kubeflow系列(三)：模型即服务，关于tensorflow serving的使用

kubeflow 中采用了 tensorflow serving 作为官方的tensorflow模型接口， TensorFlow Serving是GOOGLE开源的一个服务系统，适用于部署机器学习模型，灵活、性能高、可用于生产环境。 TensorFlow Serving可以轻松部署新算法和实验，同时保持相同的服务器架构和API。

Tensorflow Serving 直接加载模型即可生成接口，不过 serving 支持的模型只有 SaveModel，因此这里主要介绍 SaveModel。

SaveModel

SaveModel 是一种专门用于tf模型 拓扑结构(topology) 和 权重(weights) ，基于 SaveModel 不需要运行原始的模型构建代码，这样非常利于共享或部署模型，因此一般模型部署都用 SaveModel。

• 拓扑结构(Topology): 这是一个描述模型结构的文件（例如它使用的了哪些操作）。它包含对存储在外部的模型权重的引用。
• 权重(Weights): 这些是以有效格式存储给定模型权重的二进制文件。它们通常存储在与拓扑结构相同的文件夹中。

SaveModel文件目录:

assets saved_model.pb variables

查看MetaGraphDefs和SignatureDefs:

saved_model_cli show --dir <SaveModel路径> --all

生成模型需要模型的MetaGraphDefs和SignatureDefs，MetaGraphDefs就是我们常见的meta graph，其中包含了四种主要的信息：

• MetaInfoDef: 存放了一些元信息，例如版本和其他用户信息；
• GraphDef: 描述的Graph中序列化得到的图，由Protocol Buffer组成；
• SaverDef: 图的Saver信息，例如最多同时保存的checkpoint数量，需要保存的Tensor名字等，不保存Tensor中的实际内容；
• CollectionDef: 任何需要特殊注意的python对象，需要特殊的标注以方便import_meta_graph后取回，如"prediction"。

SignatureDefs则是模型的签名定义，定义了 输入 和 输出函数`。

SignatureDefs

SignatureDef 定义了 TensorFlow graph 计算的签名，定义了 输入 和 输出函数，SignatureDef 结构 ：

inputs as a map of string to TensorInfo.

outputs as a map of string to TensorInfo.
method_name (which corresponds to a supported method name in the loading tool/system).

Classification SignatureDef例子

必须要一个输入 Tensors inputs 和两个输出Tensors: classes和 scores

signature_def: { key : "my_classification_signature" value: { inputs: { key : "inputs" value: { name: "tf_example:0" dtype: DT_STRING tensor_shape: ... } } outputs: { key : "classes" value: { name: "index_to_string:0" dtype: DT_STRING tensor_shape: ... } } outputs: { key : "scores" value: { name: "TopKV2:0" dtype: DT_FLOAT tensor_shape: ... } } method_name: "tensorflow/serving/classify" } }

Predict SignatureDef例子

signature_def: { key : "my_prediction_signature" value: { inputs: { key : "images" value: { name: "x:0" dtype: ... tensor_shape: ... } } outputs: { key : "scores" value: { name: "y:0" dtype: ... tensor_shape: ... } } method_name: "tensorflow/serving/predict" } }

Regression SignatureDef例子

signature_def: { key : "my_regression_signature" value: { inputs: { key : "inputs" value: { name: "x_input_examples_tensor_0" dtype: ... tensor_shape: ... } } outputs: { key : "outputs" value: { name: "y_outputs_0" dtype: DT_FLOAT tensor_shape: ... } } method_name: "tensorflow/serving/regress" } }

生成 SaveModel 文件

生成 SaveModel文件的方式：

• （1）tf.saved_model # 最直接简单
• （2）Estimator的export_savedmodel # 高级API Estimator模型导出

classifier = classifier = tf.estimator.Estimator( model_fn=conv_model, model_dir=args.tf_model_dir, config=training_config, params=model_params) classifier.export_savedmodel(args.tf_export_dir, serving_input_receiver_fn=serving_fn)

• （3）keras.Model.save(output_path)

