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Implementación de modelos de MLflow en implementaciones por lotes en Azure Machine Learning

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SE APLICA A:Extensión ML de la CLI de Azure v2 (actual)SDK de Python azure-ai-ml v2 (actual)

En este artículo se describe cómo implementar modelos de MLflow en Azure Machine Learning para la inferencia por lotes mediante puntos de conexión por lotes. Al implementar modelos de MLflow en puntos de conexión por lotes, Azure Machine Learning completa las siguientes tareas:

  • Proporciona una imagen base de MLflow o un entorno mantenido que contiene las dependencias necesarias para ejecutar un trabajo por lotes de Azure Machine Learning.
  • Crea automáticamente una canalización de trabajo por lotes con un script de puntuación que se puede usar para procesar los datos mediante la paralelización.

Para más información sobre los tipos de archivo de entrada admitidos y detalles sobre cómo funciona el modelo de MLflow, vea Consideraciones para la implementación con fines de inferencia por lotes.

Requisitos previos

  • Suscripción a Azure. Si no tiene una suscripción de Azure, cree una cuenta gratuita antes de empezar. Pruebe la versión gratuita o de pago de Azure Machine Learning.

  • Un área de trabajo de Azure Machine Learning. Para crear un área de trabajo, vea Administración de áreas de trabajo de Azure Machine Learning.

  • Asegúrese de que dispone de los siguientes permisos en el área de trabajo de Machine Learning:

    • Crear o administrar implementaciones y puntos de conexión por lotes: use los roles de propietario, colaborador o un rol personalizado que permita Microsoft.MachineLearningServices/workspaces/batchEndpoints/*.
    • Creación de implementaciones de Azure Resource Manager en el grupo de recursos del área de trabajo: use un rol de propietario, colaborador o personalizado que permita Microsoft.Resources/deployments/write en el grupo de recursos donde se implementa el área de trabajo.

  • Instale el siguiente software para trabajar con Machine Learning:

    Ejecute el siguiente comando para instalar la CLI de Azure y la extensión ml para Azure Machine Learning:

    az extension add -n ml

    Las implementaciones de componentes de canalización para puntos de conexión por lotes se introdujeron en la versión 2.7 de la extensión ml para la CLI de Azure. Use el comando az extension update --name ml para obtener la versión más reciente.

Conexión con su área de trabajo

El área de trabajo es el recurso de nivel superior de Machine Learning. Proporciona un lugar centralizado para trabajar con todos los artefactos que cree al usar Machine Learning. En esta sección, se conectará al área de trabajo donde realizará las tareas de implementación.

En el siguiente comando, escriba los valores de id. de suscripción, área de trabajo, ubicación y grupo de recursos:

az account set --subscription <subscription>
az configure --defaults workspace=<workspace> group=<resource-group> location=<location>

Exploración del ejemplo

En el ejemplo de este artículo se muestra cómo implementar un modelo de MLflow en un punto de conexión por lotes para realizar predicciones por lotes. El modelo de MLflow se basa en el conjunto de datos sobre enfermedades cardiacas de la UCI. La base de datos contiene 76 atributos, pero en el ejemplo solo se usa un subconjunto de 14. El modelo intenta predecir la presencia de enfermedades cardíacas en un paciente con un valor entero de 0 (sin presencia) a 1 (presencia).

El modelo se entrena mediante un clasificadorXGBBoost. Todo el preprocesamiento necesario se empaqueta como una canalización de scikit-learn, lo que convierte al modelo en una canalización de un extremo a otro que va desde los datos sin procesar a las predicciones.

El ejemplo de este artículo se basa en ejemplos de código incluidos en el repositorio azureml-examples. Para ejecutar los comandos de forma local sin tener que copiar/pegar YAML y otros archivos, primero clona el repositorio y luego cambia los directorios a la carpeta:

git clone https://github.com/Azure/azureml-examples --depth 1
cd azureml-examples/cli

Los archivos de este ejemplo se encuentran en la siguiente carpeta:

cd endpoints/batch/deploy-models/heart-classifier-mlflow

Siga estos pasos en Jupyter Notebooks

Puede seguir este ejemplo mediante un cuaderno público de Jupyter Notebook. En el repositorio clonado, abra el cuaderno mlflow-for-batch-tabular.ipynb.

