如何部署ML模型到Google云平台

本系列介绍 开发和部署 ( M L ) 模型。在本文中， 你将学习如何部署 ML 模型到 Google 云平台. 第 1 部分给出了 ML 工作流概括 ，考虑了使用机器学习和数据科学来实现商业价值所涉及的各个阶段。在第 2 部分中，您将学习训练并保存 ML 模型并将其部署为 ML 系统的一部分。

在为 ML 系统构建端到端管道时，最后一步是将经过训练的模型部署到生产环境中。成功的部署意味着 ML 模型已从研究环境中移出并集成到生产环境中，例如，作为一个实时应用程序。

在本文中，您将学习使用 Google 云平台（ GCP ）将 ML 模型投入生产的三种方法。虽然您可以使用其他几种环境，例如 AWS 、 Microsoft Azure 或本地硬件，但本教程使用 GCP 部署 web 服务。

正在设置

通过您的 Google 帐户注册 Google Cloud Platform 。系统会提示您填写一些信息，包括您的信用卡详细信息。但是，您注册该平台将不收取任何费用。您还可以在前 90 天获得价值 300 美元的免费信贷。

创建帐户后， 创建新的项目并将其命名为 GCP-deployment-example 。不要将项目链接到组织。

确保已将当前项目更改为新创建的项目。

在 Google App Engine 上部署 ML 模型

在您可以在 GoogleAppEngine 上部署模型之前，还有一些额外的模块要添加到代码中。

本节中使用的代码可以在 /kurtispykes/gcp-deployment-example GitHub repo 中找到。

第一步是在predict.py模块中创建推理逻辑：

import joblib
import pandas as pd

model = joblib.load("logistic_regression_v1.pkl")

def make_prediction(inputs):
    """
    Make a prediction using the trained model
    """
    inputs_df = pd.DataFrame(
        inputs,
        columns=["sepal_length_cm", "sepal_width_cm", "petal_length_cm", "petal_width_cm"]
        )
    predictions = model.predict(inputs_df)
  
    return predictions

本模块中的步骤包括：

将持久化模型加载到内存中。

创建一个将一些输入作为参数的函数。

在函数中，将输入转换为 pandas DataFrame并进行预测。

接下来，推理逻辑必须封装在 web 服务中。我用 Flask 包装模型。有关详细信息，请参阅main.py：

import numpy as np
from flask import Flask, request
from predict import make_prediction

app = Flask(__name__)

@app.route("/", methods=["GET"])
def index():
    """Basic HTML response."""
    body = (
        "

" "" "

Welcome to my Flask API

" "" "" ) return body @app.route("/predict", methods=["POST"]) def predict(): data_json = request.get_json() sepal_length_cm = data_json["sepal_length_cm"] sepal_width_cm = data_json["sepal_width_cm"] petal_length_cm = data_json["petal_length_cm"] petal_width_cm = data_json["petal_width_cm"] data = np.array([[sepal_length_cm, sepal_width_cm, petal_length_cm, petal_width_cm]]) predictions = make_prediction(data) return str(predictions) if __name__ == "__main__": app.run()

在代码示例中，您创建了两个端点：

index：可以看作是主页

/predict：用于与部署的模型交互。

您必须创建的最后一个文件是 app.yaml ，其中包含用于运行应用程序的运行时。

runtime: python38

在 Google Cloud 控制台中，执行以下步骤：

在切换菜单上，选择 App Engine 。您可能必须选择 View all products 才能访问 App Engine ，它与 Serverless 产品一起列出）。

从 App Engine 页面，选择 Create Application 。

选择要在其中创建应用程序的区域。

将应用程序语言设置为 Python 并使用 Standard 环境。

在右上角，选择终端图标。这将激活云外壳，这意味着您不必下载云 SDK 。

在部署应用程序之前，必须上载所有代码。由于通过 web 服务与 ML 模型交互所需的所有代码都上传到 gcp-deployment-example/app_engine/ 中的 GitHub 上，因此您可以从云外壳中克隆此存储库。

将代码 URL 复制到剪贴板并导航回 GCP 上的云外壳。向 shell 输入以下命令：

git clone https://github.com/kurtispykes/gcp-deployment-example.git

通过输入以下命令导航到代码存储库：

cd gcp-deployment-example/app_engine

接下来， initialize the application 。确保您选择了最近创建的项目。

现在，部署应用程序。从云 shell 运行以下命令。如果系统提示您继续，请输入Y。

gcloud app deploy

部署完成后，您将获得服务部署位置的 URL 。打开提供的 URL 以验证应用程序是否正常运行。您应该看到 欢迎使用我的 Flask API 消息。

接下来，测试/predict端点。

使用 Postman 发送 POST 请求以测试成功部署

您可以使用 Postman 向/predict端点发送 POST 请求。 Postman 是开发人员设计、构建、测试和迭代 API 的 API 平台。

要开始，请选择 免费注册 。有一个完整的教程，但为了本篇文章的目的，请直接跳到主页。

从那里，选择 Workspaces 、 My Workspace 、 New ，然后选择 HTTP Request 。

接下来，将 HTTP 请求从GET更改为POST，并在请求 URL 中插入到已部署服务的链接。

之后，导航到Body标头并选择raw，以便插入示例实例。选择send。

图 1 。 Postman 测试的预测终点

您向/predict端点发送了 POST 请求，其中包含一些定义模型输入的原始数据。在响应中，模型返回[‘Iris-setosa’]，这是模型成功部署的积极指示。

