MLService

MLService 用于在 TensorStack AI 平台上部署 AI 推理服务，其功能全面，可用于生产环境。

概述

MLService 是推理服务的核心 API，由 releases 和 transformer 两部分构成：

  • spec.releases 定义一个或多个 releases，以提供多版本模型推理服务的支持。
  • 可选的 transformer 定义前处理（pre-processing）和后处理（post-processing）计算。
mlservice-architecture
图 1: MLService 的组成。一个 MLService 由一个或多个模型服务版本（releases） 及前后处理模块（transformer，非必需）构成；不同的 release 和 transformer 可独立进行规模伸缩。

MLService 的主要特性包括：

  • 支持定义多个版本（release）的推理服务，每个 release 包含一个 predictor，其定义了：
    • 模型存储（storage）
    • 模型规约（model），包括 modelUri，parameters，runtime（引用 MLServiceRuntime 定义运行推理服务 Pod 的模版）
    • 计算资源（resources）
    • 其他部署参数（minReplicas, maxRelicas, logger ...）
  • 每个 release 服务的容量可独立自动伸缩，可通过 minReplicas、maxReplicas 设置容量的上下限。
  • 支持金丝雀（canary release）发布模式。
  • 用户可定制 transformer 组件，以在调用推理服务时进行前处理（pre-processing），以及获得推理结果后进行后处理（post-processing）。
  • transformer 的容量也可独立自动伸缩，可通过 minReplicas、maxReplicas 设置容量的上下限。

示例

下面是一个基本的 MLService 示例：

apiVersion: tensorstack.dev/v1beta1
kind: MLService
metadata:
  name: torch-mnist
spec:
  default: version1
  releases:
    - name: version1
      predictor:
        minReplicas: 1
        maxReplicas: 3
        model:
          parameters:
            "MODEL_PATH": "mnist=model.mar"
          runtime: torchserve
          modelUri: pvc://tutorial/tutorial-examples/deployment/pvc/mlservice-torch/

MLServiceRuntime

在示例中，我们使用了 MLServiceRuntime torchserve。 MLServiceRuntime 定义了推理服务的模版，包含了推理服务的关键信息，例如镜像、启动命令、资源需求等，能够方便地帮助用户快速部署多种模型推理服务程序。

一个 MLServiceRuntime 可以被多个 MLService 使用。

定义

一个基本的 MLServiceRuntime 的示例：

apiVersion: tensorstack.dev/v1beta1
kind: MLServiceRuntime
metadata:
  name: torchserve
spec:
  enabled: true
  template:
    spec:
      containers:
      - name: user-container
        image: torchserve:0.9.0-cpu
        args:
          - torchserve
          - --start
          - --model-store=/var/lib/t9k/model
          - --models {{if .MODEL_PATH}}{{.MODEL_PATH}}{{else}}all{{end}}
        resources:
          limits:
            cpu: "200m"
            memory: 200Mi
        ports:
        - containerPort: 8080
          protocol: TCP

该 MLServiceRuntime 在 spec.template 中定义了推理服务的副本（Pod）的模版，以指定容器镜像 torchserve:0.9.0-cpu、启动命令 torchserve 及其他命令行参数等。

使用

用户可以在 MLService 的 predictor 定义中指定要使用的 MLServiceRuntime 名称，例如：

apiVersion: tensorstack.dev/v1beta1
kind: MLService
metadata:
  name: demo
spec:
  default: version1
  releases:
  - name: version1
    predictor:
      model:
        runtime: torchserve
        modelUri: "<your-model-registry/your-model-path>"

用户在 release version1 的 .predictor.model.runtime 中指定了 torchserve，系统在创建推理服务器副本（Pod）时，将会使用名称为 torchserve 的 MLServiceRuntime。

进一步的配置

除了直接使用 MLServiceRuntime 定义好的 Pod 模版，MLService 还支持对其进行进一步的配置和修改。

Parameters

MLService 支持在 predictor 的 .model.parameters 设置参数，该字段是一个 map 类型，key 为参数名，value 为参数值。

