使用KubeFATE快速部署联邦学习实验开发环境（二）

本文作者系VMware云原生实验室工程师 陈家豪

概述
在前面的文章中，我们介绍过如何使用KubeFATE来部署一个单节点的FATE联邦学习集群。在真实的应用场景中，联邦学习往往需要多个参与方联合起来一起完成任务。基于此，本文将讲述如何通过KubeFATE和Docker-Compose来部署两个参与方的FATE集群，并在集群上运行一些简单的测试以验证其功能的完整性。

FATE集群的组网方式
联邦学习的训练任务需要多方参与，如图1所示，每一个party node都是一方，并且每个party node都有各自的一套FATE集群。而party node和party
node之间的发现方式有两种。分别是点对点和星型。默认情况下，使用KubeFATE部署的多方集群会通过点对点的方式组网，但KubeFATE也可以单独部署Exchange服务以支持星型组网。

图 1 FATE集群组网方式

使用KubeFATE和Docker-Compose部署两方训练的集群

KubeFATE的使用分成两部分，第一部分是生成FATE集群的启动文件（docker-compose.yaml），第二个部分是通过docker-compose的方式去启动FATE集群。从逻辑上可将进行这两部分工作的机器分别称为部署机和目标机器。

Figure 1部署机目标机关系图

目标
两个可以互通的FATE实例，每个实例均包括FATE所有组件，实例分别部署在不同的两台机器上。

准备工作

1. 两个主机（物理机或者虚拟机，Ubuntu或Centos7系统，允许以root用户登录）；
2. 所有主机安装Docker 版本 : 18+；
3. 所有主机安装Docker-Compose 版本: 1.24+；
4. 部署机可以联网，所以主机相互之间可以网络互通；
5. 运行机已经下载FATE 的各组件镜像

Docker的安装以及FATE镜像的下载请参考前文，接下来我们将把两台主机划分为workspace1和workspace2。其中workspace1既作为部署机也作为目标机，而workspace2则作为目标机，每个机器运行一个FATE实例。这里两台主机的IP分别为192.168.7.1和192.168.7.2。用户需要根据实际情况做出修改。具体部署架构如图2所示。

图 2部署架构图

以下操作需在workspace1上并以root用户进行。

下载并解压Kubefate1.3的kubefate-docker-compose.tar.gz资源包

# curl -OL https://github.com/FederatedAI/KubeFATE/releases/download/v1.3.0/kubefate-docker-compose.tar.gz

# tar -xzf kubefate-docker-compose.tar.gz

定义需要部署的实例数目

进入docker-deploy目录

# cd docker-deploy/

编辑parties.conf如下

# vi parties.conf 

user=root                                   
dir=/data/projects/fate                     
partylist=(10000 9999)                      
partyiplist=(192.168.7.1 192.168.7.2)       
servingiplist=(192.168.7.1 192.168.7.2)     
exchangeip=          

根据以上定义party 10000的集群将部署在workspace1上，而party 9999的集群将部署在workspace2上。

执行生成集群启动文件脚本

# bash generate_config.sh

执行启动集群脚本

# bash docker_deploy.sh all

命令输入后需要用户输入4次root用户的密码

验证集群基本功能

# docker exec -it confs-10000_python_1 bash

# cd /data/projects/fate/python/examples/toy_example

# python run_toy_example.py 10000 9999 1

如果测试通过，屏幕将显示类似如下消息：

"2019-08-29 07:21:25,353 - secure_add_guest.py[line:96] - INFO: begin to init parameters of secure add example guest"
"2019-08-29 07:21:25,354 - secure_add_guest.py[line:99] - INFO: begin to make guest data"
"2019-08-29 07:21:26,225 - secure_add_guest.py[line:102] - INFO: split data into two random parts"
"2019-08-29 07:21:29,140 - secure_add_guest.py[line:105] - INFO: share one random part data to host"
"2019-08-29 07:21:29,237 - secure_add_guest.py[line:108] - INFO: get share of one random part data from host"
"2019-08-29 07:21:33,073 - secure_add_guest.py[line:111] - INFO: begin to get sum of guest and host"
"2019-08-29 07:21:33,920 - secure_add_guest.py[line:114] - INFO: receive host sum from guest"
"2019-08-29 07:21:34,118 - secure_add_guest.py[line:121] - INFO: success to calculate secure_sum, it is 2000.0000000000002"

验证Serving-Service功能

以下内容将会对部署好的两个FATE集群进行简单的训练和推理测试。训练所用到的数据集是”breast”（https://www.kaggle.com/yuqing01/breast-cancer），其中”breast”按列分为”breast_a”和”breast_b”两部分，参与训练的host方持有”breast_a”，而guest方则持有”breast_b”。guest和host将联合起来对数据集进行一个异构的逻辑回归训练。最后当训练完成后还会将得到的模型推送到FATE Serving作在线推理。

以下操作在workspace1上进行

进入python容器

# docker exec -it confs-10000_python_1 bash

进入fate_flow目录

# cd fate_flow

修改examples/upload_host.json

# vi examples/upload_host.json
{
  "file": "examples/data/breast_a.csv",
  "head": 1,
  "partition": 10,
  "work_mode": 1,
  "namespace": "fate_flow_test_breast",
  "table_name": "breast"
}

