במדריך הזה תיצרו צינור עיבוד נתונים שמשתמש במאגרי תמונות מותאמים אישית עם ספריות C++ כדי להריץ תהליך עבודה מקביל מאוד של Dataflow HPC. במדריך הזה מוסבר איך להשתמש ב-Dataflow וב-Apache Beam כדי להריץ אפליקציות של מחשוב רשתי שדורשות חלוקת נתונים לפונקציות שפועלות על ליבות רבות.
במדריך הזה נדגים איך להריץ את הפייפליין קודם באמצעות Direct Runner ואחר כך באמצעות Dataflow Runner. הפעלת צינור מקומית מאפשרת לבדוק את הצינור לפני הפריסה שלו.
בדוגמה הזו נעשה שימוש בקישורי Cython ובפונקציות מספריית GMP. לא משנה באיזו ספרייה או כלי לאיגוד אתם משתמשים, אתם יכולים להחיל את אותם העקרונות על צינור הנתונים שלכם.
קוד הדוגמה זמין ב-GitHub.
מטרות
יצירת צינור עיבוד נתונים שמשתמש בקונטיינרים מותאמים אישית עם ספריות C++.
יצירת קובץ אימג' של קונטיינר Docker באמצעות קובץ Docker.
אורזים את הקוד ואת יחסי התלות בקונטיינר Docker.
מריצים את הפייפליין באופן מקומי כדי לבדוק אותו.
הפעלת צינור הנתונים בסביבה מבוזרת.
עלויות
במסמך הזה משתמשים ברכיבים הבאים של Google Cloud, והשימוש בהם כרוך בתשלום:
- Artifact Registry
- Cloud Build
- Cloud Storage
- Compute Engine
- Dataflow
כדי להעריך את ההוצאות בהתאם לתחזית השימוש שלכם, אתם יכולים להיעזר במחשבון העלויות.
כשמסיימים את המשימות שמתוארות במסמך הזה אפשר למחוק את המשאבים שיצרתם כדי להימנע מחיובים נוספים. מידע נוסף זמין בקטע הסרת המשאבים.
לפני שמתחילים
- נכנסים לחשבון Google Cloud . אם אתם משתמשים חדשים ב- Google Cloud, צרו חשבון כדי שתוכלו להעריך את הביצועים של המוצרים שלנו בתרחישים מהעולם האמיתי. לקוחות חדשים מקבלים בחינם גם קרדיט בשווי 300$ להרצה, לבדיקה ולפריסה של עומסי העבודה.
-
התקינו את ה-CLI של Google Cloud.
-
אם אתם משתמשים בספק זהויות חיצוני (IdP), קודם אתם צריכים להיכנס ל-CLI של gcloud באמצעות המאגר המאוחד לניהול זהויות.
-
כדי לאתחל את ה-CLI של gcloud, הריצו את הפקודה הבאה:
gcloud init -
יוצרים או בוחרים Google Cloud פרויקט.
תפקידים שנדרשים כדי לבחור או ליצור פרויקט
- Select a project: כדי לבחור פרויקט לא צריך תפקיד IAM ספציפי – אפשר לבחור כל פרויקט שקיבלתם בו תפקיד.
-
יצירת פרויקט: כדי ליצור פרויקט, צריך את התפקיד Project Creator (יצירת פרויקטים) (
roles/resourcemanager.projectCreator), שכולל את ההרשאהresourcemanager.projects.create. איך מקצים תפקידים
-
יוצרים Google Cloud פרויקט:
gcloud projects create PROJECT_ID
מחליפים את
PROJECT_IDבשם של פרויקט Google Cloud שיוצרים. -
בוחרים את הפרויקט שיצרתם: Google Cloud
gcloud config set project PROJECT_ID
מחליפים את
PROJECT_IDבשם הפרויקט ב- Google Cloud .
מפעילים את ממשקי ה-API של Cloud Storage, Cloud Storage JSON, Compute Engine, Dataflow, Resource Manager, Artifact Registry ו-Cloud Build:
תפקידים שנדרשים להפעלת ממשקי API
כדי להפעיל ממשקי API, נדרשת ההרשאה
serviceusage.services.enable. אם יצרתם את הפרויקט, סביר להניח שכבר יש לכם את ההרשאה הזו דרך התפקיד 'בעלים' (roles/owner). אחרת, תוכלו לקבל את ההרשאה הזו דרך התפקיד 'אדמין של Service Usage' (roles/serviceusage.serviceUsageAdmin). איך מקצים תפקידיםgcloud services enable compute.googleapis.com
dataflow.googleapis.com storage_component storage_api cloudresourcemanager.googleapis.com artifactregistry.googleapis.com cloudbuild.googleapis.com -
יוצרים פרטי כניסה לאימות מקומי עבור חשבון המשתמש:
gcloud auth application-default login
אם מוחזרת שגיאת אימות ואתם משתמשים בספק זהויות חיצוני (IdP), ודאו ש נכנסתם ל-CLI של gcloud באמצעות המאגר המאוחד לניהול זהויות.
