Azure AI服务迁移AKS容器化部署
【摘要】 在现代软件开发中,数据存储与管理是最为核心的部分之一。几乎所有的应用程序都需要通过数据库来存储和检索数据,而在 Python 中与数据库进行交互,最常用的方式就是通过数据库驱动程序(Database Drivers)。Python 提供了多种与数据库进行交互的驱动程序,涵盖了从关系型数据库(如 MySQL、PostgreSQL)到非关系型数据库(如 MongoDB、Redis)的各种需求。本...
为什么选择AKS作为AI服务载体
Azure Kubernetes Service(AKS)作为微软云原生的托管Kubernetes服务,为AI工作负载提供以下关键优势:
- 弹性伸缩能力:支持根据GPU/CPU利用率自动扩展Pod副本
- 异构计算支持:可配置GPU节点池运行深度学习推理
- 服务网格集成:原生支持Istio实现细粒度流量管理
- 成本优化:Spot节点池可降低70%计算成本
- 安全合规:内置Azure AD集成与密钥管理系统
迁移准备阶段
环境预配置
# 安装必要工具链
az extension add --name aks-preview
az feature register --name EnableGPUDedicatedVHD --namespace Microsoft.ContainerService
helm repo add azure-marketplace https://marketplace.azurecr.io/helm/v1/repo
# 创建带GPU支持的AKS集群
az aks create \
--resource-group ai-prod-rg \
--name ai-cluster \
--node-count 3 \
--node-vm-size Standard_NC6s_v3 \
--enable-cluster-autoscaler \
--min-count 1 \
--max-count 10 \
--attach-acr ai-registry
容器化改造要点
典型AI服务Dockerfile示例:
FROM nvidia/cuda:11.8.0-base-ubuntu22.04
# 安装Python依赖
RUN apt-get update && \
apt-get install -y python3.9 python3-pip libgl1
# 配置模型缓存目录
ENV TRANSFORMERS_CACHE=/app/model_cache
RUN mkdir -p $TRANSFORMERS_CACHE
# 安装业务依赖
COPY requirements.txt .
RUN pip install -r requirements.txt --no-cache-dir
# 复制启动脚本
COPY serve.py /app/
COPY entrypoint.sh /
# 配置健康检查
HEALTHCHECK --interval=30s --timeout=5s \
CMD curl -f http://localhost:8080/health || exit 1
ENTRYPOINT ["/entrypoint.sh"]
AKS部署核心配置
Kubernetes部署清单
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: text-analyzer
spec:
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: nlp
template:
metadata:
labels:
app: nlp
ai-type: text-processing
spec:
nodeSelector:
accelerator: nvidia-tesla-v100
containers:
- name: analyzer
image: ai-registry.azurecr.io/text-analyzer:v2.1.3
resources:
limits:
nvidia.com/gpu: 1
memory: "8Gi"
requests:
cpu: "2"
memory: "4Gi"
envFrom:
- secretRef:
name: ai-secrets
volumeMounts:
- name: model-store
mountPath: /app/model_cache
volumes:
- name: model-store
persistentVolumeClaim:
claimName: model-pvc
---
apiVersion: autoscaling/v2
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
name: text-analyzer-hpa
spec:
scaleTargetRef:
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
name: text-analyzer
minReplicas: 2
maxReplicas: 10
metrics:
- type: Resource
resource:
name: cpu
target:
type: Utilization
averageUtilization: 70
网络流量管理
# 安装NGINX ingress控制器
helm upgrade --install ingress-nginx ingress-nginx \
--repo https://kubernetes.github.io/ingress-nginx \
--namespace ingress --create-namespace \
--set controller.service.annotations."service\.beta\.kubernetes\.io/azure-load-balancer-health-probe-request-path"=/healthz
# 配置证书管理
az aks update -n ai-cluster -g ai-prod-rg --attach-acr ai-registry
kubectl apply -f https://github.com/cert-manager/cert-manager/releases/download/v1.11.0/cert-manager.yaml
存储与数据持久化方案
- 高性能存储方案选择矩阵:
存储类型 |
IOPS |
延迟 |
适用场景 |
Azure Disk |
5000 |
<5ms |
模型缓存 |
Azure Files |
1000 |
10ms |
配置文件 |