Implementación del modelo de MLflow

En esta sección, implementará un modelo de MLflow en un punto de conexión por lotes para que pueda ejecutar la inferencia por lotes en datos nuevos. Antes de avanzar con la implementación, debe asegurarse de que el modelo está registrado y que hay un clúster de proceso disponible en el área de trabajo.

Registro del modelo

Los puntos de conexión por lotes solo pueden implementar modelos registrados. En este artículo, usará una copia local del modelo en el repositorio. Como resultado, solo tiene que publicar el modelo en el registro en el área de trabajo.

Nota:

Si el modelo que va a implementar ya está registrado, puede continuar con la sección Creación del clúster de proceso.

Para registrar el modelo, ejecute el comando siguiente:

MODEL_NAME='heart-classifier-mlflow'
az ml model create --name $MODEL_NAME --type "mlflow_model" --path "model"

Creación de un clúster de proceso

Debe asegurarse de que las implementaciones por lotes se pueden ejecutar en alguna infraestructura disponible (proceso). Las implementaciones por lotes se pueden ejecutar en cualquier proceso de Machine Learning que ya exista en el área de trabajo. Varias implementaciones por lotes pueden compartir la misma infraestructura de proceso.

En este artículo, trabajará en un clúster de proceso de Machine Learning denominado cpu-cluster. En el ejemplo siguiente se comprueba que existe un proceso en el área de trabajo o se crea uno.

Cree un clúster de proceso:

az ml compute create -n batch-cluster --type amlcompute --min-instances 0 --max-instances 5

Creación del punto de conexión por lotes

Para crear un punto de conexión, necesita un nombre y una descripción. El nombre del punto de conexión aparece en el URI asociado al punto de conexión, por lo que debe ser único dentro de una región de Azure. Por ejemplo, solo puede haber un punto de conexión por lotes con el nombre mybatchendpoint en la región WestUS2.

  1. Coloque el nombre del punto de conexión en una variable para facilitar la referencia más adelante:

    Ejecute el siguiente comando:

    ENDPOINT_NAME="heart-classifier"

  2. Creación del punto de conexión:

    1. Para crear un punto de conexión, cree una configuración de YAML como la del código siguiente:

      endpoint.yml

      $schema: https://azuremlschemas.azureedge.net/latest/batchEndpoint.schema.json
name: heart-classifier-batch
description: A heart condition classifier for batch inference
auth_mode: aad_token

    2. Cree el punto de conexión con el siguiente comando:

      az ml batch-endpoint create -n $ENDPOINT_NAME -f endpoint.yml

Creación de la implementación por lotes

En los modelos de MLflow no es necesario que indique un entorno o un script de puntuación al crear la implementación. El entorno o el script de puntuación se crean automáticamente. Pero puede especificarlos si quiere personalizar cómo la implementación realiza la inferencia.

  1. Para crear una implementación en el punto de conexión creado, cree una configuración de YAML como la que se muestra en el código siguiente. Puede comprobar el esquema YAML del punto de conexión por lotes completo para obtener más propiedades.

    deployment-simple/deployment.yml

    $schema: https://azuremlschemas.azureedge.net/latest/modelBatchDeployment.schema.json
endpoint_name: heart-classifier-batch
name: classifier-xgboost-mlflow
description: A heart condition classifier based on XGBoost
type: model
model: azureml:heart-classifier-mlflow@latest
compute: azureml:batch-cluster
resources:
  instance_count: 2
settings:
  max_concurrency_per_instance: 2
  mini_batch_size: 2
  output_action: append_row
  output_file_name: predictions.csv
  retry_settings:
    max_retries: 3
    timeout: 300
  error_threshold: -1
  logging_level: info

  2. Cree la implementación con el siguiente comando:

    az ml batch-deployment create --file deployment-simple/deployment.yml --endpoint-name $ENDPOINT_NAME --set-default

Importante

Configure el valor timeout en la implementación en función del tiempo que tarde el modelo en ejecutar la inferencia en un único lote. Cuanto mayor sea el tamaño del lote, más tiempo tendrá el valor timeout. Recuerde que el valor mini_batch_size indica el número de archivos de un lote y no el número de muestras. Al trabajar con datos tabulares, cada archivo puede contener varias filas, lo que aumenta el tiempo necesario para que el punto de conexión por lotes procese cada archivo. En esos casos, use valores timeout altos para evitar errores de tiempo de espera.