在之前的 MLServiceRuntime 示例 中包含了 --models {{if .MODEL_PATH}}{{.MODEL_PATH}}{{else}}all{{end}} 的内容。这里使用了 golang template 的语法，含义为：

  • 如果使用此 MLServiceRuntime 的 MLService 指定了 MODEL_PATH，这一行会被设置为 --model <用户指定的 MODEL_PATH>
  • 如果没有指定 MODEL_PATH，这一行会被设置为 --model all

如下所示，在 MLService 中设置 MODEL_PATH：

apiVersion: tensorstack.dev/v1beta1
kind: MLService
metadata:
  name: demo
spec:
  default: version1
  releases:
  - name: version1
    predictor:
      model:
        parameters:
          "MODEL_PATH": "mnist=model.mar"
        runtime: torchserve
        modelUri: "<your-model-registry/your-model-path>"

由上述 MLService 最终产生的副本（Pod）的 args 中会包含 --model mnist=model.mar，指定了使用模型的名称和文件。

StrategicMergePatch

MLServiceRuntime 定义了 Pod 模版，但不一定能适用于所有场景。MLService 支持用户在 MLServiceRuntime 的基础上，进行进一步的叠加修改，例如：

apiVersion: tensorstack.dev/v1beta1
kind: MLService
metadata:
  name: demo
spec:
  default: version1
  releases:
  - name: version1
    predictor:
      model:
        parameters:
          "MODEL_PATH": "mnist=model.mar"
        runtime: torchserve
        modelUri: "<your-model-registry/your-model-path>"
      template:
        spec:
          containers:
            - name: user-container
              image: self-torchserve:latest

将上面 MLService 中 predictor version1 的 template.spec 和之前的 Runtime 定义示例 相比， 可以发现他们都定义了一个名为 user-container 的 container，但是 image 不同。 于是最终生成的 Pod 中，MLService 中定义的 image 会覆盖 MLServiceRuntime 中的 image，但是 MLServiceRuntime 中 args 等其余设置都会被保留。

上述的 StrategicMergePatch 给用户提供了完整的个性化改动方案。除此以外，针对改动频率更高的资源要求（resources），MLService 提供了更方便的个性化改动方案。用户可以直接通过 Predictor 中的 resources 覆盖 Runtime 的资源要求，例如：

apiVersion: tensorstack.dev/v1beta1
kind: MLService
metadata:
  name: demo
spec:
  default: version1
  releases:
  - name: version1
    predictor:
      model:
        modelFormat:
          name: pytorch
        modelUri: "<your-model-registry/your-model-path>"
      resources:
        limits:
          cpu: 500m
          memory: 1Gi

模型存储

MLService 支持 S3 和 PVC 两种存储模型的方式，用户需要根据模型存储的类型填写 MLService 的配置。

PVC

在MLService中使用 PVC 存储模式需要在 spec.releases[*].predictor.model.modelUri 中设置包含前缀 pvc:// 的模型路径。

例如，下面的示例指定模型存储在 PVC tutorial 的 models/example/ 路径下：

...
  releases:
    - name: test1
      predictor:
        model:
          modelUri: "pvc://tutorial/models/example"
...

S3

S3 是一种对象存储服务和协议，具有良好的可扩展性、数据可用性和安全性等优点，其协议被多种商业和开源产品支持，并且被广泛部署。

可在 MLService 中通过 spec.releases[*].predictor.model.modelUri 和 spec.releases[*].predictor.storage.s3Storage.secretName 设定 S3 的配置参数，其中：

  • modelUri 必需包含前缀 s3://。
  • secretName 指向的Secret 存储的 S3 配置格式应当是 s3cmd 配置文件格式。

例如，下面的示例指定模型在 S3 中的存储 Uri 前缀为 s3://models/example/，S3 的配置信息存储在 Secret s3-model 中：

...
  releases:
    - name: test1
      predictor:
        model:
          modelUri: "s3://models/example/"
        storage:
          s3Storage:
            secretName: s3-model
...

