Wenn Sie den interaktiven Apache Beam-Runner mit JupyterLab-Notebooks verwenden, können Sie Pipelines iterativ entwickeln, Ihre Pipelinegrafik prüfen und einzelne PCollections in einem REPL-Workflow (Read-Eval-Print-Loop) analysieren. Ein Tutorial in dem gezeigt wird, wie Sie den interaktiven Apache Beam-Runner mit JupyterLab-Notebooks verwenden, finden Sie unter Mit Apache Beam-Notebooks entwickeln
Auf dieser Seite finden Sie Details zu erweiterten Funktionen, die Sie mit Ihrem Apache Beam-Notebook verwenden können.
Interaktiver FlinkRunner in mit dem Notebook verwalteten Clustern
Wenn Sie interaktiv mit Daten in Produktionsgröße vom Notebook aus arbeiten möchten, können Sie FlinkRunner mit einigen allgemeinen Pipelineoptionen verwenden, um der Notebooksitzung mitzuteilen, einen langlebigen Managed Service for Apache Spark-Cluster zu verwalteten und Ihre Apache Beam-Pipelines verteilt auszuführen.
Vorbereitung
So verwenden Sie diese Funktion:
- Aktivieren Sie die Managed Service for Apache Spark API.
- Weisen Sie dem Dienstkonto, mit dem die Notebook-Instanz für Managed Service for Apache Spark ausgeführt wird, die Rolle „Administrator“ oder „Bearbeiter“ zu.
- Verwenden Sie einen Notebook-Kernel mit dem Apache Beam SDK in der Version 2.40.0 oder höher.
Konfiguration
Mindestens ist folgende Einrichtung erforderlich:
# Set a Cloud Storage bucket to cache source recording and PCollections.
# By default, the cache is on the notebook instance itself, but that does not
# apply to the distributed execution scenario.
ib.options.cache_root = 'gs://<BUCKET_NAME>/flink'
# Define an InteractiveRunner that uses the FlinkRunner under the hood.
interactive_flink_runner = InteractiveRunner(underlying_runner=FlinkRunner())
options = PipelineOptions()
# Instruct the notebook that Google Cloud is used to run the FlinkRunner.
cloud_options = options.view_as(GoogleCloudOptions)
cloud_options.project = 'PROJECT_ID'
Explizite Bereitstellung (optional)
Sie können die folgenden Optionen hinzufügen.
# Change this if the pipeline needs to run in a different region
# than the default, 'us-central1'. For example, to set it to 'us-west1':
cloud_options.region = 'us-west1'
# Explicitly provision the notebook-managed cluster.
worker_options = options.view_as(WorkerOptions)
# Provision 40 workers to run the pipeline.
worker_options.num_workers=40
# Use the default subnetwork.
worker_options.subnetwork='default'
# Choose the machine type for the workers.
worker_options.machine_type='n1-highmem-8'
# When working with non-official Apache Beam releases, such as Apache Beam built from source
# code, configure the environment to use a compatible released SDK container.
# If needed, build a custom container and use it. For more information, see:
# https://beam.apache.org/documentation/runtime/environments/
options.view_as(PortableOptions).environment_config = 'apache/beam_python3.7_sdk:2.41.0 or LOCATION.pkg.dev/PROJECT_ID/REPOSITORY/your_custom_container'
Nutzung
# The parallelism is applied to each step, so if your pipeline has 10 steps, you
# end up having 10 * 10 = 100 tasks scheduled, which can be run in parallel.
options.view_as(FlinkRunnerOptions).parallelism = 10
p_word_count = beam.Pipeline(interactive_flink_runner, options=options)
word_counts = (
p_word_count
| 'read' >> ReadWordsFromText('gs://apache-beam-samples/shakespeare/kinglear.txt')
| 'count' >> beam.combiners.Count.PerElement())
# The notebook session automatically starts and manages a cluster to run
# your pipelines with the FlinkRunner.
ib.show(word_counts)
