智能系统与技术丛书
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机器学习即服务将Python机器学习创意快速转变为云端Web应用程序
Monetizing Machine Learning: Quickly Turn Python ML Ideas into Web Applications on the Serverless Cloud

曼纽尔·阿米纳特吉（Manuel Amunategui）
迈赫迪·洛佩伊（Mehdi Roopaei）
刘世民　山金孝　史天　肖力　译

第1章

无服务器计算介绍

本章中，我们将创建一个非常简单的Flask Web应用程序（图1-1）。在后面章节中，当我们在亚马逊AWS、谷歌云、微软Azure和PythonAnywhere上探索基于公有云的Web服务时，会不断地用到这个应用程序。

在开始云端之旅之前，最好先在本地计算机上使用本地版本的网站。
提示：请访问www.apress.com/9781484238721 ，单击“Download source code”按钮，跳转至GitHub网站，下载第1章所需文件。推荐使用Jupyter Notebook打开chapter1.ipynb文件，以配合阅读本章内容。

1.1　一个简单的本地Flask应用程序

本节中的代码非常简单，你可以从头开始编写代码，也可以使用simple-local-flask-application文件夹中的文件。
第1步：基本的“Hello World!”示例
让我们直接从官方的Flask帮助文档创建一个非常简单的Flask脚本（代码清单1-1）。

就是这样子！尽管这并没有太多内容，但它代表了使Flask网站启动和运行所需的最低要求，实际上这是一个真正的Web应用程序。将脚本保存为本地计算机上的main.py（你可以将其命名为任何名称）。
第2步：启动虚拟环境
使用虚拟环境来隔离开发工作总是一个好主意（这在构建requirements.txt文件时也很方便—请参阅“前言”中的“创建requirements.txt文件”）。让我们启动一个虚拟环境（代码清单1-2）。

第3步：安装Flask
这里假设你可以运行“pip3”来安装库文件，或者使用你通常用于Python 3.x的任何安装工具或查看官方Flask文档，参见代码清单1-3。

第4步：运行Web应用程序
打开命令/终端窗口并在Mac或Windows上输入以下命令（代码清单1-4和代码清单1-5）。

第5步：在浏览器中查看
你应该在命令窗口中看到以下消息，提供要运行的本地HTTP地址。复制它并将其放入浏览器的地址栏中（代码清单1-6）。

然后打开浏览器并复制/粘贴（或输入）列出的本地地址（图1-2）。

第6步：更快一点的方式
这就是由服务器生成网页。通过在main.py脚本的末尾添加以下两行，你就可更轻松地在本地启动Flask应用程序。这仅适用于本地模式，但允许脚本本身运行实例化的Flask应用程序，并允许你跳过设置环境变量的步骤（代码清单1-7）。

保存添加了新代码的main.py脚本，现在它是代码清单1-8的样子了。

返回指向修改后脚本的命令/终端窗口，并输入以下简化命令（代码清单1-9）。

第7步：全部应用程序
要停止Web应用程序提供“Hello World！”页面，请在终端窗口中输入ctrl-c。
我们在脚本的最后一行设置debug标志为true。这会使脚本将任何Flask错误直接打印到浏览器中。这是快速开发和调试脚本的一个很好特征，但请记住在移至云之前将其变为false。
最后，终止你的虚拟环境（代码清单1-10）。

1.2　在微软Azure上使用无服务器计算

Azure云为Web应用程序提供了易于使用的、支持无服务器计算的、完全托管的平台，以及大量可自定义的选项，涉及从存储到数据库、监控和分析（图1-3）。

让我们看看如何在微软Azure的无服务器计算Web应用程序上运行基本Flask应用程序。在这里，我们将尽可能简化步骤，因为后续章节中将深入探讨此程序。
提示：请访问www.apress.com/9781484238721 ，单击“Download source code”按钮，请下载第1章所需文件，然后打开serverless-hosting-on-microsoft-azure文件夹。

1.2.1　操作步骤

第1步：获取微软Azure上的账户
你需要一个微软Azure账户。在撰写本书时，微软针对所有服务提供了价值200美元为期30天的试用，并可以在接下来的12个月中免费访问这些服务。有关详细信息，请参阅https://azure.microsoft.com/en-us/free/ 。
第2步：下载源文件
将本章所需文件下载到本地计算机上，然后切换到名为serverless-hosting-on-microsoft-azure的文件夹。你的本地文件夹结构应如下所示（请注意Flask脚本的名称main.py，这是Azure上的默认设置，见代码清单1-11）。

