapshot
    2.                        Table "db4ai.snapshot"
    3.   Column   |            Type             |         Modifiers
    4. -----------+-----------------------------+---------------------------
    5.  id        | bigint                      |
    6.  parent_id | bigint                      |
    7.  matrix_id | bigint                      |
    8.  root_id   | bigint                      |
    9.  schema    | name                        | not null
    10.  name      | name                        | not null
    11.  owner     | name                        | not null
    12.  commands  | text[]                      | not null
    13.  comment   | text                        |
    14.  published | boolean                     | not null default false
    15.  archived  | boolean                     | not null default false
    16.  created   | timestamp without time zone | default pg_systimestamp()
    17.  row_count | bigint                      | not null
    18. Indexes:
    19.     "snapshot_pkey" PRIMARY KEY, btree (schema, name) TABLESPACE pg_default
    20.     "snapshot_id_key" UNIQUE CONSTRAINT, btree (id) TABLESPACE pg_default

DB4AI-Snapshots数据版本管理 - 图1 说明： 命名空间DB4AI是本功能的私有域，不支持在DB4AI的命令空间下创建函数索引（functional index）。