有關(guān)深度學(xué)習(xí)或機(jī)器學(xué)習(xí)方面的文章層出不窮，涵蓋了數(shù)據(jù)收集，數(shù)據(jù)整理，網(wǎng)絡(luò)/算法選擇，訓(xùn)練，驗(yàn)證和評估等主題。

但是，當(dāng)今數(shù)據(jù)科學(xué)面臨的一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的難題是在項(xiàng)目的商業(yè)化中部署訓(xùn)練模型，對于任何的以消費(fèi)者為中心的公司或想要使自己的解決方案擁有更多受眾的個(gè)人來說都是如此。

 

 

大多數(shù)時(shí)候，為達(dá)到預(yù)期結(jié)果，精力和資源會花在訓(xùn)練模型上。因此，分配額外的時(shí)間和精力來處理計(jì)算資源以構(gòu)建適當(dāng)?shù)幕�礎(chǔ)設(shè)施，再進(jìn)行模型復(fù)制，以便在不同的實(shí)際環(huán)境中大規(guī)模地實(shí)現(xiàn)類似的結(jié)果，將會是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。

這是一個(gè)漫長的過程，打從你決定使用深度學(xué)習(xí)來部署模型開始，可以輕易地占用掉數(shù)月的時(shí)間。

本文試圖從頭開始全面介紹整個(gè)部署過程。此外，也歡迎大家討論評論，以免遺漏了什么。

組成部分

 

 

工作流程圖

上述圖片描述了整個(gè)API的工作流程，讓我們把它分解一下，并理解每個(gè)組件。

客戶端：架構(gòu)中的客戶端可以是任何設(shè)備或第三方應(yīng)用程序，由它們向搭建有預(yù)測模型的服務(wù)器發(fā)出請求。打個(gè)比方，F(xiàn)acebook試圖在新上傳的圖片上標(biāo)記你的臉。

負(fù)載均衡器：負(fù)載均衡器嘗試在群集中的多個(gè)服務(wù)器或?qū)嵗�之間分配工作負(fù)載(請求)。負(fù)載均衡器的目標(biāo)是通過避免任何單個(gè)資源上的過載來最小化響應(yīng)時(shí)間并最大化輸出。在上圖中，負(fù)載均衡面向大眾開放，并將來自客戶端的所有請求分發(fā)到群集中的多個(gè)Ubuntu服務(wù)器。

Nginx：Nginx是一個(gè)開源的Web服務(wù)器，但也可以用作負(fù)載均衡器。Nginx以其高性能和小內(nèi)存占用而聞名。它可以在繁重的工作負(fù)載下通過開啟一個(gè)個(gè)新的工作進(jìn)程來達(dá)到目的，每個(gè)進(jìn)程都可以處理數(shù)千個(gè)連接。

在上述架構(gòu)圖中，nginx是一個(gè)服務(wù)器或?qū)嵗�的本地處理器，用于處理來自公共�?fù)載均衡器的所有請求。Nginx的一個(gè)替代服務(wù)器是Apache HTTP Server。

Gunicorn：它是一個(gè)Python WSGI HTTP Server，從Ruby的Unicorn項(xiàng)目移植而來。這是一個(gè)pre-fork worker模型，意味著一個(gè)主文件創(chuàng)建多個(gè)被稱作workers的復(fù)制文件來處理請求。

由于Python不是多線程的，因此我們嘗試創(chuàng)建多個(gè)gunicorn worker，其作為獨(dú)立進(jìn)程擁有自己的內(nèi)存分配，以此補(bǔ)償處理請求的并行性。Gunicorn適用于各種Python Web框架，還有一個(gè)眾所周知的替代方案是uWSGI。

Flask：這是一個(gè)用Python編寫的微型web框架。它可以幫助我們開發(fā)API或響應(yīng)請求的Web應(yīng)用。Flask的其他替代方案是Django，Pyramid和web2py。Flask-RESTful提供了Flask的一個(gè)擴(kuò)展，以支持快速構(gòu)建REST API。

Keras：這是一個(gè)用Python編寫的開源神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)庫。它能夠在TensorFlow，CNTK，Theano或MXNet上運(yùn)行。Keras也有很多替代品：TensorFlow，Caffe2(Caffe)，CNTK，PyTorch，MXNet，Chainer和Theano(已停止更新)。

云平臺：如果有一個(gè)與上述所有組件都關(guān)聯(lián)的平臺，那么它就是云。云是人工智能研究激增的主要催化劑之一，無論是在計(jì)算機(jī)視覺，自然語言處理，機(jī)器學(xué)習(xí)，機(jī)器翻譯，機(jī)器人，還是在醫(yī)學(xué)成像方面，云以合理的成本為更廣泛的受眾提供了計(jì)算資源。