# Interactively adjust the parallelism.
options.view_as(FlinkRunnerOptions).parallelism = 150
# The BigQuery read needs a Cloud Storage bucket as a temporary location.
options.view_as(GoogleCloudOptions).temp_location = ib.options.cache_root
p_bq = beam.Pipeline(runner=interactive_flink_runner, options=options)
delays_by_airline = (
p_bq
| 'Read Dataset from BigQuery' >> beam.io.ReadFromBigQuery(
project=project, use_standard_sql=True,
query=('SELECT airline, arrival_delay '
'FROM `bigquery-samples.airline_ontime_data.flights` '
'WHERE date >= "2010-01-01"'))
| 'Rebalance Data to TM Slots' >> beam.Reshuffle(num_buckets=1000)
| 'Extract Delay Info' >> beam.Map(
lambda e: (e['airline'], e['arrival_delay'] > 0))
| 'Filter Delayed' >> beam.Filter(lambda e: e[1])
| 'Count Delayed Flights Per Airline' >> beam.combiners.Count.PerKey())
# This step reuses the existing cluster.
ib.collect(delays_by_airline)
# Describe the cluster running the pipelines.
# You can access the Flink dashboard from the printed link.
ib.clusters.describe()
# Cleans up all long-lasting clusters managed by the notebook session.
ib.clusters.cleanup(force=True)
Mit dem Notebook verwaltete Cluster
- Wenn Sie keine Pipeline-Optionen angeben, verwendet Interactive Apache Beam standardmäßig immer den zuletzt verwendeten Cluster, um eine Pipeline mit
FlinkRunnerauszuführen.- Führen Sie
ib.clusters.set_default_cluster(None)aus, um dieses Verhalten zu vermeiden, z. B. wenn Sie eine andere Pipeline in derselben Notebook-Sitzung mit einem FlinkRunner ausführen möchten, der nicht vom Notebook gehostet wird.
- Führen Sie
- Beim Instanziieren einer neuen Pipeline, die ein Projekt, eine Region und eine Bereitstellungskonfiguration verwendet, die einem vorhandenen Managed Service for Apache Spark-Cluster zugeordnet sind, verwendet Dataflow auch den Cluster wieder. Dies ist jedoch möglicherweise nicht der zuletzt verwendete Cluster.
- Wenn Sie jedoch eine Änderung der Bereitstellung vornehmen, z. B. die Größe eines Clusters ändern, wird ein neuer Cluster erstellt, um die gewünschte Änderung zu übernehmen. Wenn Sie die Größe eines Clusters ändern möchten, um zu verhindern, dass die Cloud-Ressourcen erschöpft werden, bereinigen Sie überflüssige Cluster mithilfe von
ib.clusters.cleanup(pipeline). - Wenn Sie eine Flink-
master_urlangeben, die zu einem Cluster gehört, der von der Notebooksitzung verwaltet wird, verwendet Dataflow den verwalteten Cluster wieder.- Wenn
master_urlin der Notebooksitzung unbekannt ist, bedeutet dies, dass Sie einen selbst gehostetenFlinkRunnerverwenden möchten. Im Notebook wird nichts implizit ausgeführt.
- Wenn
Fehlerbehebung
Dieser Abschnitt enthält Informationen zur Fehlerbehebung und zum Debuggen des interaktiven FlinkRunner in mit dem Notebook verwalteten Clustern.
Flink-IOException: Unzureichende Anzahl von Netzwerkpuffern
Der Einfachheit halber ist die Flink-Netzwerkpufferkonfiguration nicht verfügbar.
Wenn die Jobgrafik zu kompliziert oder die Parallelität zu hoch eingestellt ist, könnte die Kardinalität der Schritte multipliziert mit der Parallelität zu groß sein und dazu führen, dass zu viele Aufgaben parallel geplant werden und die Ausführung fehlschlägt.
Mit den folgenden Tipps können Sie die Geschwindigkeit interaktiver Läufe verbessern:
- Weisen Sie einer Variablen nur die
PCollectionzu, die Sie prüfen möchten. - Prüfen Sie die
PCollectionseinzeln. - Verwenden Sie die erneute Zufallswiedergabe nach High-Fanout-Transformationen.