您还可以使用 GCP 上提供的其他服务部署模型。

在 Google 云功能上部署 ML 模型

云功能是 GCP 上可用的无服务器技术之一。我对代码做了一些更改，以使部署到云功能无缝。第一个也是最明显的区别是不再从本地存储库导入序列化模型。相反，您正在调用 Google 云存储中的模型。

将模型上传到 Google 云存储

在 GCP 部署示例项目中，选择切换菜单。导航到 Cloud Storage 并选择 Buckets 、 Create Bucket 。这将提示您为存储桶和其他配置提供名称。我把我的名字命名为model-data-iris。

创建桶后，下一个任务是上传持久化模型。选择 Upload Files ，导航到存储模型的位置，然后选择它。

现在，您可以使用 Google Cloud 中的各种服务来访问此文件。要访问云存储，必须从google.cloud导入storage对象。

下面的代码示例显示了如何从 Google 云存储中访问模型。您也可以在 gcp-deployment-example/cloud_functions/main.py 中看到完整的示例。

import joblib
import numpy as np
from flask import request
from google.cloud import storage

storage_client = storage.Client()
bucket = storage_client.get_bucket("model-iris-data") # remember to change the bucket name
blob = bucket.blob("logistic_regression_v1.pkl")
blob.download_to_filename("/tmp/logistic_regression_v1.pkl")
model = joblib.load("/tmp/logistic_regression_v1.pkl")

def predict(request):
    data_json = request.get_json()
  
    sepal_length_cm = data_json["sepal_length_cm"]
    sepal_width_cm = data_json["sepal_width_cm"]
    petal_length_cm = data_json["petal_length_cm"]
    petal_width_cm = data_json["petal_width_cm"]

    data = np.array([[sepal_length_cm, sepal_width_cm, petal_length_cm, petal_width_cm]])
    predictions = model.predict(data)
  
    return str(predictions)

在 Google Cloud 控制台的切换菜单上，选择 Cloud Functions 。要查看菜单，您可能必须选择 View all products 并展开 Serverless 类别。

接下来，选择 Create Function 。如果这是您第一次创建云函数，则要求您启用 API 。选择 Enable 继续。

还要求您进行以下配置设置：

函数名称= Predict 。

Trigger type = HTTP 。

Allow unauthenticated invocations =已启用。

在运行时、构建、连接和安全设置部分中还有其他配置，但对于本示例，默认值是可以的，因此选择 Next 。

在下一页中，要求您设置运行时并定义源代码的来源。在 Runtime 部分，选择您正在使用的 Python 版本。我使用的是 Python 3.8 。确保在源代码头中选择了 Inline Editor 。

复制并粘贴云函数用作main.py文件入口点的以下代码示例。

{
  "sepal_length_cm" : 5.1,
  "sepal_width_cm" : 3.5,
  "petal_length_cm" : 1.4,
  "petal_width_cm" : 0.2
} 

使用内联编辑器更新 requirements.txt ：

flask >= 2.2.2, <2.3.0
numpy >= 1.23.3, <1.24.0
scitkit-learn >=1.1.2, <1.2.0
google-cloud-storage >=2.5.0, <2.6.0

确保将 Entry point 值更改为端点的名称。在这种情况下，它是predict。

完成所有更改后，选择 Deploy 。部署可能需要几分钟的时间来安装依赖项并启动应用程序。完成后，您会看到成功部署的模型的函数名称旁边有一个绿色的勾号图标。

现在，您可以在 Testing 选项卡上测试应用程序是否正常工作。使用以下示例代码进行测试：

{
  "sepal_length_cm" : 5.1,
  "sepal_width_cm" : 3.5,
  "petal_length_cm" : 1.4,
  "petal_width_cm" : 0.2
} 

如果您使用与前面相同的输入，则会得到相同的响应。

现在，您已经学会了使用 GoogleCloudFunctions 部署 ML 模型。使用此部署，您不必担心服务器管理。您的云功能仅在收到请求时执行，并且 Google 管理服务器。

在 Google AI 云上部署 ML 模型

之前的两个部署要求您编写不同程度的代码。在谷歌人工智能云上，你可以提供经过训练的模型，他们为你管理一切。

在云控制台上，从切换菜单导航到 AI Platform 。在 Models 选项卡上，选择 Create Model 。

您可能会注意到一条警告消息，通知您 Vertex AI ，这是另一个将 AutoML 和 AI 平台结合在一起的托管 AI 服务。这一讨论超出了本文的范围。

在下一个屏幕上，系统会提示您选择一个区域。选择区域后，选择 Create Model 。为模型命名，相应地调整区域，然后选择 Create 。

转到创建模型的区域，您应该可以看到模型。选择型号并选择 Create a Version 。

接下来，您必须将模型链接到云存储中存储的模型。本节有几个重要事项需要注意：

AI 平台上scikit-learn的最新模型框架版本是 1.0.1 版，因此您必须使用此版本来构建模型。

模型必须存储为model.pkl或model.joblib。

为了遵守 GCP AI 平台的要求，我使用所需的模型版本创建了一个新的脚本，将模型序列化为model.pkl，并将其上传到谷歌云存储。有关更多信息，请参阅 /kurtispykes/gcp-deployment-example GitHub repo 中的更新代码。

Model name: logistic_regression_model

选中 Use regional endpoint 复选框。

Region: 欧洲西部 2

在 models 部分，确保仅选择 europe-west2 区域。

为要创建的模型版本选择 Save 。创建模型版本可能需要几分钟的时间。

通过选择模型版本并导航到 Test & Use 标题来测试模型。输入输入数据并选择 Test 。