云Web服務(wù)的提供商很少，較為知名的是Amazon Web Services(AWS)，Google Cloud和Microsoft Azure。

架構(gòu)設(shè)置

到目前為止，您應(yīng)該熟悉上一節(jié)中提到的組件。在下一節(jié)中，我們將從API的角度來理解架構(gòu)設(shè)置，因?yàn)樗�也�?gòu)成了Web應(yīng)用程序的基礎(chǔ)。

注意：這個(gè)架構(gòu)設(shè)置將基于Python。

開發(fā)設(shè)置

訓(xùn)練模型：第一步是基于用例訓(xùn)練模型，可以使用Keras，TensorFlow或PyTorch。確保你在虛擬環(huán)境中執(zhí)行此操作，因?yàn)檫@有助于隔離多個(gè)Python環(huán)境，并且還能將所有必要的依賴打包到單獨(dú)的文件夾中。

構(gòu)建API：如果模型足夠好以至于可以開始構(gòu)建API的話，你可以使用Flask 或是Django來根據(jù)需求構(gòu)建它們。理想情況下，你必須構(gòu)建Restful API，因?yàn)樗�有助于分離客戶端和服務(wù)器，提高可視性、可靠性和可擴(kuò)展性，并且它是平臺無關(guān)的。你可以執(zhí)行一次徹底的測試，以確保模型根據(jù)API的正確預(yù)測做出響應(yīng)。

Web服務(wù)器：現(xiàn)在不妨測試一下你構(gòu)建好了的API的Web服務(wù)器。如果你是使用Flask構(gòu)建的，Gunicorn會是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。運(yùn)行g(shù)unicorn web服務(wù)器的命令如下：

gunicorn --workers 1--timeout 300 --bind 0.0.0.0:8000 api:app- workers(INT): The number of worker processes for handling requests.- timeout (INT): Workers silent for more than this many seconds arekilled and restarted.- bind (ADDRESS): The socket to bind. [['127.0.0.1:8000']]- api: The main Python file containing the Flask application.- app: An instance of the Flask class in the main Python file 'api.py'.

負(fù)載平衡器：你可以通過配置nginx來處理gunicorn workers的測試請求，每個(gè)worker都有自己的DL模型API。請參閱給出的資源了解nginx和gunicorn的相關(guān)配置。

資源鏈接：

https://www.digitalocean.com/community/tutorials/how-to-serve-flask-applications-with-gunicorn-and-nginx-on-ubuntu-16-04

負(fù)載/性能測試：嘗試使用Apache Jmeter，這是一個(gè)旨在加載測試和測量性能的開源應(yīng)用程序。它也有助于理解nginx的負(fù)載分配。另一個(gè)選擇是Locust。

生產(chǎn)設(shè)置

云平臺：選擇好云服務(wù)后，要從標(biāo)準(zhǔn)Ubuntu映像(最好是最新的LTS版本)中設(shè)置一種機(jī)器或?qū)嵗�，而CPU的選擇實(shí)際上取決于深度學(xué)習(xí)模型和用例。機(jī)器可以運(yùn)行后，就可以設(shè)置nginx和Python虛擬環(huán)境，安裝所有的依賴項(xiàng)并復(fù)制API。最后就可以嘗試使用模型運(yùn)行API了(這需要一定的時(shí)間，因?yàn)檫@個(gè)是根據(jù)為gunicorn定義的工作組數(shù)以及要加載所有模型來決定的)。

自定義API映像：確保API運(yùn)行正常后，可以快照實(shí)例，創(chuàng)建一個(gè)包含API和模型的自定義圖像，它將保留應(yīng)用程序的所有設(shè)置。

參考資料：

AWS：

https://docs.aws.amazon.com/toolkit-for-visual-studio/latest/user-guide/tkv-create-ami-from-instance.html

Google：

https://cloud.google.com/compute/docs/images/create-delete-deprecate-private-images

Azure：

https://docs.microsoft.com/en-us/azure/virtual-machines/linux/tutorial-custom-images

負(fù)載均衡器：接下來從云服務(wù)創(chuàng)建負(fù)載均衡器，可以根據(jù)需要設(shè)置為公共的或私有的。

參考資料：

AWS：

https://docs.aws.amazon.com/elasticloadbalancing/latest/classic/elb-getting-started.html

Google：

https://cloud.google.com/load-balancing/

Azure：

https://docs.microsoft.com/en-us/azure/load-balancer/quickstart-create-basic-load-balancer-portal

一組實(shí)例：使用先前創(chuàng)建的自定義API映像來啟動一組實(shí)例。

參考資料：

AWS：

https://aws.amazon.com/premiumsupport/knowledge-center/launch-instance-custom-ami/

Google：

https://cloud.google.com/compute/docs/instances/creating-instance-with-custom-machine-type

Azure：

https://docs.microsoft.com/en-us/azure/virtual-machines/windows/create-vm-generalized-managed