- Passen Sie die Parallelität an die Datengröße an (manchmal ist kleiner schneller).
Die Überprüfung der Daten dauert zu lange.
Prüfen Sie das Flink-Dashboard für den laufenden Job. Möglicherweise sehen Sie einen Schritt, in dem Hunderte von Aufgaben abgeschlossen wurden und nur noch eine übrig ist. Das liegt daran, dass sich die In-Flight-Daten auf einem einzelnen Computer befinden und nicht gemischt werden.
Verwenden Sie nach einer High-Fanout-Transformation immer die erneute Zufallswiedergabe, z. B. in folgenden Fällen:
- Zeilen aus einer Datei lesen
- Zeilen aus einer BigQuery-Tabelle lesen
Ohne Reshuffle werden Fanout-Daten immer auf demselben Worker ausgeführt und können die Vorteile der Parallelität nicht nutzen.
Wie viele Mitarbeiter brauche ich?
Als Faustregel gilt, dass der Flink-Cluster etwa die Anzahl der vCPUs multipliziert mit der Anzahl der Worker-Slots hat. Wenn Sie beispielsweise 40 n1-highmem-8-Worker haben, hat der Flink-Cluster höchstens 320 Slots, also 8 multipliziert mit 40.
Im Idealfall kann der Worker einen Job verwalten, der mit Hunderten von Parallelitäten liest, zuordnet und kombiniert, wodurch Tausende von Aufgaben parallel geplant werden.
Funktioniert es mit Streaming?
Streamingpipelines sind nicht mit dem interaktiven Flink auf Notebook-verwalteten Clustern kompatibel.
Beam SQL und beam_sql-Magie
Mit Beam SQL können Sie begrenzte und unbegrenzte PCollections mit SQL-Anweisungen abfragen. Wenn Sie in einem Apache Beam-Notebook arbeiten, können Sie die benutzerdefinierte IPython-Magie
beam_sql verwenden, um die Pipelineentwicklung zu beschleunigen.
Sie können die Nutzung der Magie beam_sql mit der Option -h oder --help prüfen:
Sie können eine PCollection aus konstanten Werten erstellen:
Sie können mehrere PCollections zusammenführen:
Sie können einen Dataflow-Job mit der Option -r DataflowRunner oder --runner DataflowRunner starten:
Weitere Informationen finden Sie im Beispiel-Notebook Apache Beam SQL in Notebooks.
Mit JIT-Compiler und GPU beschleunigen
Sie können Bibliotheken wie numba und GPUs verwenden, um Ihren Python-Code und Apache Beam-Pipelines zu beschleunigen. In der Apache Beam-Notebookinstanz, die mit
einer nvidia-l4-GPU erstellt wurde, kompilieren Sie zur Ausführung auf GPUs Ihren Python-Code mit
numba.cuda.jit, Optional, um die Ausführung auf CPUs zu beschleunigen, kompilieren Sie Ihren
Python-Code mit numba.jit oder numba.njit in Maschinencode.
Im folgenden Beispiel wird ein DoFn erstellt, das auf GPUs verarbeitet wird:
class Sampler(beam.DoFn):
def __init__(self, blocks=80, threads_per_block=64):
# Uses only 1 cuda grid with below config.
self.blocks = blocks
self.threads_per_block = threads_per_block
def setup(self):
import numpy as np
# An array on host as the prototype of arrays on GPU to
# hold accumulated sub count of points in the circle.
self.h_acc = np.zeros(
self.threads_per_block * self.blocks, dtype=np.float32)
def process(self, element: Tuple[int, int]):
from numba import cuda
from numba.cuda.random import create_xoroshiro128p_states
from numba.cuda.random import xoroshiro128p_uniform_float32
@cuda.jit
def gpu_monte_carlo_pi_sampler(rng_states, sub_sample_size, acc):
"""Uses GPU to sample random values and accumulates the sub count
of values within a circle of radius 1.