更多配置

发布策略

多版本支持

一个 MLService 可以同时部署多个版本（release）的推理服务，以使用不同的模型文件，或者其他配置等。

在下面的示例中，MLService 同时部署了 nov-02（设置为默认）、nov-05 和 nov-11 三个版本的服务，这三个版本都使用同一个 MLServiceRuntime，但是使用的模型不同（不同的 modelUri）：

apiVersion: tensorstack.dev/v1beta1
kind: MLService
metadata:
  name: multi-releases
spec:
  default: nov-02
  releases:
    - name: nov-02
      predictor:
        model:
          runtime: torchserve
          modelUri: pvc://tutorial/model-11-02
    - name: nov-05
      predictor:
        model:
          runtime: torchserve
          modelUri: pvc://tutorial/model-11-05
    - name: nov-11
      predictor:
        model:
          runtime: torchserve
          modelUri: pvc://tutorial/model-11-11

金丝雀发布

MLService 支持金丝雀（canary release）发布策略。用户可以通过 spec.canary 字段设置金丝雀发布对应的模型版本（release），spec.canaryTrafficPercent 字段设置金丝雀发布的路由权重。spec.default 是必需字段，用于设置默认发布。

例如上一节中我们部署了 3 个版本的模型，我们想主要（80% 流量）使用 nov-02 这个版本，并且将刚刚训练好的 nov-11 作为金丝雀版本：

  • 默认发布：nov-02，路由权重为 80%。
  • 金丝雀发布：nov-11，路由权重为 20%。
...
spec:
  default: nov-02
  canary: nov-11
  canaryTrafficPercent: 20
...

日志收集

MLService 支持对预测请求进行日志收集，详情见2.2.2.1日志收集

前处理及后处理

MLService 支持部署含有 transformer 模块的前处理（pre-processing）及后处理（post-processing）的推理服务：

  • 预处理：用户发向推理服务的原始数据，先经过 transformer 预处理，然后再被发送到推理服务。
  • 后处理：推理服务返回的预测结果，先经过 transformer 后处理，然后再返回给用户。

用户可以使用 Tensorstack SDK 编写 transformer 代码，制作镜像，并基于该镜像创建含有 transformer 的推理服务。详细示例请参阅制作并部署含有 Transformer 的模型推理服务。

下文展示了一个使用 transformer 的推理服务：

apiVersion: tensorstack.dev/v1beta1
kind: MLService
metadata:
  name: pic-mnist
spec:
  default: origin
  transformer:
    minReplicas: 1
    minReplicas: 5
    template:
      spec:
        containers:
        - name: user-container
          image: t9kpublic/transformer-example:0.1.0
          resources:
            limits:
              cpu: "500m"
              memory: 500Mi

容量伸缩

MLService 支持自动伸缩服务容量：即根据服务负载的变化，自动调节推理服务的部署规模（副本数量）。具体原理可以查看 Knative Autoscaling。

用户可以通过设置 spec.releases[*].predictor.minReplicas 字段和 spec.releases[*].predictor.maxReplicas 字段来指定 Predictor 工作负载数量的下限和上限。

同样的，如果用户启用了 Transformer，可以通过 spec.transformer.minReplicas 字段和 spec.transformer.maxReplicas 字段来指定 Transformer 工作负载数量的下限和上限。

以下是一些特殊情况：

  • minReplicas 不填时，工作负载数量的默认最小值为 1。
  • minReplicas 等于 0 时，当没有流量请求时，MLService 会缩容到 0，不再占用系统资源。
  • maxReplicas 不填或设为 0 时，工作负载数量没有上限。

除了负载数量的限制，用户还可以在具体的 Runtime 或者组件（Predictor 或者 Transformer）的 Pod 定义中设置 Knative Autoscaling 相关的 Annotation，例如：

...
spec:
  releases:
    - name: version1
      minReplicas: 1
      maxReplicas: 3
      predictor:
        template:
          metadata:
            annotations: 
              autoscaling.knative.dev/metric: "rps"
              autoscaling.knative.dev/target: "100"
...