把“breast_a.csv”上传到系统中

# python fate_flow_client.py -f upload -c examples/upload_host.json 

以下操作在workspace2上进行
进入python容器

# docker exec -it confs-9999_python_1 bash

进入fate_flow目录

# cd fate_flow

修改examples/upload_guest.json

# vi examples/upload_guest.json
{
  "file": "examples/data/breast_b.csv",
  "head": 1,
  "partition": 10,
  "work_mode": 1,
  "namespace": "fate_flow_test_breast",
  "table_name": "breast"
}

把“breast_b.csv”上传到系统中

# python fate_flow_client.py -f upload -c examples/upload_guest.json 

修改examples/test_hetero_lr_job_conf.json

# vi examples/test_hetero_lr_job_conf.json
{
    "initiator": {
        "role": "guest",
        "party_id": 9999
    },
    "job_parameters": {
        "work_mode": 1
    },
    "role": {
        "guest": [9999],
        "host": [10000],
        "arbiter": [10000]
    },
    "role_parameters": {
        "guest": {
            "args": {
                "data": {
                    "train_data": [{"name": "breast", "namespace": "fate_flow_test_breast"}]
                }
            },
            "dataio_0":{
                "with_label": [true],
                "label_name": ["y"],
                "label_type": ["int"],
                "output_format": ["dense"]
            }
        },
        "host": {
            "args": {
                "data": {
                    "train_data": [{"name": "breast", "namespace": "fate_flow_test_breast"}]
                }
            },
             "dataio_0":{
                "with_label": [false],
                "output_format": ["dense"]
            }
        }
    },
    ....
}

提交任务对上传的数据集进行训练

# python fate_flow_client.py -f submit_job -d examples/test_hetero_lr_job_dsl.json -c examples/test_hetero_lr_job_conf.json

输出结果：

{
    "data": {
        "board_url": "http://fateboard:8080/index.html#/dashboard?job_id=202003060553168191842&role=guest&party_id=9999",
        "job_dsl_path": "/data/projects/fate/python/jobs/202003060553168191842/job_dsl.json",
        "job_runtime_conf_path": "/data/projects/fate/python/jobs/202003060553168191842/job_runtime_conf.json",
        "logs_directory": "/data/projects/fate/python/logs/202003060553168191842",
        "model_info": {
            "model_id": "arbiter-10000#guest-9999#host-10000#model",
            "model_version": "202003060553168191842"
        }
    },
    "jobId": "202003060553168191842",
    "retcode": 0,
    "retmsg": "success"
}

训练好的模型会存储在EGG节点中，模型可通过在上述输出中的“model_id”和“model_version”来定位。FATE Serving的加载和绑定模型操作都需要用户提供这两个值。

查看任务状态直到”f_status”为success，把上一步中输出的“jobId”方在“-j”后面。

# python fate_flow_client.py -f query_task -j 202003060553168191842 | grep f_status

output：

    "f_status": "success",
    "f_status": "success",

修改加载模型的配置，把上一步中输出的“model_id”和“model_version”与文件中的进行替换。

# vi examples/publish_load_model.json
{
    "initiator": {
        "party_id": "9999",
        "role": "guest"
    },
    "role": {
        "guest": ["9999"],
        "host": ["10000"],
        "arbiter": ["10000"]
    },
    "job_parameters": {
        "work_mode": 1,
        "model_id": "arbiter-10000#guest-9999#host-10000#model",
        "model_version": "202003060553168191842"
    }
}

加载模型

# python fate_flow_client.py -f load -c examples/publish_load_model.json

修改绑定模型的配置, 替换“model_id”和“model_version”，并给“service_id”赋值“test”。其中“service_id”是推理服务的标识，该标识与一个模型关联。用户向FATE Serving发送请求时需要带上“service_id”，这样FATE Serving才会知道用哪个模型处理用户的推理请求。

# vi examples/bind_model_service.json
{
    "service_id": "test",
    "initiator": {
        "party_id": "9999",
        "role": "guest"
    },
    "role": {
        "guest": ["9999"],
        "host": ["10000"],
        "arbiter": ["10000"]
    },
    "job_parameters": {
        "work_mode": 1,
        "model_id": "arbiter-10000#guest-9999#host-10000#model",
        "model_version": "202003060553168191842"
    }
}

绑定模型

# python fate_flow_client.py -f bind -c examples/bind_model_service.json

在线测试，通过curl发送以下信息到

192.168.7.2:8059/federation/v1/inference

curl -X POST -H 'Content-Type: application/json' -d ' {"head":{"serviceId":"test"},"body":{"featureData": {"x0": 0.254879,"x1": -1.046633,"x2": 0.209656,"x3": 0.074214,"x4": -0.441366,"x5": -0.377645,"x6": -0.485934,"x7": 0.347072,"x8": -0.287570,"x9": -0.733474}}' 'http://192.168.7.2:8059/federation/v1/inference'

输出结果:

{"flag":0,"data":{"prob":0.30684422824464636,"retmsg":"success","retcode":0}

若输出结果如上所示，则验证了serving-service的功能是正常的。上述结果说明有以上特征的人确诊概率为30%左右。

删除部署

如果需要删除部署，则在部署机器上运行以下命令可以停止所有FATE集群：

# bash docker_deploy.sh --delete all

如果想要彻底删除在运行机器上部署的FATE，可以分别登录节点，然后运行命令：

# cd /data/projects/fate/confs-/ # the id of party
# docker-compose down
# rm -rf ../confs-/

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