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Hyper-V zur Bereitstellung von Jupyter-Notebooks für interne KI-Projekte verwenden

#1
02-10-2020, 05:05
Als ich den Auftrag erhielt, einen internen Server für das Hosting von Jupyter-Notebooks einzurichten, dachte ich sofort an die Verwendung von Hyper-V. Es ist ein leistungsstarkes Tool, und ich hatte gesehen, wie gut es sich in Windows-Umgebungen integriert. Die Flexibilität, die es bei der Verwaltung von Ressourcen und Leistung bietet, machte es zur idealen Wahl für die Durchführung von KI-Projekten, die rechenintensive Aufgaben erfordern.

Der initiale Einrichtungsprozess ist unkompliziert, sobald Hyper-V auf Ihrem Windows Server oder Windows 10 Pro aktiviert ist. Sie müssen nur den Hyper-V-Manager öffnen und eine neue virtuelle Maschine (VM) erstellen. Für Jupyter-Notebooks benötigt die VM wirklich eine gute Menge an RAM und CPU-Ressourcen, was ich oft bei maschinellen Lernaufgaben erlebe. Wenn Ihr typisches KI-Projekt mit umfangreichen Bibliotheken wie TensorFlow oder PyTorch arbeitet, wird empfohlen, mindestens 8 GB RAM zuzuteilen, abhängig von der Komplexität Ihrer Berechnungen. Ich wähle immer mindestens zwei Kerne für die VM, wenn die Hostmaschine über die verfügbaren Ressourcen verfügt, da Jupyter bei der Ausführung mehrerer Notebooks gleichzeitig ziemlich anspruchsvoll sein kann.

Nach der grundlegenden Konfiguration habe ich ein virtuelles Switch in Hyper-V erstellt. Dies ist wichtig, wenn das Ziel darin besteht, von außen auf die Jupyter-Notebooks zugreifen zu können. Durch die Erstellung eines externen virtuellen Switch konnte ich sicherstellen, dass die VM über eine Internetverbindung verfügt, was die Installation von Paketen und Bibliotheken direkt über das Netzwerk erleichtert. Es ist erstaunlich, wie oft Menschen die Bedeutung dieses Schrittes übersehen. Als ich Ubuntu als Betriebssystem für die VM installierte, wurde es meine bevorzugte Lösung für das Hosting von Jupyter-Instanzen. Sicher, Sie könnten Windows verwenden, aber ich habe festgestellt, dass viele der Pakete unter Linux reibungsloser funktionieren, und ich bevorzuge die Befehlszeilenschnittstelle, die es bietet.

Sobald die VM läuft, ist es unerlässlich, sich über SSH mit ihr zu verbinden. Es ist schnell und ermöglicht es mir, meinen Server zu verwalten, ohne mich ausschließlich auf den Hyper-V-Manager verlassen zu müssen. Jupyter zu installieren ist so einfach wie die Ausführung des Pip-Installationsbefehls. Bevor ich mich in den Code vertiefe, macht es einen großen Unterschied in der Leistung und Kompatibilität, die Systempakete auf dem neuesten Stand zu halten. Ich führe normalerweise sofort nach dem Starten der VM "sudo apt-get update" und "sudo apt-get upgrade" aus. So spare ich mir langfristig Zeit, da ich später nicht mit Abhängigkeitsproblemen konfrontiert werde.

Nachdem Jupyter installiert ist, muss ich es so konfigurieren, dass es über die IP-Adresse des Servers läuft, damit ich von meinem lokalen Browser darauf zugreifen kann. Ich ändere die Datei "jupyter_notebook_config.py", die sich im Verzeichnis "~/.jupyter" befindet. Wenn ich die Notebook-IP auf die IP-Adresse der VM und die Portnummer anpasse, kann ich von meinem Host-Computer darauf zugreifen. Eine einfache Bearbeitung dieser Art macht Jupyter zugänglich wie folgt:

python
c.NotebookApp.ip = '0.0.0.0'
c.NotebookApp.port = 8888
c.NotebookApp.open_browser = False


Mit dieser Konfiguration kann ich, wenn ich den Jupyter Notebook-Server starte, indem ich "jupyter notebook" im Terminal ausführe, von meinem lokalen Computer über eine URL wie "http://<vm_ip_address>:8888" darauf zugreifen. Dies ist unglaublich nützlich für kollaborative Projekte, da es anderen im Team ermöglicht, sich mit derselben Instanz zu verbinden.