"""
pos = cuda.grid(1)
if pos < acc.shape[0]:
sub_acc = 0
for i in range(sub_sample_size):
x = xoroshiro128p_uniform_float32(rng_states, pos)
y = xoroshiro128p_uniform_float32(rng_states, pos)
if (x * x + y * y) <= 1.0:
sub_acc += 1
acc[pos] = sub_acc
rng_seed, sample_size = element
d_acc = cuda.to_device(self.h_acc)
sample_size_per_thread = sample_size // self.h_acc.shape[0]
rng_states = create_xoroshiro128p_states(self.h_acc.shape[0], seed=rng_seed)
gpu_monte_carlo_pi_sampler[self.blocks, self.threads_per_block](
rng_states, sample_size_per_thread, d_acc)
yield d_acc.copy_to_host()
Das folgende Bild zeigt das Notebook, das auf einer GPU ausgeführt wird:
Weitere Details finden Sie im Beispiel-Notebook GPUs mit Apache Beam verwenden.
Einen benutzerdefinierten Container erstellen
Wenn für Ihre Pipeline in den meisten Fällen keine zusätzlichen Python-Abhängigkeiten oder ausführbaren Dateien erforderlich sind, kann Apache Beam automatisch seine offiziellen Container-Images verwenden, um Ihren benutzerdefinierten Code auszuführen. Diese Images enthalten viele gängige Python-Module, die Sie nicht erstellen oder explizit angeben müssen.
In einigen Fällen haben Sie möglicherweise zusätzliche Python-Abhängigkeiten oder sogar Nicht-Python-Abhängigkeiten. In diesen Szenarien können Sie einen benutzerdefinierten Container erstellen und zur Ausführung dem Flink-Cluster zur Verfügung stellen. Die folgende Liste enthält die Vorteile der Verwendung eines benutzerdefinierten Containers:
- Schnellere Einrichtung für aufeinanderfolgende und interaktive Ausführungen
- Stabile Konfigurationen und Abhängigkeiten
- Mehr Flexibilität: Sie können mehr als Python-Abhängigkeiten einrichten
Der Container-Build-Prozess kann mühsam sein, aber Sie können alles gemäß dem folgenden Nutzungsmuster im Notebook tun.
Lokalen Arbeitsbereich erstellen
Erstellen Sie zuerst ein lokales Arbeitsverzeichnis im Jupyter-Home-Verzeichnis.
!mkdir -p /home/jupyter/.flink
Python-Abhängigkeiten vorbereiten
Installieren Sie als Nächstes alle zusätzlichen Python-Abhängigkeiten, die Sie möglicherweise verwenden, und exportieren Sie sie in eine Datei mit Anforderungen.
%pip install dep_a
%pip install dep_b
...
Sie können explizit eine Datei mit Anforderungen mit dem magischen %%writefile-Befehl für Notebooks erstellen.
%%writefile /home/jupyter/.flink/requirements.txt
dep_a
dep_b
...
Alternativ können Sie alle lokalen Abhängigkeiten in einer Datei mit Anforderungen einfrieren. Diese Option kann unbeabsichtigte Abhängigkeiten verursachen.
%pip freeze > /home/jupyter/.flink/requirements.txt
Nicht-Python-Abhängigkeiten vorbereiten
Kopieren Sie alle Nicht-Python-Abhängigkeiten in den Arbeitsbereich. Wenn Sie keine Nicht-Python-Abhängigkeiten haben, überspringen Sie diesen Schritt.
!cp /path/to/your-dep /home/jupyter/.flink/your-dep
...
Dockerfile erstellen
Erstellen Sie ein Dockerfile mit dem %%writefile-Notebook-Magic. Beispiel:
%%writefile /home/jupyter/.flink/Dockerfile
FROM apache/beam_python3.7_sdk:2.40.0
COPY requirements.txt /tmp/requirements.txt
COPY your_dep /tmp/your_dep
...
RUN python -m pip install -r /tmp/requirements.txt
Im Beispielcontainer wird das Image des Apache Beam SDK Version 2.40.0
mit Python 3.7 als Basis verwendet,
eine your_dep-Datei hinzugefügt und die zusätzlichen Python-Abhängigkeiten installiert.