Invocar el punto de conexión

Aunque puede invocar una implementación específica dentro de un punto de conexión, es habitual invocar el propio punto de conexión y dejar que este decida qué implementación se va a usar. Este tipo de implementación se denomina implementación "predeterminada". Este enfoque le permite cambiar la implementación predeterminada, lo que posibilidad cambiar el modelo que atiende la implementación sin cambiar el contrato con el usuario que invoca el punto de conexión.

Use la instrucción siguiente para actualizar la implementación predeterminada:

DEPLOYMENT_NAME="classifier-xgboost-mlflow"
az ml batch-endpoint update --name $ENDPOINT_NAME --set defaults.deployment_name=$DEPLOYMENT_NAME

El punto de conexión por lotes ya está listo para su uso.

Prueba de la implementación

Para probar el punto de conexión, use un ejemplo de datos sin etiquetar ubicados en este repositorio que se puedan usar con el modelo. Los puntos de conexión por lotes solo pueden procesar los datos que se encuentran en la nube y que son accesibles desde el área de trabajo de Machine Learning. En este ejemplo, el ejemplo se carga en un almacén de datos de Machine Learning. Debe crear un recurso de datos que se pueda usar a fin de invocar el punto de conexión para la puntuación. Tenga en cuenta que los puntos de conexión por lotes aceptan datos que se pueden colocar en varias ubicaciones.

  1. Primero, cree el recurso de datos. Este recurso de datos consta de una carpeta con varios archivos CSV que se quieren procesar en paralelo mediante puntos de conexión por lotes. Puede omitir este paso si los datos ya están registrados como un recurso de datos o quiere usar otro tipo de entrada.

    1. Cree una definición de recurso de datos en YAML:

      heart-dataset-unlabeled.yml

      $schema: https://azuremlschemas.azureedge.net/latest/data.schema.json
name: heart-dataset-unlabeled
description: An unlabeled dataset for heart classification.
type: uri_folder
path: data

    2. Cree el recurso de datos:

      az ml data create -f heart-dataset-unlabeled.yml

  2. Después de cargar los datos, invoque el punto de conexión.

    Sugerencia

    En los siguientes comandos, observe que el nombre de implementación no se indica en la operación invoke. El punto de conexión enruta automáticamente el trabajo a la implementación predeterminada porque el punto de conexión solo tiene una. Puede tener como destino una implementación específica si indica el argumento o parámetro deployment_name.

    Ejecute el comando siguiente:

    JOB_NAME = $(az ml batch-endpoint invoke --name $ENDPOINT_NAME --input azureml:heart-dataset-unlabeled@latest --query name -o tsv)

    Nota:

    Es posible que la utilidad jq no esté instalada en todas las instalaciones. Para obtener las instrucciones de instalación, consulte Descarga de jq.

  3. Se inicia un trabajo por lotes tan pronto como el comando vuelve. Puede supervisar el estado del trabajo hasta que finalice:

    Ejecute el siguiente comando:

    az ml job show -n $JOB_NAME --web

Análisis de salidas

Las predicciones de salida se generan en el archivo predictions.csv, como se indica en la configuración de implementación. El trabajo genera una salida denominada score donde se coloca este archivo. Solo se genera un archivo por trabajo por lotes.

El archivo tiene la estructura siguiente:

  • Al modelo se envía una fila por cada punto de datos. Para los datos tabulares, el archivo predictions.csv contiene una fila para cada fila presente en cada uno de los archivos procesados. Para otros tipos de datos (imágenes, audio, texto), hay una fila por cada archivo procesado.

  • Las columnas siguientes están en el archivo (en el orden especificado):

    • row (opcional): el índice de fila correspondiente en el archivo de datos de entrada. Esta columna solo se aplica si los datos de entrada son tabulares. Las predicciones se devuelven en el mismo orden en que aparecen en el archivo de entrada. Puede usar el número de fila para comparar con la predicción correspondiente.