-
מעניקים תפקידים לחשבון המשתמש. מריצים את הפקודה הבאה לכל אחד מהתפקידים הבאים ב-IAM:
roles/iam.serviceAccountUsergcloud projects add-iam-policy-binding PROJECT_ID --member="user:USER_IDENTIFIER" --role=ROLE
מחליפים את מה שכתוב בשדות הבאים:
-
PROJECT_ID: מזהה הפרויקט. -
USER_IDENTIFIER: המזהה של חשבון המשתמש . לדוגמה,myemail@example.com. -
ROLE: תפקיד ה-IAM שאתם מקצים לחשבון המשתמש.
-
-
התקינו את ה-CLI של Google Cloud.
-
אם אתם משתמשים בספק זהויות חיצוני (IdP), קודם אתם צריכים להיכנס ל-CLI של gcloud באמצעות המאגר המאוחד לניהול זהויות.
-
כדי לאתחל את ה-CLI של gcloud, הריצו את הפקודה הבאה:
gcloud init -
יוצרים או בוחרים Google Cloud פרויקט.
תפקידים שנדרשים כדי לבחור או ליצור פרויקט
- Select a project: כדי לבחור פרויקט לא צריך תפקיד IAM ספציפי – אפשר לבחור כל פרויקט שקיבלתם בו תפקיד.
-
יצירת פרויקט: כדי ליצור פרויקט, צריך את התפקיד Project Creator (יצירת פרויקטים) (
roles/resourcemanager.projectCreator), שכולל את ההרשאהresourcemanager.projects.create. איך מקצים תפקידים
-
יוצרים Google Cloud פרויקט:
gcloud projects create PROJECT_ID
מחליפים את
PROJECT_IDבשם של פרויקט Google Cloud שיוצרים. -
בוחרים את הפרויקט שיצרתם: Google Cloud
gcloud config set project PROJECT_ID
מחליפים את
PROJECT_IDבשם הפרויקט ב- Google Cloud .
מפעילים את ממשקי ה-API של Cloud Storage, Cloud Storage JSON, Compute Engine, Dataflow, Resource Manager, Artifact Registry ו-Cloud Build:
תפקידים שנדרשים להפעלת ממשקי API
כדי להפעיל ממשקי API, נדרשת ההרשאה
serviceusage.services.enable. אם יצרתם את הפרויקט, סביר להניח שכבר יש לכם את ההרשאה הזו דרך התפקיד 'בעלים' (roles/owner). אחרת, תוכלו לקבל את ההרשאה הזו דרך התפקיד 'אדמין של Service Usage' (roles/serviceusage.serviceUsageAdmin). איך מקצים תפקידיםgcloud services enable compute.googleapis.com
dataflow.googleapis.com storage_component storage_api cloudresourcemanager.googleapis.com artifactregistry.googleapis.com cloudbuild.googleapis.com -
יוצרים פרטי כניסה לאימות מקומי עבור חשבון המשתמש:
gcloud auth application-default login
אם מוחזרת שגיאת אימות ואתם משתמשים בספק זהויות חיצוני (IdP), ודאו ש נכנסתם ל-CLI של gcloud באמצעות המאגר המאוחד לניהול זהויות.
-
מעניקים תפקידים לחשבון המשתמש. מריצים את הפקודה הבאה לכל אחד מהתפקידים הבאים ב-IAM:
roles/iam.serviceAccountUsergcloud projects add-iam-policy-binding PROJECT_ID --member="user:USER_IDENTIFIER" --role=ROLE
מחליפים את מה שכתוב בשדות הבאים:
-
PROJECT_ID: מזהה הפרויקט. -
USER_IDENTIFIER: המזהה של חשבון המשתמש . לדוגמה,myemail@example.com. -
ROLE: תפקיד ה-IAM שאתם מקצים לחשבון המשתמש.