Verwenden Sie dieses Dockerfile als Vorlage und passen Sie es an Ihren Anwendungsfall an.
Wenn Sie in Ihren Apache Beam-Pipelines auf Abhängigkeiten verweisen, die nicht Python sind, verwenden Sie deren COPY-Ziele. /tmp/your_dep ist beispielsweise der Pfad der Datei your_dep.
Mit Cloud Build ein Container-Image in Artifact Registry erstellen
Aktivieren Sie die Cloud Build- und Artifact Registry-Dienste, falls sie noch nicht aktiviert sind.
!gcloud services enable cloudbuild.googleapis.com !gcloud services enable artifactregistry.googleapis.comErstellen Sie ein Artifact Registry-Repository, damit Sie Artefakte hochladen können. Jedes Repository kann Artefakte für ein einzelnes unterstütztes Format enthalten.
Alle Repository-Inhalte werden entweder mit Google-owned and Google-managed encryption keys oder mit vom Kunden verwalteten Verschlüsselungsschlüsseln verschlüsselt. Artifact Registry verwendet standardmäßigGoogle-owned and Google-managed encryption keys . Dafür ist keine Konfiguration erforderlich.
Sie müssen für das Repository mindestens Zugriff als Artifact Registry-Autor haben.
Führen Sie den folgenden Befehl aus, um ein neues Repository zu erstellen: Der Befehl verwendet das Flag
--asyncund kehrt sofort zurück, ohne auf den Abschluss des Vorgangs zu warten.gcloud artifacts repositories create REPOSITORY \ --repository-format=docker \ --location=LOCATION \ --asyncErsetzen Sie die folgenden Werte:
- REPOSITORY ist ein Name für Ihr Repository. Repository-Namen können für jeden Repository-Speicherort in einem Projekt nur einmal vorkommen.
- LOCATION: der Speicherort für Ihr Repository.
Um Images per Push oder Pull übertragen zu können, konfigurieren Sie Docker für die Authentifizierung von Anfragen für Artifact Registry. Führen Sie den folgenden Befehl aus, um die Authentifizierung bei Docker-Repositories einzurichten:
gcloud auth configure-docker LOCATION-docker.pkg.devDurch den Befehl wird die Docker-Konfiguration aktualisiert. Sie können jetzt eine Verbindung zu Artifact Registry in Ihrem Google Cloud -Projekt herstellen, um Images per Push zu übertragen.
Mit Cloud Build das Container-Image erstellen und in Artifact Registry speichern.
!cd /home/jupyter/.flink \ && gcloud builds submit \ --tag LOCATION.pkg.dev/PROJECT_ID/REPOSITORY/flink:latest \ --timeout=20mErsetzen Sie dabei
PROJECT_IDdurch die Projekt-ID Ihres Zielprojekts.
Benutzerdefinierte Container verwenden
Je nach Runner können Sie benutzerdefinierte Container für verschiedene Zwecke verwenden.
Allgemeine Informationen zur Verwendung von Apache Beam-Containern finden Sie unter:
Informationen zur Verwendung von Dataflow-Containern finden Sie unter:
Externe IP-Adressen deaktivieren
Deaktivieren Sie beim Erstellen einer Apache Beam-Notebookinstanz externe IP-Adressen, um die Sicherheit zu erhöhen. Da Notebook-Instanzen einige öffentliche Internetressourcen wie Artifact Registry herunterladen müssen, müssen Sie zuerst ein neues VPC-Netzwerk ohne externe IP-Adresse erstellen. Erstellen Sie dann ein Cloud NAT-Gateway für dieses VPC-Netzwerk. Weitere Informationen zu Cloud NAT finden Sie in der Cloud NAT-Dokumentation. Verwenden Sie das VPC-Netzwerk und das Cloud NAT-Gateway, um auf die erforderlichen öffentlichen Internetressourcen zuzugreifen, ohne externe IP-Adressen zu aktivieren.