集群的負(fù)載均衡器：現(xiàn)在可以將實(shí)例集群鏈接到負(fù)載均衡器，這將確保負(fù)載均衡器在所有實(shí)例之間平均分配工作。

參考資料：

AWS：

https://docs.aws.amazon.com/elasticloadbalancing/latest/classic/elb-deregister-register-instances.html

Google：

https://cloud.google.com/compute/docs/load-balancing/http/backend-service

Azure：

https://docs.microsoft.com/en-us/azure/load-balancer/quickstart-create-basic-load-balancer-portal

負(fù)載/性能測試：就像開發(fā)中的負(fù)載/性能測試一樣，類似的過程在生產(chǎn)環(huán)境也可以進(jìn)行，但因?yàn)楝F(xiàn)在有數(shù)百萬個(gè)請求，所以需要去嘗試打破架構(gòu)，來檢查它的穩(wěn)定性和可靠性(并不一定總是有用的)。

總結(jié)：現(xiàn)在，如果一切正常，你將能用你的第一個(gè)可以投入生產(chǎn)級別的深度學(xué)習(xí)架構(gòu)來處理數(shù)百萬個(gè)請求。

其他設(shè)置(附加組件)

除了通用設(shè)置外，還有其他一些事項(xiàng)需要注意，以確保我們搭建的環(huán)境能夠在長時(shí)間內(nèi)自我維護(hù)。

自動縮放：這是云服務(wù)中的一項(xiàng)功能，它可以根據(jù)收到的請求數(shù)量來幫助擴(kuò)展應(yīng)用程序中的實(shí)例。我們可以在請求激增時(shí)進(jìn)行橫向擴(kuò)展，在請求減少時(shí)進(jìn)行iLocustn擴(kuò)展。

應(yīng)用程序更新：更新應(yīng)用程序中的深度學(xué)習(xí)模型或其他功能都是需要時(shí)間的，但是如何能在不影響生產(chǎn)環(huán)境運(yùn)行的前提下，更新所有實(shí)例，這是個(gè)問題。云服務(wù)就提供了一種可以用多種形式來執(zhí)行此任務(wù)的方式，而且具體的云服務(wù)提供商可以提供具體的定制服務(wù)。

參考資料：

AWS：

https://aws.amazon.com/premiumsupport/knowledge-center/auto-scaling-group-rolling-updates/

Google：

https://cloud.google.com/compute/docs/instance-groups/updating-managed-instance-groups

Azure：

https://azure.microsoft.com/en-in/updates/auto-os-upgrades/

持續(xù)集成：它指的是軟件發(fā)布過程的構(gòu)建和單元測試階段。每個(gè)提交的修訂都會觸發(fā)自動構(gòu)建和測試過程，用它可以將最新版本的模型部署到生產(chǎn)環(huán)境中。

 

 

其他平臺

還有一些其他的系統(tǒng)，可以提供一種結(jié)構(gòu)化的方式在生產(chǎn)環(huán)境中部署和設(shè)置模型，以下是幾個(gè)其他類型系統(tǒng)的介紹：

TensorFlow服務(wù)：它是一個(gè)開源平臺軟件庫，服務(wù)于機(jī)器學(xué)習(xí)模型�；�于機(jī)器學(xué)習(xí)的推測作用，它的主要目標(biāo)是接收訓(xùn)練后的模型，并管控模型的整個(gè)生命周期，它為TensorFlow模型提供了直接可以使用的支持。

官網(wǎng)鏈接：

https://www.tensorflow.org/serving/

 

 

來源： googleblog

Docker：它是一種容器虛擬化技術(shù)，其行為與輕量級虛擬機(jī)類似。它提供了一種簡潔的方法來把應(yīng)用程序從其依賴項(xiàng)中隔離，以便應(yīng)用程序在不同操作系統(tǒng)中都可以使用。我們可以在不用共享資源的情況下，在同一個(gè)實(shí)例上運(yùn)行多個(gè)不同應(yīng)用程序的docker鏡像。

資料鏈接：

https://github.com/floydhub/dl-docker

 

 

來源：

https://codingpackets.com/virtualization/docker/

Michelangelo：它是Uber的機(jī)器學(xué)習(xí)平臺，其包括在Uber所分析的數(shù)據(jù)的數(shù)量及范圍內(nèi)建設(shè)、部署和運(yùn)營機(jī)器學(xué)習(xí)解決方案。

 

 

來源：

https://eng.uber.com/michelangelo/

相關(guān)報(bào)道：

https://medium.com/@maheshkkumar/a-guide-to-deploying-machine-deep-learning-model-s-in-production-e497fd4b734a

標(biāo)簽： Google linux web服務(wù)器 服務(wù)器 網(wǎng)絡(luò) 云服務(wù)

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