支持性文件
requirements.txt文件包含Web应用程序所需的Python库名称，并在应用程序部署期间被无服务器计算使用。你可以创建自己的requirements.txt，并将其存放在与Flask脚本main.py相同的文件夹中。在这种情况下，它只包含一个库和一个版本要求（代码清单1-12）。

web.3.4.config是Web服务器的配置文件。我们将使用Python 3.4版本并使用默认值。如果你决定进一步探索此云提供商，那么一定要打开它并查看其中的内容。
第3步：安装Git
对于此项目，你需要在本地计算机上安装Git（可以在www.git-scm.com/downloads 上找到二进制安装文件）。如前所述，Git是一个源代码版本控制工具，是一个完全就绪的Git包，支持将代码推送到微软Azure上（参见“前言”中关于Git的简介）。在大多数章节中，我们将创建一个虚拟环境来运行以下步骤，但由于这已经是一个大项目，为简单起见我们跳过它。
打开终端/命令行窗口，并将其指向本章的serverless-hosting-on-microsoft-azure文件夹，初始化Git会话（代码清单1-13）。

接下来，添加serverless-hosting-on-microsoft-azure文件夹中的所有Web应用程序文件并检查其状态（代码清单1-14和图1-4）。

构建一个本地Git提交并添加一个有意义的注释，以防将来需要重新访问过去的操作（代码清单1-15）。

所需文件都在本地存储库中。有关Git部署到Azure应用服务的更多信息，请访问https://docs.microsoft.com/en-us/azure/app-service/app-service-deploy-local-git 。
第4步：打开Azure云Shell
登录微软Azure仪表板，单击“>_”打开Azure云Shell（图1-5）。

系统将提示你创建Linux或Power Shell窗口，这里选择Linux，因为这些命令将与你在本地终端窗口中使用的命令类似（图1-6）。

它还会提示你创建存储库，以便托管应用程序（图1-7）。如果这是你第一次操作，可能会在下拉列表中看到“Free Trial”选项。无论哪种方式，请使用它并创建存储库。

第5步：创建部署用户
你现在应该在Azure云Shell中了。该用户将拥有使用FTP和本地Git的适当权限。这里，将用户名设置为“flaskuser11”，密码设置为“flask123”。创建你自己的用户名并记住它，因为将来会用到它（代码清单1-16）。

该命令和大多数后续命令的输出都将与下面的屏幕截图类似。仔细查看任何错误或问题并进行针对性修复（代码清单1-17）。

你的输出JSON应该是空的。如果你看到“conflict”（冲突），说明你所输入的“user-name”与已有用户名冲突了；如果你看到“bad request”（错误的请求），说明你的密码不符合规范（它最少需包含8个字符，由多个字符、数字和符号组成）。
第6步：创建资源组
这一步需要在靠近你所在位置的某个区域中创建一个资源组—在这里的例子中为“West US”（有关区域，请参阅https://azure.microsoft.com/en-us/regions/或使用命令“az appservice list-location --sku FREE”—参见代码清单1-18）。

第7步：创建Azure服务计划
创建Azure服务计划，并将其名称设置为“myAppServicePlan”（你可以任意设置，见代码清单1-19）。

第8步：创建Web应用程序
接下来，创建一个Web应用程序并设置其名称（它必须是唯一的）。这里通过name参数将应用程序名称设置为AmunateguiIntroWebApp，并通过deployment参数设置代码部署方式为通过本地Git部署代码（代码清单1-20）。

查看“az webapp create”命令返回的长字符串，复制“Local git is configured with url of…”后的链接，或者直接使用“deploymentLocalGitUrl”，因为两者是相同的，你可以任选其一。将Flask文件推送到Azure时，将需要这个链接（代码清单1-21）。

提取Azure项目的本地Git配置URL（代码清单1-22和代码清单1-23）。

检查你的网站
如果一切正常，现在你应该可以访问网站了。使用你在az webapp create命令中所设置的应用程序名称来替换<>部分，并将其复制到浏览器中（代码清单1-24和图1-8）。