Sicherheit hat oft oberste Priorität. Angesichts der Tatsache, dass KI-Projekte sensible Daten enthalten können, hat die Implementierung eines Passwortschutzes für Jupyter höchste Priorität. In derselben Konfigurationsdatei generiere ich ein Hash-Passwort mit dem folgenden Befehl im Terminal:

python
from notebook.auth import passwd
passwd()


Das Kopieren des ausgegebenen Hashes und das Einfügen in die Konfigurationsdatei stellt sicher, dass nur autorisierte Benutzer auf die Jupyter-Oberfläche zugreifen können, was eine zusätzliche Sicherheitsebene bietet. Apropos, eine weitere Maßnahme, die ich normalerweise ergreife, ist die Aktivierung von SSL. Die Erstellung von selbstsignierten Zertifikaten funktioniert gut für die interne Nutzung, und diese können in der Jupyter-Konfigurationsdatei mit den folgenden Zeilen konfiguriert werden:

python
c.NotebookApp.certfile = u'/path/to/your/certificate.pem'
c.NotebookApp.keyfile = u'/path/to/your/keyfile.key'


In der Praxis ermöglicht mir dieses Setup, Daten während der Übertragung verschlüsselt zu halten, was wichtig ist, wenn ich mit proprietären Algorithmen und Datensätzen arbeite.

Eine häufige Herausforderung, der ich begegne, sind Bibliothekskompatibilitätsprobleme. Die Containerisierung ist hier ein bahnbrechendes Konzept. Durch die Verwendung von Docker zusammen mit Hyper-V kann ich Container-Images erstellen, die alle Abhängigkeiten für bestimmte Projekte enthalten. Die Verwendung von Docker bietet eine isolierte Umgebung, die Sorgen über Konflikte mit lokalen Paketen oder Bibliotheken beseitigt. Die Integration zwischen Docker und Hyper-V hat sich erheblich verbessert. Wann immer ich ein neues Modell erstelle, kann ich mit einer speziellen Version von Python oder einer Bibliothek, die genau nach Bedarf konfiguriert ist, ganz einfach einen neuen Container mit einer einfachen Dockerfile hochfahren.

Die Erstellung einer Dockerfile für das Ausführen einer Jupyter-Notebook-Umgebung ist relativ einfach. Sie könnte folgendermaßen aussehen:

dockerfile
FROM jupyter/scipy-notebook

# Zusätzliche Abhängigkeiten installieren
RUN pip install tensorflow keras

CMD ["start-notebook.sh", "--NotebookApp.token=''", "--NotebookApp.password=''"]


Nachdem ich diese Dockerfile geschrieben habe, gibt mir der Aufbau des Images und das Ausführen genau den isolierten Jupyter-Umgebung, die auf die KI-Entwicklung zugeschnitten ist. Ich kann ganz einfach skalieren, indem ich einfach mehr Container bereitstelle, wenn ein Projekt zusätzliche Ressourcen benötigt.

Der Leistungsschub durch die Verwendung von Hyper-V in Verbindung mit Docker ist spürbar. Ich habe festgestellt, dass die Ressourcenzuweisung effektiver verwaltet wird, als wenn alles auf einem einzigen Host ausgeführt wird. Es ermöglicht mir, Arbeitslasten besser zu verwalten, insbesondere wenn mehrere Teammitglieder an verschiedenen Modellen arbeiten und ihre Ergebnisse auf derselben Jupyter-Instanz präsentieren.

Die Sicherung alles ist ein weiterer entscheidender Aspekt. Hier kommt [BackupChain Hyper-V Backup](https://backupchain.com/i/hyper-v-backup...-expensive) ins Spiel. Dieses Tool unterstützt die Hyper-V-Sicherung und stellt sicher, dass alle wichtigen VM-Zustände regelmäßig erfasst werden. Mit BackupChain sind automatisierte Sicherungen für die VMs geplant, auf denen Jupyter läuft. Eine Funktion, die ich als nützlich empfinde, ist die inkrementelle Sicherung, die die benötigte Zeit und den Speicherplatz für Sicherungen erheblich reduziert.

Das Wiederherstellen einer VM hat sich als unkompliziert erwiesen, was es ermöglicht, effizient von Fehlkonfigurationen oder Datenverlusten zu erholen. Es wird als eine der besten Optionen für Unternehmen angesehen, die nach zuverlässigen Backup-Lösungen für virtuelle Umgebungen suchen. Wenn ich an langlaufenden KI-Experimenten arbeite, ist die Integrität der Daten entscheidend, und zu wissen, dass Sicherungen erstellt werden, hilft, sich auf die Entwicklung zu konzentrieren.

Netzwerkkonflikte können ebenfalls ein Problem darstellen, insbesondere wenn man mit externen Interessengruppen zusammenarbeitet, die sich von verschiedenen Netzwerken aus verbinden. Durch die Integration von VPN-Setups in Ihre Hyper-V-Umgebung kann ich ganz einfach sichere Tunnel für den Zugriff auf Jupyter erstellen. Sobald ich ein VPN eingerichtet habe, stelle ich sicher, dass nur bestimmte IP-Adressen auf die Jupyter-Notebook-Instanz zugreifen können.