Blob FUSE |
可变 |
100ms+ |
大模型存储 |
Ephemeral SSD |
20000 |
<1ms |
临时数据处理 |
- 持久卷声明示例:
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
name: model-pvc
spec:
accessModes:
- ReadWriteMany
storageClassName: azure-file-premium
resources:
requests:
storage: 200Gi
监控与日志体系构建
- 监控架构组成:
- Prometheus收集GPU指标
- Grafana展示实时仪表盘
- Azure Monitor集成业务日志
- Kube-state-metrics采集集群状态
- GPU监控关键指标:
# 显存使用率
sum(container_memory_usage_bytes{container="analyzer", device=~"nvidia.*"}) by (pod) / sum(container_spec_memory_limit_bytes{container="analyzer"}) by (pod)
# GPU利用率
avg(rate(container_accelerator_duty_cycle{container="analyzer"}[5m])) by (pod)
生产环境优化策略
- 性能调优参数表:
参数 |
推荐值 |
作用域 |
readinessProbe.period |
10s |
Pod健康检查 |
terminationGracePeriod |
90s |
优雅终止 |
imagePullPolicy |
IfNotPresent |
镜像拉取策略 |
concurrency |
4 |
FastAPI线程数 |
- 自动缩放配置:
# 安装垂直自动缩放器
helm install vpa recommender \
--repo https://charts.fairwinds.com/stable \
--set recommender.extraArgs.v=3
# 配置VPA策略
apiVersion: autoscaling.k8s.io/v1
kind: VerticalPodAutoscaler
metadata:
name: text-analyzer-vpa
spec:
targetRef:
apiVersion: "apps/v1"
kind: Deployment
name: text-analyzer
updatePolicy:
updateMode: "Auto"
迁移后验证流程
- 混沌工程测试方案:
# 安装chaos-mesh
helm install chaos-mesh chaos-mesh --namespace chaos-testing --create-namespace --set chaosDaemon.runtime=containerd --set chaosDaemon.socketPath=/run/containerd/containerd.sock
# 执行网络延迟测试
apiVersion: chaos-mesh.org/v1alpha1
kind: NetworkChaos
metadata:
name: network-latency-test
spec:
action: delay
mode: one
selector:
namespaces:
- ai-services
delay:
latency: "500ms"
correlation: "100"
jitter: "100ms"
duration: "5m"
安全加固措施
- 密钥管理方案:
# 与Azure Key Vault集成
az aks enable-addons --addons azure-keyvault-secrets-provider --name ai-cluster --resource-group ai-prod-rg
# Secrets同步配置
apiVersion: secrets-store.csi.x-k8s.io/v1
kind: SecretProviderClass
metadata:
name: ai-secrets-class
spec:
provider: azure
parameters:
usePodIdentity: "false"
keyvaultName: "ai-kv-prod"
objects: |
array:
- |
objectName: cognitive-services-key
objectType: secret
tenantId: "xxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxx"
典型问题解决方案
- GPU节点调度异常处理流程:
检查事件日志 → 验证NVIDIA驱动状态 → 确认设备插件运行 →
测试nvidia-smi命令 → 验证节点标签 → 检查资源配额 →
验证Pod亲和性设置 → 提交支持请求
- 模型热更新方案:
# 使用Watch机制监听模型更新
from watchdog.observers import Observer
from watchdog.events import FileSystemEventHandler
class ModelUpdateHandler(FileSystemEventHandler):
def on_modified(self, event):
if event.src_path.endswith(".onnx"):
reload_model()
observer = Observer()
observer.schedule(ModelUpdateHandler(), path='/models', recursive=True)
observer.start()
持续演进方向
多维度指标采集体系
(1)自定义指标采集架构
# 安装Prometheus适配器
helm install prometheus-adapter prometheus-community/prometheus-adapter \
--set prometheus.url=http://prometheus-server.monitoring.svc.cluster.local
# 自定义模型请求QPS指标
apiVersion: monitoring.coreos.com/v1
kind: ServiceMonitor
metadata:
name: model-qps-monitor
spec:
endpoints:
- port: metrics
interval: 30s