-
יוצרים חשבון שירות של עובד שמנוהל על ידי משתמש עבור צינור עיבוד הנתונים החדש ומקצים לחשבון השירות את התפקידים הנדרשים.
כדי ליצור את חשבון השירות, מריצים את הפקודה
gcloud iam service-accounts create:gcloud iam service-accounts create parallelpipeline \ --description="Highly parallel pipeline worker service account" \ --display-name="Highly parallel data pipeline access"
נותנים לחשבון השירות תפקידים. מריצים את הפקודה הבאה לכל אחד מהתפקידים הבאים ב-IAM:
roles/dataflow.adminroles/dataflow.workerroles/storage.objectAdminroles/artifactregistry.reader
gcloud projects add-iam-policy-binding PROJECT_ID --member="serviceAccount:parallelpipeline@PROJECT_ID.iam.gserviceaccount.com" --role=SERVICE_ACCOUNT_ROLE
מחליפים את
SERVICE_ACCOUNT_ROLEבכל אחד מהתפקידים.נותנים לחשבון Google תפקיד שמאפשר ליצור אסימוני גישה לחשבון השירות:
gcloud iam service-accounts add-iam-policy-binding parallelpipeline@PROJECT_ID.iam.gserviceaccount.com --member="user:EMAIL_ADDRESS" --role=roles/iam.serviceAccountTokenCreator
הורדת הקוד לדוגמה ושינוי הספריות
מורידים את הקוד לדוגמה ואז משנים את הספריות. דוגמאות הקוד במאגר GitHub מספקות את כל הקוד שצריך כדי להפעיל את צינור העיבוד הזה. כשתהיו מוכנים לבנות צינור משלכם, תוכלו להשתמש בקוד לדוגמה הזה כתבנית.
משכפלים את מאגר הדוגמאות של Beam-CPP.
משתמשים בפקודה
git cloneכדי לשכפל את מאגר GitHub:git clone https://github.com/GoogleCloudPlatform/dataflow-sample-applications.gitעוברים לספריית האפליקציה:
cd dataflow-sample-applications/beam-cpp-example
קוד הפייפליין
אתם יכולים להתאים אישית את קוד צינור הנתונים מהמדריך הזה. צינור הנתונים הזה משלים את המשימות הבאות:
- יוצר באופן דינמי את כל המספרים השלמים בטווח קלט.
- הפונקציה מריצה את המספרים השלמים דרך פונקציית C++ ומסננת ערכים לא תקינים.
- כותבת את הערכים הלא תקינים לערוץ צדדי.
- סופר את המקרים של כל זמן עצירה ומנרמל את התוצאות.
- מדפיס את הפלט, מעצב את התוצאות וכותב אותן לקובץ טקסט.
- יוצרת
PCollectionעם רכיב יחיד. - מעבד את הרכיב היחיד באמצעות פונקציית
mapומעביר את התדירותPCollectionכקלט צדדי. - מעבד את
PCollectionומפיק פלט יחיד.
קובץ ההתחלה נראה כך:
הגדרת סביבת הפיתוח
משתמשים ב-Apache Beam SDK ל-Python.
מתקינים את ספריית GMP:
apt-get install libgmp3-devכדי להתקין את יחסי התלות, משתמשים בקובץ
requirements.txt.pip install -r requirements.txtכדי ליצור את הקישורים של Python, מריצים את הפקודה הבאה.
python setup.py build_ext --inplace
אתם יכולים להתאים אישית את קובץ requirements.txt מהמדריך הזה. קובץ ההתחלה
כולל את יחסי התלות הבאים:
הפעלת הפייפליין באופן מקומי
הרצת צינור עיבוד הנתונים באופן מקומי שימושית לבדיקה. הפעלת צינור עיבוד הנתונים באופן מקומי מאפשרת לוודא שהוא פועל ומתנהג כמצופה לפני שפורסים אותו בסביבה מבוזרת.
כדי להריץ את צינור העיבוד באופן מקומי, משתמשים בפקודה הבאה.
הפקודה הזו יוצרת תמונה בשם out.png.
python pipeline.py
יצירת Google Cloud המשאבים
בקטע הזה מוסבר איך ליצור את המשאבים הבאים:
- קטגוריה של Cloud Storage לשימוש כמיקום אחסון זמני ומיקום פלט.
- קונטיינר Docker לאריזת הקוד של צינור עיבוד הנתונים ויחסי התלות.
יצירת קטגוריה של Cloud Storage
מתחילים ביצירת קטגוריה של Cloud Storage באמצעות Google Cloud CLI. הבאקט הזה משמש כמיקום אחסון זמני על ידי צינור Dataflow.
