基础知识

深度学习Tensorflow生产环境部署（上·环境准备篇）

最近在研究Tensorflow Serving生产环境部署，尤其是在做服务器GPU环境部署时，遇到了不少坑。特意总结一下，当做前车之鉴。

1 系统背景

系统是ubuntu16.04

ubuntu@ubuntu:/usr/bin$ cat /etc/issue
Ubuntu 16.04.5 LTS \n \l

或者

ubuntu@ubuntu:/usr/bin$ uname -m && cat /etc/*release x86_64
DISTRIB_ID=Ubuntu
DISTRIB_RELEASE=16.04
DISTRIB_CODENAME=xenial
DISTRIB_DESCRIPTION="Ubuntu 16.04.5 LTS" NAME="Ubuntu" VERSION="16.04.5 LTS (Xenial Xerus)" ID=ubuntu
ID_LIKE=debian
PRETTY_NAME="Ubuntu 16.04.5 LTS" VERSION_ID="16.04" HOME_URL="http://www.ubuntu.com/" SUPPORT_URL="http://help.ubuntu.com/" BUG_REPORT_URL="http://bugs.launchpad.net/ubuntu/" VERSION_CODENAME=xenial
UBUNTU_CODENAME=xenial

显卡是Tesla的P40

ubuntu@ubuntu:~$ nvidia-smi
Thu Jan 3 16:53:36 2019 +-----------------------------------------------------------------------------+ | NVIDIA-SMI 384.130                Driver Version: 384.130                   | |-------------------------------+----------------------+----------------------+
| GPU  Name        Persistence-M| Bus-Id        Disp.A | Volatile Uncorr. ECC |
| Fan  Temp  Perf Pwr:Usage/Cap|         Memory-Usage | GPU-Util  Compute M. |
|===============================+======================+======================|
| 0 Tesla P40 Off | 00000000:3B:00.0 Off | 0 |
| N/A 34C    P0 49W / 250W |  22152MiB / 22912MiB | 0%      Default |
+-------------------------------+----------------------+----------------------+
                                                                               
+-----------------------------------------------------------------------------+
| Processes: GPU Memory |
| GPU       PID   Type   Process name                             Usage |
|=============================================================================|
| 0 108329 C   python 4963MiB |
| 0 133840 C   tensorflow_model_server 17179MiB |
+-----------------------------------------------------------------------------+

TensorFlow则是当下最新的1.12.0版本。

2 背景知识

在介绍如何部署之前，先来了解一下相关的概念。

2.1 TensorFlow Serving

参考资料

TensorFlow Serving是google提供的一种生产环境部署方案，一般来说在做算法训练后，都会导出一个模型，在应用中直接使用。

正常的思路是在flask这种web服务中嵌入tensorflow的模型，提供rest api的云服务接口。考虑到并发高可用性，一般会采取多进程的部署方式，即一台云服务器上同时部署多个flask，每个进程独享一部分GPU资源，显然这样是很浪费资源的。

Google提供了一种生产环境的新思路，他们开发了一个tensorflow-serving的服务，可以自动加载某个路径下的所有模型，模型通过事先定义的输入输出和计算图，直接提供rpc或者rest的服务。

一方面，支持多版本的热部署（比如当前生产环境部署的是1版本的模型，训练完成后生成一个2版本的模型，tensorflow会自动加载这个模型，停掉之前的模型）。
另一方面，tensorflow serving内部通过异步调用的方式，实现高可用，并且自动组织输入以批次调用的方式节省GPU计算资源。

因此，整个模型的调用方式就变成了：

客户端 ----> web服务(flask或者tornado) --grpc或者rest--> tensorflow serving

如果我们想要替换模型或者更新版本，只需要训练模型并将训练结果保存到固定的目录下就可以了。

2.2 Docker

参考资料：

docker简单来说就是一种容器技术，如果有做过技术支持的朋友肯定了解安装软件的痛苦——各种系统环境，导致各种安装报错...docker解决的问题就是，只要你再服务器上安装上docker，那么它会自动屏蔽所有的硬件信息，拉取一个镜像，就能直接启动提供服务。

搭建docker也很简单，如果是mac直接下载dmg文件就可以双击运行；如果是ubuntu直接运行

sudo apt-get install docker

不过Ubuntu安装后只能通过root使用，如果想让其他用户使用，需要调整docker组，细节百度一下即可。

常用的命令也比较少：

# 查看当前部署的服务 docker ps # 运行一个容器服务 docker run # 删除一个服务 docker kill xxx

2.3 Nvidia-docker

参考资料：

nvidia-docker github官网

因为docker是虚拟在操作系统之上的，屏蔽了很多底层的信息。如果想使用显卡这种硬件，一种思路是docker直接把操作系统上的驱动程序和算法库映射到容器内，但是这样就丧失了可移植性。