将 checkpoint 模型文件 改为 SaveModel 文件

import sys, os, io import tensorflow as tf model_version = "1" model_name = "object" def restore_and_save(input_checkpoint, export_path_base): checkpoint_file = tf.train.latest_checkpoint(input_checkpoint) graph = tf.Graph() with graph.as_default(): session_conf = tf.ConfigProto(allow_soft_placement=True, log_device_placement=False) sess = tf.Session(config=session_conf) with sess.as_default(): # 载入保存好的meta graph，恢复图中变量，通过SavedModelBuilder保存可部署的模型 saver = tf.train.import_meta_graph("{}.meta".format(checkpoint_file)) saver.restore(sess, checkpoint_file) print ("name scope: ",graph.get_name_scope()) export_path_base = export_path_base export_path = os.path.join( tf.compat.as_bytes(export_path_base), tf.compat.as_bytes(model_name+"/"+model_version)) print('Exporting trained model to', export_path) builder = tf.saved_model.builder.SavedModelBuilder(export_path) # 模型的各种operator 可以通过 graph.get_operations() 获得 # input 为输入层operator inputs = tf.saved_model.utils.build_tensor_info(graph.get_operation_by_name("Placeholder").outputs[0]) print(inputs) # output 为输出层operator, 这里的输出层 type 为 Softmax outputs = tf.saved_model.utils.build_tensor_info(graph.get_operation_by_name("final_result").outputs[0]) print(outputs) """ signature_constants：SavedModel保存和恢复操作的签名常量。 在序列标注的任务中，这里的method_name是"tensorflow/serving/predict" """ # 定义模型的输入输出，建立调用接口与tensor签名之间的映射 labeling_signature = ( tf.saved_model.signature_def_utils.build_signature_def( inputs={ "Placeholder": inputs, }, outputs={ "final_result": outputs, }, method_name="tensorflow/serving/predict")) """ tf.group : 创建一个将多个操作分组的操作，返回一个可以执行所有输入的操作 """ legacy_init_op = tf.group(tf.tables_initializer(), name='legacy_init_op') """ add_meta_graph_and_variables：建立一个Saver来保存session中的变量， 输出对应的原图的定义，这个函数假设保存的变量已经被初始化； 对于一个SavedModelBuilder，这个API必须被调用一次来保存meta graph； 对于后面添加的图结构，可以使用函数 add_meta_graph()来进行添加 """ # 建立模型名称与模型签名之间的映射 builder.add_meta_graph_and_variables( sess, [tf.saved_model.tag_constants.SERVING], signature_def_map={ tf.saved_model.signature_constants.DEFAULT_SERVING_SIGNATURE_DEF_KEY: labeling_signature}, legacy_init_op=legacy_init_op ) builder.save() print("Build Done")

Run server

生成好 SaveModel 模型文件，就可以直接运行 serving 来实现模型服务：

(1)用DOCKER运行:

docker run --rm -it -p 8500:8500 \ --mount type=bind,source=/root/inception/models,target=/models \ -e MODEL_NAME=1 tensorflow/serving

挂载的默认目录为两级目录:./<模型名称>/<版本号>/save_model.pb, 版本号必须为数字。

(2)或者可以用k8s运行deployment(kubeflow)：

apiVersion: extensions/v1beta1 kind: Deployment metadata: labels: app: inception name: inception-service-local namespace: kubeflow spec: template: metadata: labels: app: inception version: v1 spec: containers: - args: - --port=9000 - --rest_api_port=8500 - --model_name=1 - --model_base_path=/mnt/export command: - /usr/bin/tensorflow_model_server env: - name: modelBasePath value: /mnt/export image: tensorflow/serving:1.11.1 imagePullPolicy: IfNotPresent livenessProbe: initialDelaySeconds: 30 periodSeconds: 30 tcpSocket: port: 9000 name: mnist ports: - containerPort: 9000 - containerPort: 8500 volumeMounts: - mountPath: /mnt name: local-storage

构建请求测试

测试模型接口

import requests from PIL import Image import numpy as np filename = "./CES/astra_mini/1576210854440.png" # 图片 img=Image.open(filename) img_arr=np.array(img,dtype=np.uint8) print(img_arr.shape) # (299, 299, 3) data = json.dumps({"instances": [img_arr.tolist()]}) headers = {"content-type": "application/json"} json_response = requests.post('http://127.0.0.1:8501/v1/models/object:predict', data=data, headers=headers) print(json_response.text) 

参考文献

https://www.tensorflow.org/tfx/tutorials/serving/rest_simple