כדי ליצור את הקטגוריה, משתמשים בפקודה gcloud storage buckets create:
gcloud storage buckets create gs://BUCKET_NAME --location=LOCATION
מחליפים את מה שכתוב בשדות הבאים:
- BUCKET_NAME: שם לקטגוריה של Cloud Storage שעומד בדרישות למתן שמות לקטגוריות. שמות של קטגוריות ב-Cloud Storage חייבים להיות ייחודיים באופן גלובלי.
- LOCATION: המיקום של הקטגוריה.
יצירה ובנייה של תמונת קונטיינר
אתם יכולים להתאים אישית את קובץ ה-Dockerfile מהמדריך הזה. קובץ ההתחלה נראה כך:
קובץ Docker הזה מכיל את הפקודות FROM, COPY ו-RUN, שאפשר לקרוא עליהן בהפניה לקובץ Docker.
כדי להעלות פריטי מידע שנוצרו בתהליך פיתוח (Artifact), צריך ליצור מאגר Artifact Registry. כל מאגר יכול להכיל פריטי מידע שנוצרו בתהליך פיתוח (Artifact) בפורמט נתמך אחד בלבד.
כל התוכן במאגר מוצפן באמצעות Google-owned and Google-managed encryption keys או מפתחות הצפנה שמנוהלים על ידי הלקוח. ב-Artifact Registry נעשה שימוש ב-Google-owned and Google-managed encryption keys כברירת מחדל, ולא נדרשת הגדרה לאפשרות הזו.
צריכה להיות לכם לפחות הרשאת כתיבה ב-Artifact Registry למאגר.
מריצים את הפקודה הבאה כדי ליצור מאגר חדש. הפקודה משתמשת בדגל
--asyncוחוזרת מיידית, בלי להמתין לסיום הפעולה.gcloud artifacts repositories create REPOSITORY \ --repository-format=docker \ --location=LOCATION \ --asyncמחליפים את
REPOSITORYבשם של המאגר. לכל מיקום של מאגר בפרויקט, שמות המאגרים צריכים להיות ייחודיים.יוצרים את קובץ Dockerfile.
כדי שחבילות יהיו חלק מהמאגר של Apache Beam, צריך לציין אותן כחלק מקובץ
requirements.txt. חשוב לוודא שלא מציינים אתapache-beamכחלק מקובץrequirements.txt. הקונטיינר של Apache Beam כבר כולל אתapache-beam.כדי לדחוף או לשלוף תמונות, צריך להגדיר את Docker לאימות בקשות ל-Artifact Registry. כדי להגדיר אימות למאגרי Docker, מריצים את הפקודה הבאה:
gcloud auth configure-docker LOCATION-docker.pkg.devהפקודה מעדכנת את ההגדרה של Docker. מעכשיו אפשר להתחבר אל Artifact Registry בפרויקט Google Cloud כדי להעלות תמונות.
יוצרים את קובץ האימג' של Docker באמצעות
Dockerfileעם Cloud Build.מעדכנים את הנתיב בפקודה הבאה כך שיתאים לקובץ ה-Dockerfile שיצרתם. הפקודה הזו יוצרת את הקובץ ומעבירה אותו בדחיפה למאגר שלכם ב-Artifact Registry.
gcloud builds submit --tag LOCATION-docker.pkg.dev/PROJECT_ID/REPOSITORY/dataflow/cpp_beam_container:latest .
אריזת הקוד והתלויות בקונטיינר של Docker
כדי להריץ את צינור העיבוד הזה בסביבה מבוזרת, צריך לארוז את הקוד ואת התלות בקונטיינר של Docker.
docker build . -t cpp_beam_containerאחרי שאורזים את הקוד ואת התלות, אפשר להריץ את צינור הנתונים באופן מקומי כדי לבדוק אותו.
python pipeline.py \ --runner=PortableRunner \ --job_endpoint=embed \ --environment_type=DOCKER \ --environment_config="docker.io/library/cpp_beam_container"הפקודה הזו כותבת את הפלט בתוך תמונת Docker. כדי לראות את הפלט, מריצים את צינור העיבוד עם
--outputוכותבים את הפלט לקטגוריית אחסון ב-Cloud Storage. לדוגמה, מריצים את הפקודה הבאה.python pipeline.py \ --runner=PortableRunner \ --job_endpoint=embed \ --environment_type=DOCKER \ --environment_config="docker.io/library/cpp_beam_container" \ --output=gs://BUCKET_NAME/out.png
הרצת צינור עיבוד הנתונים
עכשיו אפשר להריץ את צינור עיבוד הנתונים של Apache Beam ב-Dataflow. לשם כך, צריך להפנות לקובץ עם קוד צינור עיבוד הנתונים ולהעביר את הפרמטרים שנדרשים לצינור עיבוד הנתונים.