    • prediction: la predicción asociada a los datos de entrada. Este valor se devuelve "tal cual" ha sido proporcionado por la función predict(). del modelo.

    • file_name: el nombre de archivo desde el que se leen los datos. En datos tabulares, use este campo para determinar qué predicción pertenece a cada dato de entrada.

Puede descargar los resultados del trabajo con el nombre del trabajo.

Use los siguientes comandos para descargar las predicciones:

az ml job download --name $JOB_NAME --output-name score --download-path ./

Después de descargar el archivo, puede abrirlo con la herramienta de edición que prefiera. En el ejemplo siguiente se cargan las predicciones mediante un elemento DataFrame Pandas.

import pandas as pd

score = pd.read_csv(
    "named-outputs/score/predictions.csv", names=["row", "prediction", "file"]
)

En la salida se muestra una tabla:

Row Predicción Archivo
0 0 heart-unlabeled-0.csv
1 1 heart-unlabeled-0.csv
2 0 heart-unlabeled-0.csv
... ... ...
307 0 heart-unlabeled-3.csv

Sugerencia

Observe que en este ejemplo, los datos de entrada contienen datos tabulares en formato CSV. Hay cuatro archivos de entrada diferentes: heart-unlabeled-0.csv, heart-unlabeled-1.csv, heart-unlabeled-2.csv y heart-unlabeled-3.csv.

Revisión de consideraciones para la inferencia por lotes

Machine Learning admite la implementación de modelos de MLflow en puntos de conexión por lotes sin tener que indicar un script de puntuación. Este enfoque es una manera cómoda de implementar modelos que necesitan procesar grandes cantidades de datos, como en el procesamiento por lotes. Machine Learning usa información en la especificación del modelo de MLflow para orquestar el proceso de inferencia.

Exploración de la distribución del trabajo en los trabajadores

Los puntos de conexión por lotes distribuyen el trabajo en el nivel de archivo tanto para los datos estructurados como para los no estructurados. Como consecuencia, solo se admiten archivos de URI y carpetas de URI para esta característica. Cada trabajo procesa lotes con el número de archivos que indica Mini batch size. En el caso de los datos tabulares, los puntos de conexión por lotes no tienen en cuenta el número de filas que hay dentro de cada archivo al distribuir el trabajo.

Advertencia

Las estructuras de carpetas anidadas no se exploran durante la inferencia. Si crea particiones de los datos mediante carpetas, asegúrese de aplanar la estructura antes de continuar.

Las implementaciones por lotes llamarán a la función predict del modelo de MLflow una vez por archivo. Par los archivos .csv con varias filas, esta acción puede imponer una presión de memoria en el proceso subyacente. El comportamiento puede aumentar el tiempo que tarda el modelo en puntuar un solo archivo, especialmente para modelos costosos como los modelos de lenguaje grande. Si encuentra varias excepciones de memoria insuficiente o entradas de tiempo de espera en los registros, considere la posibilidad de dividir los datos en archivos más pequeños con menos filas o de implementar el procesamiento por lotes en el nivel de fila dentro del script de puntuación o modelo.

Revisión de la compatibilidad con los tipos de archivo

Los siguientes tipos de datos se admiten para la inferencia por lotes al implementar modelos de MLflow sin un entorno o un script de puntuación. Para procesar otro tipo de archivo, o bien ejecutar la inferencia de forma diferente, puede crear la implementación si personaliza la implementación del modelo de MLflow con un script de puntuación.

Extensión de archivo Tipo devuelto como entrada del modelo Requisito de firma
.csv, .parquet, .pqt pd.DataFrame ColSpec. Si no se proporciona, no se aplican los tipos de columna.
.png, .jpg, .jpeg, .tiff, .bmp, .gif np.ndarray TensorSpec. La entrada se vuelve a configurar para que coincida con la forma de los tensores, si está disponible. Si no hay ninguna firma disponible, se infieren tensores de tipo np.uint8. Para más información, vea Consideraciones sobre el procesamiento de imágenes de modelos de MLflow.