path: /metrics
selector:
matchLabels:
app-type: ai-model
(2)模型维度监控指标矩阵
指标类型 |
采集方式 |
应用场景 |
模型调用QPS |
Prometheus exporter |
横向扩展决策 |
GPU显存占用率 |
DCGM Exporter |
垂直扩缩容依据 |
请求延迟P99 |
应用层埋点 |
服务降级触发条件 |
Batch处理效率 |
自定义指标处理器 |
动态批处理优化 |
智能缩放策略实现
(1)基于流量特征的策略选择
# KEDA缩放配置示例
apiVersion: keda.sh/v1alpha1
kind: ScaledObject
metadata:
name: model-a-scaler
spec:
scaleTargetRef:
name: model-a-deployment
triggers:
- type: prometheus
metadata:
serverAddress: http://prometheus-server.monitoring.svc.cluster.local
metricName: model_a_qps
threshold: "100" # 单个Pod处理能力
query: sum(rate(model_requests_total{model="a"}[2m]))
(2)多模型优先级调度方案
apiVersion: scheduling.k8s.io/v1
kind: PriorityClass
metadata:
name: high-priority-model
value: 1000000
description: "关键业务模型优先级"
# Pod配置示例
spec:
priorityClassName: high-priority-model
containers:
- name: model-a
resources:
limits:
nvidia.com/gpu: 2
动态资源分配算法
(1)实时资源分配矩阵
# 基于强化学习的资源分配算法框架
class ResourceAllocator:
def __init__(self, cluster_state):
self.models = cluster_state['models']
self.available_gpu = cluster_state['gpu']
def optimize(self):
# 实现资源分配策略
return {
"model-a": {"replicas": 3, "gpu_per_pod": 1},
"model-b": {"replicas": 2, "gpu_per_pod": 2}
}
(2)混合缩放策略对比表
策略类型 |
优势 |
适用场景 |
实现复杂度 |
响应式缩放 |
实时性强 |
突发流量场景 |
★★☆☆☆ |
预测式缩放 |
资源利用率高 |
周期性波动负载 |
★★★★☆ |
成本优先缩放 |
节省运营成本 |
非关键业务模型 |
★★★☆☆ |
性能保障缩放 |
SLA达标率高 |
核心业务模型 |
★★★★☆ |
实战优化技巧
(1)冷启动优化方案
# 预热池配置
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: warm-pool
spec:
replicas: 2
template:
spec:
containers:
- name: preload
image: model-loader
args: ["--preload-model=all"]
resources:
limits:
nvidia.com/gpu: 1
(2)动态批处理配置
# 自适应批处理算法
class DynamicBatcher:
def __init__(self):
self.max_batch_size = 32
self.timeout_ms = 100
def process(self, requests):
batch = []
start_time = time.time()
while len(batch) < self.max_batch_size:
if time.time() - start_time > self.timeout_ms / 1000:
break
if incoming_requests:
batch.append(incoming_requests.pop())
return self.inference(batch)
典型场景处理策略
(1)模型版本灰度发布
# Istio流量切分配置
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: VirtualService
metadata:
name: model-ab-test
spec:
hosts:
- ai-service.example.com
http:
- route:
- destination:
host: model-v1
subset: v1
weight: 90
- destination:
host: model-v2
subset: v2
weight: 10
(2)突发流量应急方案
# 手动扩容命令模板
kubectl scale deployment model-a --replicas=10
az aks nodepool scale \
--name gpunode \
--cluster-name ai-cluster \
--resource-group ai-prod-rg \
--node-count 15
智能驱逐策略
# 基于优先级的驱逐配置
apiVersion: policy/v1
kind: PodDisruptionBudget
metadata:
name: model-a-pdb
spec:
minAvailable: 80%
selector:
matchLabels:
app: model-a
---
apiVersion: scheduling.k8s.io/v1
kind: PriorityClass
metadata:
name: model-eviction-priority
value: 100000
globalDefault: false
description: "模型服务驱逐优先级"
通过上述策略的组合运用,可以实现:
- 关键模型优先保障:当集群资源紧张时,优先保障高优先级模型的资源供给
- 动态资源再分配:根据实时负载在模型间动态调配GPU资源
- 预测性扩展:基于历史数据进行容量预规划
- 混合精度部署:不同精度要求的模型混部实现资源最优化
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