如果你看到的不是这样子，就需要再次检查每个步骤，确保你没有错过任何一个错误。
第9步：发布Web应用程序
现在我们回到本地计算机上的本地终端/命令窗口，确认它指向正确的目录，以及Git会话已经被初始化了。将我们之前保存的URL与Git存储库的位置附加到“add azure”命令（代码清单1-25）。

它可能会提示你输入密码，使用你在“az webapp development user”步骤中所创建的密码（这里的例子中是“flask123”，见代码清单1-26）。

第10步：在浏览器中查看
现在是最后一步了！返回浏览器窗口并点击刷新（或打开新的浏览器窗口并输入http://<>.azurewebsites.net），你将看到“Hello World!”（图1-9）。

如果没有看到“Hello World!”，你可以直接在命令窗口中查看日志—只需更换网站名称（这里的例子中为amunateguiintroapp）和组（这里的例子中为myResourceGroup），参见代码清单1-27。

第11步：不要忘记删除你的Web应用程序！
如果你不再使用Web应用程序，请不要忘记删除它。如果不这么做，计费将一直持续。删除所有内容的最简单方法是登录Azure仪表板并在搜索栏中输入“All resources”，然后删除你创建的所有内容（图1-10）。

1.2.2　结论和附加信息

微软Azure是一个功能强大的云提供商，提供丰富多彩的云产品。它可以运行简单的Flask应用程序并快速部署。如果需要加载更复杂的库，需要Python wheels的支持（https://pythonwheels.com/ ）。
有关其他信息，请参阅微软Azure文档上标题为“Create a Python web app in Azure”的优秀帖子，本节参考了此文章：https://docs.microsoft.com/en-us/azure/app-service/app-service- web-get-started-python 。

1.3　在谷歌云上使用无服务器计算

谷歌云是一个用于构建、管理和部署Web应用程序的强大平台。它可以与TensorFlow及其分布式图机制无缝集成（图1-11）。

我们看看如何在谷歌云的无服务器计算App Engine上运行基本Flask应用程序。这里尽可能简化步骤，因为后续章节中将进行深入探讨。
提示：请访问www.apress.com/9781484238721 ，单击“Download source code”按钮，下载第1章所需文件，然后打开serverless-hosting-on-google-cloud文件夹。

1.3.1　操作步骤

第1步：获取谷歌云账户
在撰写本书时，Google正提供一个为期12个月价值300美元的免费试用配额，以帮助你入门。有关详细信息，请参阅https://console.cloud.google.com/start 。
你可以选择两种类型的App Engine：标准环境（Standard Environment），它简单但定制性不强；灵活环境（Flexible Environment），可以处理或多或少的任意内容。在本节我们将使用更简单的引擎，即标准环境。
第2步：下载源文件
将本章的文件下载到本地计算机上，然后切换到名为serverless-hosting-on-google-cloud的文件夹（代码清单1-28）。

app.yaml声明Flask Python应用程序（在本例中为main）与static和templates在相同的文件夹下（代码清单1-29）。

appengine_config.py指向lib文件夹，以在部署期间保存其他Python库（代码清单1-30）。

requirements.txt文件包含将被安装和添加到lib文件夹的Python库的名称和版本（代码清单1-31）。

main.py是控制Flask Python应用的“大脑”，它包含每个HTML页面的所有Python代码和指令（代码清单1-32）。

第3步：打开谷歌云Shell
登录你的谷歌云实例，然后选择App Engine所在的项目（如果还没有，请参阅创建和管理项目文档：https://cloud.google.com/resource-manager/docs/creating-managing-projects）。单击右上角的按钮来启动云Shell命令行工具，这将在GCP仪表板的下半部分打开一个熟悉的命令行窗口（图1-12）。

在GCP仪表板终端中，创建一个名为GoogleCloudFlaskIntro的新文件夹（代码清单1-33）。

第4步：将Flask文件上传到谷歌云
上传有很多方法，可以逐个上传文件，或克隆GitHub存储库，或将它们压缩到一个存档文件中再一次性上传所有文件。我们选择最后一种方法。将app.yaml、appengine_config.py、main.py和requirements.txt这四个文件压缩到一个存档文件中（图1-13）。

使用Upload file选项上传它（可在Shell窗口的右上角找到三个垂直点，图1-14）。

它会将文件（这里的例子中为Archive.zip）上传到根目录，因此你需要将其移动到GoogleCloudFlaskIntro文件夹并解压缩（代码清单1-34）。

