1.什么是 Ray
分布式计算框架大家一定都耳熟能详,诸如离线计算的 Hadoop(map-reduce),spark, 流式计算的 strom,Flink 等。相对而言,这些计算框架都依赖于其他大数据组件,安装部署也相对复杂。
在 python 中,之前有分享过的 Celery 可以提供分布式的计算。今天和大家分享另外一个开源的分布式计算框架 Ray。Ray 是 UC Berkeley RISELab 新推出的高性能分布式执行框架,具有比 Spark 更优异的计算性能,而且部署和改造更简单,同时支持机器学习和深度学习的分布式训练,支持主流的深度学习框架(pytorch,tensorflow,keras 等)
2. Ray 架构
Ray 的架构参见最早发布的论文Ray: A Distributed Framework for Emerging AI Applications
由上图可以 Ray 主要包括:
Node: 节点,主要是 head 和 worker, head 可以认为是 Master,worker 是执行任务的单元
每个节点都有自己的本地调度器 local scheduler
object store:一个内存对象存储,允许 Node 之间进行通信
scheduler: 有两个调度器,每个节点都有本地的调度器, 在提交任务时,Local Scheduler 会判断是否需要提交给 Global Scheduler 分发给其他 worker 来执行。
GCS:全局状态控制记录了 Ray 中各种对象的状态信息,可以认为是 meta 数据,是 Ray 容错的保证
Ray 适用于任何分布式计算的任务,包括分布式训练。笔者最近是用在大量的时间序列预测模型训练和在线预测上。
Ray 目前库支持超参数调优 Ray tune, 梯度下降 Ray SGD,推理服务 RaySERVE, 分布式数据 Dataset 以及分布式增强学习 RLlib。还有其他第三方库,如下所示:
3. 简单使用
3.1 安装部署
pip install --upgrade pip
# pip install ray
pip install ray == 1.6.0
# ImportError: cannot import name 'deep_mapping' from 'attr.validators'
# pip install attr == 19.1.0
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3.2 单机使用
import time
import ray
ray.init(num_cpus = 4) # Specify this system has 4 CPUs.
@ray.remote
def do_some_work(x):
time.sleep(1) # Replace this is with work you need to do.
return x
start = time.time()
results = ray.get([do_some_work.remote(x) for x in range(4)])
print("duration =", time.time() - start)
print("results = ", results)
# duration = 1.0107324123382568
# results = [0, 1, 2, 3]
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remote返回的对象的id 如ObjectRef(7f10737098927148ffffffff0100000001000000)。需要通过ray.get来获取实际的值, 需要注意的是ray.get是阻塞式的调用,不能[ray.get(do_some_work.remote(x)) for x in range(4)]
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@ray.remote
def tiny_work(x):
time.sleep(0.0001) # Replace this is with work you need to do.
return x
start = time.time()
result_ids = [tiny_work.remote(x) for x in range(100000)]
results = ray.get(result_ids)
print("duration =", time.time() - start)
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num = ray.put(10)
ray.get(num)
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import random
@ray.remote
def do_some_work(x):
time.sleep(random.uniform(0, 4)) # Replace this is with work you need to do.
return x
def process_incremental(sum, result):
time.sleep(1) # Replace this with some processing code.
return sum + result
start = time.time()
result_ids = [do_some_work.remote(x) for x in range(4)]
sum = 0
while len(result_ids):
done_id, result_ids = ray.wait(result_ids)
sum = process_incremental(sum, ray.get(done_id[0]))
print("duration =", time.time() - start, "\nresult = ", sum)
# duration = 5.270821809768677
# result = 6
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2.3 集群部署
Ray 的架构遵循 master-slave 的模式。Head Node 可以认为是 Master,其他的 Node 为 worker。在集群部署时,Head Node 需要首先启动ray start --head
, 其他机器依次启动 worker,注意需要指定 head Node 的地址确定关系,ray start --address 10.8.xx.3:6379
。
关闭服务,需要每一台机器执行 ray.stop
# To start a head node.
#ray start --head --num-cpus=<NUM_CPUS> --num-gpus=<NUM_GPUS>
ray start --head --node-ip-address 10.8.xx.3 --port=6379
# To start a non-head node.
# ray start --address=<address> --num-cpus=<NUM_CPUS> --num-gpus=<NUM_GPUS>
ray start --address 10.8.xx.3:6379 --node-ip-address 10.8.xx.3 --num-cpus 10 --temp-dir={your temp path}
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import ray
ray.init(10.8.xx.3:6379)
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3. 不同任务的例子
import numpy as np
# Define two remote functions. Invocations of these functions create tasks
# that are executed remotely.
@ray.remote
def multiply(x, y):
return np.dot(x, y)
@ray.remote
def zeros(size):
return np.zeros(size)
# Start two tasks in parallel. These immediately return futures and the
# tasks are executed in the background.
x_id = zeros.remote((100, 100))
y_id = zeros.remote((100, 100))
# Start a third task. This will not be scheduled until the first two
# tasks have completed.
z_id = multiply.remote(x_id, y_id)
# Get the result. This will block until the third task completes.
z = ray.get(z_id)
print(z)
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@ray.remote
class Counter(object):
def __init__(self):
self.n = 0
def increment(self):
self.n += 1
def read(self):
return self.n
counters = [Counter.remote() for i in range(4)]
# 不断的执行可以每个counter计数不断增加
[c.increment.remote() for c in counters]
futures = [c.read.remote() for c in counters]
print(ray.get(futures))
# [1, 1, 1, 1]
# [11, 11, 11, 11]
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map-reduce 任务 map-reduce 任务其实可以其他分布式任务是一样的。主要是各种聚合操作。Map-Reduce 常规操作如下
@ray.remote
def map(obj, f):
return f(obj)
@ray.remote
def sum_results(*elements):
return np.sum(elements)
items = list(range(100))
map_func = lambda i : i*2
remote_elements = [map.remote(i, map_func) for i in items]
# simple reduce
remote_final_sum = sum_results.remote(*remote_elements)
result = ray.get(remote_final_sum)
# tree reduce
intermediate_results = [sum_results.remote(
*remote_elements[i * 20: (i + 1) * 20]) for i in range(5)]
remote_final_sum = sum_results.remote(*intermediate_results)
result = ray.get(remote_final_sum)
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训练模型如 pytorch 官网提供了Best Practices: Ray with PyTorch
, 主要是下载训练/测试数据和训练多个模型(感觉不是很实用)。训练多个模型,可以进行参数融合。
参见 https://docs.ray.io/en/latest/using-ray-with-pytorch.html
4. 总结
本文分享了高效的 Python 分布式计算框架 Ray,希望对你有帮助。总结如下:
Ray 是 UC Berkeley RISELab 新推出的高性能分布式执行框架, Spark 也是伯克利出品的
Ray 架构关键:两个调度器, Head 和 worker 节点,GCS 全局状态控制保证计算容错
Ray 应用简单:@ray.remote 把任务变成分布式任务, x.remote 提交任务, get/wait 获取结果
集群不是:ray start
Ray 支持多种任务:有依赖 DAG,有状态 Actor 以及深度学习支持
不断丰富的库:RaySERVE, RaySGD, RayTune, Ray data,rllib
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