במעטפת או בטרמינל, מריצים את צינור עיבוד הנתונים באמצעות Dataflow Runner.
python pipeline.py \
--runner=DataflowRunner \
--project=PROJECT_ID \
--region=REGION \
--temp_location=gs://BUCKET_NAME/tmp \
--sdk_container_image="LOCATION-docker.pkg.dev/PROJECT_ID/REPOSITORY/dataflow/cpp_beam_container:latest" \
--experiment=use_runner_v2 \
--output=gs://BUCKET_NAME/out.png
אחרי שמריצים את הפקודה להפעלת צינור הנתונים, Dataflow מחזיר מזהה משימה עם סטטוס המשימה Queued (בהמתנה). יכול להיות שיעברו כמה דקות עד שהסטטוס של העבודה יהיה Running ותהיה לכם גישה לתרשים העבודה.
צפייה בתוצאות
הצגת נתונים שנכתבו לקטגוריה ב-Cloud Storage. משתמשים בפקודה gcloud storage ls כדי להציג את התוכן ברמה העליונה של הקטגוריה:
gcloud storage ls gs://BUCKET_NAME
אם הפקודה מסתיימת בלי שגיאות, היא מחזירה הודעה שדומה לזו:
gs://BUCKET_NAME/out.png
הסרת המשאבים
כדי להימנע מחיובים בחשבון Google Cloud בגלל השימוש במשאבים שנעשה במסגרת המדריך הזה, אפשר למחוק את הפרויקט שמכיל את המשאבים, או להשאיר את הפרויקט ולמחוק את המשאבים בנפרד.
מחיקת הפרויקט
הדרך הקלה ביותר לבטל את החיוב היא למחוק את Google Cloud הפרויקט שיצרתם בשביל המדריך.
- במסוף Google Cloud , נכנסים לדף Manage resources.
- ברשימת הפרויקטים, בוחרים את הפרויקט שרוצים למחוק ולוחצים על Delete.
- כדי למחוק את הפרויקט, כותבים את מזהה הפרויקט בתיבת הדו-שיח ולוחצים על Shut down.
מחיקת המשאבים הבודדים
אם רוצים להשתמש שוב בפרויקט, צריך למחוק את המשאבים שיצרתם בשביל המדריך.
מחיקת משאבי הפרויקט Google Cloud
מחיקת מאגר Artifact Registry.
gcloud artifacts repositories delete REPOSITORY \ --location=LOCATION --asyncמוחקים את הקטגוריה של Cloud Storage ואת האובייקטים שבה. השימוש בדלי הזה לבדו לא כרוך בחיובים.
gcloud storage rm gs://BUCKET_NAME --recursive
ביטול פרטי כניסה
מבטלים את התפקידים שהוקצו לחשבון השירות של העובד (worker) שמנוהל על ידי משתמש. מריצים את הפקודה הבאה לכל אחד מהתפקידים הבאים ב-IAM:
roles/dataflow.adminroles/dataflow.workerroles/storage.objectAdminroles/artifactregistry.reader
gcloud projects remove-iam-policy-binding PROJECT_ID \ --member=serviceAccount:parallelpipeline@PROJECT_ID.iam.gserviceaccount.com \ --role=SERVICE_ACCOUNT_ROLE
-
אם תרצו, תוכלו לבטל את פרטי הכניסה שיצרתם ולמחוק את הקובץ המקומי של פרטי הכניסה.
gcloud auth application-default revoke
-
אם רוצים, מבטלים את פרטי הכניסה של ה-CLI של gcloud.
gcloud auth revoke
המאמרים הבאים
- אפשר לראות את האפליקציה לדוגמה ב-GitHub.
- שימוש בקונטיינרים מותאמים אישית ב-Dataflow.
- מידע נוסף על שימוש בסביבות של קונטיינרים עם Apache Beam
- כדאי להעמיק את הקריאה ולהכיר דוגמאות לארכיטקטורות, תרשימים ושיטות מומלצות בנושאי Google Cloud. כל אלה זמינים במרכז הארכיטקטורה של Cloud.