运行pip install -t lib命令，以安装在requirements. txt文件中所定义的所有库（代码清单1-35）。这将创建必要的lib文件夹，其中包含任何所需的Python库。（如果不使用sudo，可能会收到一些提示，sudo会给你root权限，但请不要滥用它！）

此时，若运行“ls”命令，则云中的文件夹目录应如下所示（代码清单1-36）。

第5步：将Web应用程序部署到谷歌云上
现在我们来部署Hello World站点。在仪表板Shell窗口中的GoogleCloudFlaskIntro文件夹下，运行gcloud app deploy命令。它会要求你进行确认，我们选择“Y”（代码清单1-37）。

如果一切顺利，你可以方便地运行gcloud app browse命令来获取网站的完整URL（代码清单1-38）。

点击谷歌云Shell中的链接或将其粘贴到浏览器中（图1-15）。

第6步：不要忘记删除你的Web应用程序！
如果你不再使用Web应用程序，请不要忘记删除它。如果不这样做，费用将持续增加。如果它是你唯一的应用程序（你需要有默认应用程序），则不能仅仅删除App Engine应用程序，而是将流量重定向到空白应用程序。
在谷歌云Shell中，使用“vi”命令启动Linux文本编辑器（代码清单1-39）。

这将打开一个小型命令行编辑器，然后按下“i”键插入或编辑文件（代码清单1-40和代码清单1-41）。

你需要将app.yaml文件的url句柄指向blank.app。因为blank.app是不存在的，所以应用不会提供任何服务，而且计费将被停止（代码清单1-42）。

按下Esc键退出插入模式，输入“wq”进行写入并退出。然后重新部署Web应用程序（代码清单1-43）。

部署操作在App Engine上生效后，URL应该显示错误而不再是“Hello World”了（图1-16）。

1.3.2　结论和附加信息

GCP提供了许多特征，并与其他Google产品（如https://cloud.google.com/apis/ 上的云API）和TensorFlow紧密集成。如果你需要使用更强大的Python库，则可以从标准App Engine切换到Flexible引擎。
有关其他信息，请参阅谷歌云文档上标题为“Quickstart for Python App Engine Standard Environment”的文章：https://cloud.google.com/appengine/docs/standard/python/quickstart 。
顺便说一句，如果你的谷歌云App Engine出现任何问题，可以使用以下命令查看日志（代码清单1-44）。

1.4　在Amazon AWS上使用无服务器计算

AWS Elastic Beanstalk是一个用于部署Web应用程序的简单而强大的平台。它具有缩放、负载均衡、监控等所有功能，并且只对所使用的资源收费（图1-17）。

让我们看看如何在Amazon AWS Elastic Beanstalk上运行基本Flask应用程序。我们将尽可能简化步骤，因为后续章节中将深入探讨此程序。
提示:　请访问www.apress.com/9781484238721 ，单击Download source code按钮，下载第1章所需文件，然后打开serverless-hosting-on-amazon-aws文件夹。

1.4.1　操作步骤

第1步：获取Amazon AWS账户
Amazon AWS提供AWS Free Tier （免费套餐）账户，允许你免费试用某些服务。有关创建账户的更多信息，请访问https://aws. amazon.com/free/。
第2步：下载源文件
将本章的文件下载到本地计算机上，然后切换到名为serverless-hosting-on-amazon-aws的文件夹。文件夹结构应如代码清单1-45所示。

第3步：为Elastic Beanstalk创建一个访问账户
登录AWS Web控制台并转至Identity and Access Management（IAM）控制台。一种快速方法是在登录页面的AWS服务搜索框中输入“IAM”。在导航部分选择“Users”，然后单击“Add user”按钮（图1-18）。

选择一个用户名，在这里我们输入“ebuser”，并选中“Access type: Programmatic access”（图1-19）。

单击“Next: Permissions”按钮，这将带你进入“Set permissions”页面。单击“Add user to group”菜单按钮，然后单击“Create group”。在当前例子中，创建组“ebadmins”，并为其分配策略“WSElasticBeanstalkFullAccess”，然后单击“Create group”按钮以完成操作（图1-20）。