在上面的示例中，我们设置了工作负载数量的范围为 [1,3]，自动伸缩指标(metric)为 rps，自动伸缩目标(target)为 100。这意味着当每个工作负载每秒处理的请求数量（requests-per-second）达到 100 时，负载会开始扩容，且扩容最大数量为 3，最小数量为 1。

调度器

MLService 支持使用两种调度器：Kubernetes 默认调度器（默认）和 T9k Scheduler。MLService 通过 spec.scheduler 字段设置调度器：

  • 不设置 spec.scheduler 字段，则默认使用 Kubernetes 默认调度器。
  • 设置 spec.scheduler.t9kScheduler 字段，则使用 T9k Scheduler 调度器。

在下面的示例中，使用了 T9k Scheduler 调度器，且工作负载处于队列 default 中。

...
spec:
  scheduler:
    t9kScheduler:
      queue: default
...

服务状态

通过 MLService 的状态字段可以获取如下信息：

  • 推理服务的全局状态及服务地址：status.ready 表明推理服务是否准备就绪，status.address.url 表明全局推理服务地址。
  • 每个部署的模型的状态及服务地址：status.releases[*].ready 表明该版本推理服务是否准备就绪，status.releases[*].url 表明该版本的推理服务地址。
  • Transformer 的状态及服务地址：status.ready 表明 Transformer 服务是否准备就绪，status.transformer.url 表明 Transformer 服务地址。
  • 推理服务没有就绪的原因：status.conditions 以及 status.releases[*].message 等字段中会记录相关报错信息。

以多版本支持的示例的状态为例，其 MLService 状态字段如下。从状态字段可以看出，该推理服务处于就绪状态，外部访问地址为 http://multi-releases.<project>.<domain>，某个 release 的访问地址为 http://multi-releases-predict-<release>.<project>.<domain>

status:
  address:
    url: http://multi-releases.<project>.<domain>
  canaryRelease: nov-02
  conditions:
  - lastTransitionTime: "2023-11-27T10:44:27Z"
    status: "False"
    type: Paused
  - lastTransitionTime: "2023-11-27T10:50:04Z"
    status: "True"
    type: Ready
  defaultRelease: nov-05
  releases:
  - name: nov-02
    ready: true
    readyReplicas: 1
    totalReplicas: 1
    trafficPercent: 80
    url: http://multi-releases-predict-nov-02.<project>.<domain>
  - name: nov-05
    ready: true
    readyReplicas: 1
    totalReplicas: 1
    trafficPercent: 20
    url: http://multi-releases-predict-nov-05.<project>.<domain>
  - name: nov-11
    ready: true
    readyReplicas: 1
    totalReplicas: 1
    trafficPercent: 0
    url: http://multi-releases-predict-nov-11.<project>.<domain>

如果推理服务没有就绪，你可以通过查看 status.conditions 中 type 为 Ready 的 reason 以及 message 来查看具体信息，同时 Event 中也会有相关的错误信息。

访问推理服务

MLService 部署成功后，通过状态字段 status.address.url 可以查询到全局推理服务的 Base URL，再加上部署模型对应的路径即可得到访问推理服务的地址。

以示例中的服务为例，推理服务地址的状态字段如下：

...
status:
  address:
    url: http://torch-mnist.<project>.<domain>
...

由于服务使用的是 TorchServe 框架，按照其 API 规范，用户可以通过下述命令查看服务状态：

$ curl http://torch-mnist.<project-name>.<domain-name>/v1/models/mnist
{
    "model_version_status": <model-status>
}

并调用推理服务：

# 数据在 https://github.com/t9k/tutorial-examples/blob/v20240206/deployment/pvc/mlservice-torch/test_data/0.png
$ curl -T test_data/0.png http://torch-mnist.<project-name>.<domain-name>/v1/models/mnist:predict
{
    "predictions": <predict-result>
}

下一步

参考