Advertencia

Cualquier archivo no admitido que pueda estar presente en los datos de entrada hace que se produzca un error en el trabajo. En esos casos, puede ver un error como ERROR:azureml:Error al procesar el archivo de entrada: "/mnt/batch/tasks/.../un-archivo-dado.avro". No se admite el tipo de archivo "avro"..

Descripción del cumplimiento de firmas para modelos de MLflow

Los trabajos de implementación por lotes aplican los tipos de datos de la entrada mientras se leen los datos mediante la firma del modelo de MLflow disponible. Como resultado, la entrada de datos cumple los tipos indicados en la firma del modelo. Si los datos no se pueden analizar según lo previsto, se produce un error similar a ERROR:azureml:Error al procesar el archivo de entrada: "/mnt/batch/tasks/.../un-archivo-dado.csv". Excepción: literal no válido para int() con base 10: "valor".

Sugerencia

Las firmas en los modelos de MLflow son opcionales, pero se recomiendan encarecidamente. Proporcionan una manera cómoda de detectar tempranamente los problemas de compatibilidad de datos. Para obtener más información sobre cómo registrar modelos con firmas, consulte Registro de modelos con una firma personalizada, un entorno o ejemplos.

Puede inspeccionar la firma del modelo abriendo el archivo de MLmodel asociado al modelo de MLflow. Para más información sobre cómo funcionan las firmas en MLflow, vea Firmas en MLflow.

Examen de la compatibilidad con variantes

Las implementaciones por lotes solo admiten la implementación de modelos de MLflow con una variante pyfunc. Para implementar otra variante, vea Personalización de la implementación de modelos con script de puntuación.

Personalización de la implementación de modelos con script de puntuación

Los modelos de MLflow se pueden implementar en puntos de conexión por lotes sin indicar un script de puntuación en la definición de implementación. Pero puede optar por indicar este archivo (normalmente denominado controlador por lotes) para personalizar la ejecución de la inferencia.

Normalmente, este flujo de trabajo se selecciona para los escenarios siguientes:

  • Procesar tipos de archivo no compatibles con las implementaciones por lotes de implementaciones de MLflow.
  • Personalizar cómo se ejecuta el modelo, como usar un tipo específico para cargarlo con la función mlflow.<flavor>.load().
  • Completar el procesamiento previo o posterior en la rutina de puntuación, cuando no la completa el propio modelo.
  • Ajustar la presentación de un modelo que no se representa correctamente con datos tabulares, como un gráfico de tensor que representa una imagen.
  • Permitir que el modelo lea datos en fragmentos porque no puede procesar cada archivo a la vez debido a restricciones de memoria.

Importante

A fin de indicar un script de puntuación para una implementación de modelo de MLflow, debe especificar el entorno en el que se ejecuta la implementación.

Uso del script de puntuación

Siga estos pasos para implementar un modelo de MLflow con un script de puntuación personalizado:

  1. Identifique la carpeta donde se coloca el modelo de MLflow.

    1. En el portal de Azure Machine Learning, vaya a Modelos.

    2. Seleccione el modelo que va implementar y después la pestaña Artefactos.

    3. Anote la carpeta que se muestra. Esta carpeta se indicó cuando se registró el modelo.

      Recorte de pantalla en el que se muestra la carpeta donde se colocan los artefactos del modelo.

  2. Cree un script de puntuación. Observe cómo se incluye el nombre de carpeta anterior model en la función init().

    deployment-custom/code/batch_driver.py

    # Copyright (c) Microsoft. All rights reserved.
# Licensed under the MIT license.

import os
import glob
import mlflow
import pandas as pd
import logging


def init():
    global model
    global model_input_types
    global model_output_names

    # AZUREML_MODEL_DIR is an environment variable created during deployment
    # It is the path to the model folder
    # Please provide your model's folder name if there's one
    model_path = glob.glob(os.environ["AZUREML_MODEL_DIR"] + "/*/")[0]