另一种方法就是在docker启动的时候挂载一个类似驱动的插件——这就是nvidia-docker的作用。

总的来说，如果想要在docker中使用tensorflow-gpu，需要首先安装docker-ce（社区版，其他版本nvidia-docker不一定支持），然后安装nvidia-container-runtime，最后安装nvidia-docker2。

当使用的时候，需要直接指定nvidia-docker2运行, 如：

sudo nvidia-docker run -p 8500:8500 --mount type=bind,source=/home/ubuntu/data/east_serving/east_serving,target=/models/east -e MODEL_NAME=east -t tensorflow/serving:1.12.0-gpu &

3 部署实战

下面就进入部署的实战篇了：

3.1 Docker\Nvidia-Docker、Tensorflow部署

主要参考：

首先安装docker-ce：

curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add - sudo apt-key fingerprint 0EBFCD88
sudo add-apt-repository "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable" sudo apt-get update
sudo apt-get install docker-ce
sudo service docker restart

如果之前安装了nvidia-docker1需要删除掉：

docker volume ls -q -f driver=nvidia-docker | xargs -r -I{} -n1 docker ps -q -a -f volume={} | xargs -r docker rm -f sudo apt-get purge -y nvidia-docker

修改docker的镜像地址vi /etc/docker/daemon.json：

{ "registry-mirrors":["https://registry.docker-cn.com","http://hub-mirror.c.163.com"]
}

然后重启docker配置服务systemctl restart docker.service。

更新nvidia-docker地址:

curl -s -L https://nvidia.github.io/nvidia-docker/gpgkey | sudo apt-key add -
curl -s -L https://nvidia.github.io/nvidia-docker/ubuntu16.04/amd64/nvidia-docker.list | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/nvidia-docker.list
sudo apt-get update

执行安装命令：

sudo apt-get install -y nvidia-docker2
sudo pkill -SIGHUP dockerd

测试：

ubuntu@ubuntu:~$ sudo nvidia-docker run --runtime=nvidia --rm nvidia/cuda nvidia-smi
Thu Jan 3 09:52:06 2019 +-----------------------------------------------------------------------------+ | NVIDIA-SMI 384.130                Driver Version: 384.130                   | |-------------------------------+----------------------+----------------------+
| GPU  Name        Persistence-M| Bus-Id        Disp.A | Volatile Uncorr. ECC |
| Fan  Temp  Perf Pwr:Usage/Cap|         Memory-Usage | GPU-Util  Compute M. |
|===============================+======================+======================|
| 0 Tesla P40 Off | 00000000:3B:00.0 Off | 0 |
| N/A 35C    P0 49W / 250W |  22152MiB / 22912MiB | 0%      Default |
+-------------------------------+----------------------+----------------------+
                                                                               
+-----------------------------------------------------------------------------+
| Processes: GPU Memory |
| GPU       PID   Type   Process name                             Usage |
|=============================================================================|
+-----------------------------------------------------------------------------+

可以看到，已经能再docker内部看到显卡的使用信息了。

在docker容器外，执行nvidia-smi可以看到有个tensorflow serving的服务

ubuntu@ubuntu:~$ nvidia-smi
Thu Jan 3 17:52:43 2019 +-----------------------------------------------------------------------------+ | NVIDIA-SMI 384.130                Driver Version: 384.130                   | |-------------------------------+----------------------+----------------------+
| GPU  Name        Persistence-M| Bus-Id        Disp.A | Volatile Uncorr. ECC |
| Fan  Temp  Perf Pwr:Usage/Cap|         Memory-Usage | GPU-Util  Compute M. |
|===============================+======================+======================|
| 0 Tesla P40 Off | 00000000:3B:00.0 Off | 0 |
| N/A 35C    P0 49W / 250W |  22152MiB / 22912MiB | 0%      Default |
+-------------------------------+----------------------+----------------------+
                                                                               
+-----------------------------------------------------------------------------+
| Processes: GPU Memory |
| GPU       PID   Type   Process name                             Usage |
|=============================================================================|
| 0 108329 C   python 4963MiB |
| 0 133840 C   tensorflow_model_server 17179MiB |
+-----------------------------------------------------------------------------+