Die Überwachung des Ressourcenverbrauchs ist ein weiterer kritischer Faktor, wenn Jupyter auf Hyper-V gehostet wird. Die integrierten Ressourcenüberwachungstools in Windows Server ermöglichen es mir, die CPU- und Speichernutzung im Auge zu behalten. Wann immer ich bemerke, dass die Auslastung steigt, macht es mich darauf aufmerksam, die VM zu überdenken oder die Notebooks zu optimieren, um Leistungsengpässe zu vermeiden. Ein kniffliger Aspekt ist, dass das Ausführen mehrerer Notebooks die Leistung erheblich beeinträchtigen kann, und zu wissen, wann man die Kapazität erhöhen sollte, spart Zeit in kritischen Projektphasen.

Ich ermutige oft dazu, zusätzliche Überwachungstools wie Prometheus in Kombination mit Grafana zur Visualisierung von Metriken zu verwenden. Diese Rückkopplungsschleife zeigt auf, wann die Ressourcenzuweisung überdacht werden sollte oder wann Konfigurationen angepasst werden müssen, um die Leistung zu verbessern.

Wenn Ihre KI-Projekte wachsen, benötigen sie möglicherweise persistente Datenspeicherung. Die Konfiguration eines dedizierten Speicherpools für Hyper-V ermöglicht es mir, den Speicherplatz effizienter zu verwalten, insbesondere für datenin intensive Aufgaben des maschinellen Lernens. Durch den Anschluss einer eigenständigen Speicherlösung über iSCSI oder SMB kann ich den virtuellen Maschinen genügend Platz bieten, um mit Datensätzen zu arbeiten, ohne Platzprobleme zu haben.

In der Praxis ist es hilfreich, PowerShell-Befehle zu verwenden, um Speicherpools zu erstellen und zu verwalten:


New-StoragePool -FriendlyName "AIStoragePool" -StorageSubsystemFriendlyName "Storage Spaces" -PhysicalDisks (Get-PhysicalDisk -CanPool $true)

New-VirtualDisk -StoragePoolFriendlyName "AIStoragePool" -FriendlyName "AIDisk" -Size 100GB -ProvisioningType Thin


Dies gewährleistet eine autoritative Kontrolle über die Zuweisung und Leistung von Datenträgern, was für langfristige Projekte von unschätzbarem Wert ist.

Wenn ich an internen KI-Projekten in einer hypervernetzten Welt arbeite, denke ich oft darüber nach, wie eine gut strukturierte Umgebung Innovationen fördern kann. Die Verwendung von Hyper-V zum Hosting von Jupyter-Notebooks unterstützt dieses Ziel, indem sie eine anpassungsfähige, skalierbare und sichere Infrastruktur bereitstellt.

Mit vielfältigen Teams, die zusammenarbeiten, ist die Aufrechterhaltung eines effizienten Workflows unerlässlich. Projektmanagement-Tools, die in Jupyter integriert sind, können die Kommunikation optimieren. APIs können verwendet werden, um Ergebnisse direkt von Jupyter in Ihr zentrales Repository oder sogar in Tools wie Slack für Echtzeit-Updates zu übertragen.

Am wichtigsten ist, dass das effiziente Teilen von Ergebnissen eine Kultur der Offenheit fördern kann, die schnelle Iterationen und Feedbackzyklen ermöglicht. Die Verbindung dieser Tools mit Jupyter kann mit einfachen Python-Bibliotheken wie "requests" erfolgen, sodass eine nahtlose Integration der Ergebnisse von KI-Projekten in den täglichen Betrieb möglich ist.

Wenn Sie eine solide Backend- und stabile Infrastruktur haben, wird der Fokus auf die Ergebnisse Ihrer KI-Modelle, die Interpretation von Daten und letztendlich fundierte Entscheidungen, die auf gut begründeter Forschung basieren, verlagert.

Jedes interne KI-Projekt kann eine Gelegenheit zum Lernen und zur Weiterentwicklung sein, und die Verwendung von Hyper-V mit Jupyter-Notebooks stellt sicherlich einen Schritt in Richtung Exzellenz dar.

**BackupChain Hyper-V Backup**
[BackupChain Hyper-V Backup](https://backupchain.com/i/image-backup-f...m-physical) wird als Lösung positioniert, um Hyper-V-Backups effizient zu verwalten. Die Anwendung ist darauf ausgelegt, automatisierte, inkrementelle Sicherungen bereitzustellen, die den Prozess rationalisieren und die Auswirkungen auf die Leistung während der Sicherungsoperationen minimieren. Eine Schlüsselmerkmale ist die Möglichkeit, VMs schnell wiederherzustellen, mit minimaler Ausfallzeit. Die Daten-Dupeikation optimiert zusätzlich die Speichereffizienz, sodass Organisationen Platz sparen können, während sie mehrere Sicherungspunkte aufrechterhalten. Dies gewährleistet, dass Sie, wenn nötig, schnell auf frühere Zustände zurückgreifen können, was eine effektive Planung für die Wiederherstellung nach Katastrophen unterstützt.
Markus
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Hyper-V zur Bereitstellung von Jupyter-Notebooks für interne KI-Projekte verwenden - von Markus - 02-10-2020, 05:05

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