    # Load the model, it's input types and output names
    model = mlflow.pyfunc.load(model_path)
    if model.metadata and model.metadata.signature:
        if model.metadata.signature.inputs:
            model_input_types = dict(
                zip(
                    model.metadata.signature.inputs.input_names(),
                    model.metadata.signature.inputs.pandas_types(),
                )
            )
        if model.metadata.signature.outputs:
            if model.metadata.signature.outputs.has_input_names():
                model_output_names = model.metadata.signature.outputs.input_names()
            elif len(model.metadata.signature.outputs.input_names()) == 1:
                model_output_names = ["prediction"]
    else:
        logging.warning(
            "Model doesn't contain a signature. Input data types won't be enforced."
        )


def run(mini_batch):
    print(f"run method start: {__file__}, run({len(mini_batch)} files)")

    data = pd.concat(
        map(
            lambda fp: pd.read_csv(fp).assign(filename=os.path.basename(fp)), mini_batch
        )
    )

    if model_input_types:
        data = data.astype(model_input_types)

    # Predict over the input data, minus the column filename which is not part of the model.
    pred = model.predict(data.drop("filename", axis=1))

    if pred is not pd.DataFrame:
        if not model_output_names:
            model_output_names = ["pred_col" + str(i) for i in range(pred.shape[1])]
        pred = pd.DataFrame(pred, columns=model_output_names)

    return pd.concat([data, pred], axis=1)

  3. Cree un entorno donde se pueda ejecutar el script de puntuación. Como en este ejemplo se trata de un modelo de MLflow, los requisitos de Conda también se especifican en el paquete del modelo. Para más información sobre los modelos de MLflow y los archivos incluidos, vea El formato MLmodel.

    En este paso, se crea el entorno con las dependencias de Conda del archivo. También debe incluir el paquete azureml-core, que es necesario para las implementaciones por lotes.

    Sugerencia

    Si el modelo ya está registrado en el registro de modelos, puede descargar y copiar el archivo conda.yml asociado al modelo. El archivo está disponible en Estudio de Azure Machine Learning en Modelos>Seleccione el modelo en la lista>Artefactos. En la carpeta raíz, seleccione el archivo conda.yml y, después, seleccione Descargar o copie su contenido.

    Importante

    En este ejemplo se usa un entorno de Conda que se especifica en /heart-classifier-mlflow/environment/conda.yaml. Este archivo se ha creado mediante la combinación del archivo de dependencias de Conda de MLflow original y la adición del paquete azureml-core. No puede usar el archivo conda.yml directamente desde el modelo.

    La definición de entorno se incluye en la propia definición de implementación como un entorno anónimo. Verá las líneas siguientes en la implementación:

    environment:
  name: batch-mlflow-xgboost
  image: mcr.microsoft.com/azureml/openmpi4.1.0-ubuntu20.04:latest
  conda_file: environment/conda.yaml

  4. Configurar la implementación:

    Para crear una implementación en el punto de conexión creado, cree una configuración de YAML como la que se muestra en el fragmento de código siguiente. Puede comprobar el esquema YAML del punto de conexión por lotes completo para obtener más propiedades.

    deployment-custom/deployment.yml

    $schema: https://azuremlschemas.azureedge.net/latest/modelBatchDeployment.schema.json
endpoint_name: heart-classifier-batch
name: classifier-xgboost-custom
description: A heart condition classifier based on XGBoost
type: model
model: azureml:heart-classifier-mlflow@latest
environment:
  name: batch-mlflow-xgboost
  image: mcr.microsoft.com/azureml/openmpi4.1.0-ubuntu20.04:latest
  conda_file: environment/conda.yaml
code_configuration:
  code: code
  scoring_script: batch_driver.py
compute: azureml:batch-cluster
resources:
  instance_count: 2
settings:
  max_concurrency_per_instance: 2
  mini_batch_size: 2
  output_action: append_row
  output_file_name: predictions.csv
  retry_settings:
    max_retries: 3
    timeout: 300
  error_threshold: -1
  logging_level: info

  5. Creación de la implementación:

    Ejecute el código siguiente:

    az ml batch-deployment create --file deployment-custom/deployment.yml --endpoint-name $ENDPOINT_NAME

El punto de conexión por lotes ya está listo para su uso.

Limpieza de recursos

Después de completar el ejercicio, elimine los recursos que ya no sean necesarios.

Ejecute el siguiente código para eliminar el punto de conexión por lotes y todas las implementaciones subyacentes:

az ml batch-endpoint delete --name $ENDPOINT_NAME --yes

Este comando no elimina los trabajos de puntuación por lotes.

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