利用docker部署深度学习模型的一个最佳实践

前言

最近团队的模型部署上线终于全面开始用上docker了，这感觉，真香！

讲道理，docker是天然的微服务，确实是能敏捷高效的解决深度学习这一块的几个痛点。

1. 部分神经网络框架比如caffe依赖过重，安装困难。
2. 各种网络模型未做工程化优化，部署困难。
3. tensorflow等框架对GPU等硬件的占用难以灵活控制。

对于做应用来说，这些问题诸如对GPU的硬件的管理，对复杂依赖的部署，而这些正好就是docker的强项。而python本身表达能力强，可以以很短的代码量达成我们的目的。

部署

具体的部署步骤涉及这几个工具链：

1. Dockerfile进行模型的镜像部署。
2. docker-py进行container的启动和关闭。
3. grpc和进行模型的外部通信。
4. python的with语句表达模型的加载和资源的释放。
5. gitlab进行内网的代码分发和版本控制。

整个接口的调用精简成面向对象的调用方式，with语句进入时启动模型，占用GPU，打开rpc调用端口，之后在调用结束后退出模型，释放资源，整个调用过程就简化成如下样子：

with Model_Docker() as sess:
    img = cv2.imread('demo.jpg')
    r = sess.run(img)
    print('result:',r,'type',type(r))

其中Model_Docker是这样的：

class CTPN_Docker(object):

    def __init__(self):
        self.client = docker.from_env()

    def get_container(self,client):
        container = client.containers.run(image = DEMO_IMAGE_NAME:TAG,
                    command = "python server.py",
                    runtime='nvidia',
                    environment = ["CUDA_VISIBLE_DEVICES=0"],
                    ports = {'8888/tcp':'8888'},
                    detach=True,
                    auto_remove = True)
        return container

    def __enter__(self):
        self.container = self.get_container(self.client)
        for line in self.container.logs(stream=True):
            if line.strip().find(b'grpc_server_start') >= 0:
                break
        return self

    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        self.container.stop()
        print('container has stopped.')

    def run(self,img):
        assert isinstance(img,np.ndarray), 'img must be a numpy array.'
        imgstr = img.tobytes()
        shape = json.dumps(img.shape)
        stub = ctpn_pb2_grpc.ModelStub(grpc.insecure_channel('localhost:50051'))
        response = stub.predict(ctpn_pb2.rect_request(img=imgstr, shape=shape))
        return json.loads(response.message)

整个流程是这么个步骤：

1. _init_方法获得docker client。
2. get_container方法实例化一个container。
3. with语句进入接口的_enter_方法，负责获取container实例和实例内模型启动结束的flag。
4. with语句清理接口的_exit_方法，负责实例的关闭。
5. run方法通过grpc调用docker内模型和返回结果。

docker-py是一个docker的python接口，docker除了cmdline的操作方式，还提供了REST的调用接口，docker-py就是其中一个很人性化的封装，具体使用可见官方文档。

container的实例化中有这几个地方需要注意：

1. runtime需要用nvidia，与使用nvidia-docker效果一样。
2. detach是后台模式，与-d效果一样。
3. auto_remove是自动删除，与--rm效果类似。
4. environment 来设定CUDA_VISIBLE_DEVICES。
5. ports 来指定导出端口映射。

除了docker-py调用中的这些技巧，还有如下几个指令在构建过程中值得注意。

1、grpc的编译，这里没啥好说的，和grpc的官方说明文档里一样。

RUN python -m grpc_tools.protoc --python_out=. --grpc_python_out=. -I. mode.proto

2、docker image的构建，有时候构建需要添加--no-cache，避免远程资源更新了，docker构建却没重新。

docker build --no-cache -t name .

3、pip安装的时候需要添加几个参数，-r指定.txt安装，-i指定清华镜像为安装源，--no-cache-dir压缩docker镜像。

RUN pip install -r requirements_docker.txt -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple --no-cache-dir

后记

这一轮AI浪潮扑腾到今天，也积累了大量可落地的框架和应用。不过在github欢快的clone代码的时候，一直注意到一些事。和web等领域不同的是，几乎所有模型几乎都是以源代码的形式分发的，很少有工程化的封装，更别说封装成库来部署了。就拿现在我在做的目标检测和文字识别的几个模型来说，yolo、fasterrcnn、ctpn和crnn等都是这样。

当然这也好理解，这些开源作品基本都是大佬在水文章之余写的，而且一个完整的模型包括训练、测试和预测，模型在公开数据集上的训练效果才是关键，工程化的问题并不是最重要的事情，不过我还是想吐槽一下。

比如fasterrcnn中训练数据是写死的，准备好训练集后得通过一个软连接将训练集和训练数据替换掉。这还不是最毒瘤的，较新的ctpn是继承自fasterrcnn，也是采用这种方法.

又比如在导入数据阶段也是各用各的法子，这些做法有往往采用多线程和多进程，结果管理不好，一大堆死线程不说，还经常把cpu跑满，用过的模型中darkflow和east都有这样的问题。

还有在写inference是，还常常遇到需要修改输入输出tensor的情况，在输入端加placeholder，稍微对tensorflow不熟，同时还需要修改一些在预测阶段有所改变的tensor。确实是很不人道。

最后想提一点，这种部署方式除了部署时灵活方便，另外一个额外的好处就是使用jupyter时也方便，在jupyter使用时最常见的问题有两个，一个是需要经常使用set_env去设置CUDA_VISIBLE_DEVICES，另一个是用完了得把notebook关掉，不然jupyter进程会一直占用GPU。

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转自：https://zhuanlan.zhihu.com/p/42809515