单击“Next: review”按钮，然后在下一页上单击“Create user”按钮（图1-21）。

一旦看到“Success”消息，就意味着你已成功创建ebuser账户。单击“Download .csv”按钮将.csv文件下载到本地计算机。此文件很重要，因为它包含你的密钥和密码。将它存储在本地计算机上的某个位置并记住它，因为当你上传Web应用程序代码以及通过Secure Shell（SSH）登录到你的EB中时你将需要这些信息（我们在本节中不需要SSH，但在后续部分会用到）。
第4步：安装Elastic Beanstalk（EB）
首先创建一个虚拟环境来隔离安装，这不是必需的，但它可以帮助你通过将此环境与计算机的其余部分分离来保持整洁（如果尚未安装它，请参阅前面的“虚拟环境”部分）。参见代码清单1-46。

安装awsebcli库以在AWS上交互和管理我们的EB服务（代码清单1-47和代码清单1-48）。

第5步：EB命令行界面
接下来初始化Elastic Beanstalk界面（代码清单1-49）。

这将询问你一系列问题，大多数情况下都可以选择默认值。在“Enter Application Name”下，输入“AWSBeanstalkIntroduction”（图1-22）。

如果这是你第一次在计算机上运行AWS，它将要求你提供凭据。打开创建用户时在计算机上下载的credentials.csv，然后输入所需的两个字段（图1-23）。

使用Python默认值（需要3.x版本），忽略警告。对SSH说“yes”（图1-24）。

你可以创建新密钥对，或继续使用默认的现有密钥对。如果创建一个新密钥对，它会将其保存在一个文件夹中并告诉你位置（图1-25）。

接下来，需要创建你的EB（该名称必须唯一）。此命令将自动压缩文件夹中的数据并将其上传到AWS云（代码清单1-50和代码清单1-51）。这可能需要几分钟，所以请耐心等待。

第6步：等待运行
这需要几分钟，如果一切顺利，你应该得到一条成功消息。然后，只需使用“eb open”命令即可实时查看Web应用程序（代码清单1-52）。

第一次运行应用程序可能需要一些时间，甚至可能会超时。如果超时则再次运行“eb open”命令即可（图1-26）。

如果结果不是所期望的，请查看日志以获取全部错误消息（代码清单1-53）。

第7步：别忘了关掉它！
最后，我们需要终止Beanstalk实例，以免产生额外费用。这是一个重要提醒，大多数云服务都不是免费的。它会要求你输入环境名称，在这里的例子中，它是“AWSBeanstalkIntroduction”（代码清单1-54）。

这需要几分钟时间来关闭网站，你最好在AWS仪表板上仔细检查所有服务确实已被关闭。这很简单，只需通过https://aws.amazon.com/登录你的AWS账户，并确保你的EC2和Elastic Beanstalk账户中没有任何未计划的服务（图1-27）。如果你在每次“terminate”（终止）后看到一个似乎不断恢复的实例，请在EC2“Load Balancers”下检查并终止这些实例，然后再次终止实例。

1.4.2　结论和附加信息

毫无疑问，AWS是云计算领域的领导者，它可能不是最简单或最便宜的，但很可能有你需要的全部功能。
有关其他信息，请参阅Amazon AWS Docs上标题为“Deploying a Flask Application to AWS Elastic Beanstalk”的帖子：https://docs.aws.amazon.com/elasticbeanstalk/latest/dg/create-deploy-python-flask.html 。

1.5　在PythonAnywhere上托管应用程序

PythonAnywhere是在互联网上快速构建Python交互式创意和模型的好方法。它高度集成，并被设计为能用于任何Python！它不是传统意义上的无服务器计算，而是一个专用的Python框架，而且不需要信用卡注册，即可快速构建概念验证（图1-28）。

事实胜于雄辩。这个项目不需要任何代码，因为PythonAnywhere在启动实例时已经默认为“Hello World”示例。

1.5.1　操作步骤

第1步：获取一个PythonAnywhere账户
注册PythonAnywhere.com上的免费账户并登录（需确认你的电子邮件地址）。
第2步：设置Flask Web框架
我们在PythonAnywhere上创建一个Flask Web服务器。这非常容易，在“Web”选项卡下，单击“Add a new web app”按钮。一直使用默认值，直到进入“Select a Python Web framework”，单击“Flask”项，然后单击最新的Python框架（图1-29）。

你将进入配置页面，单击“Reload your account.pythonanywhere.com”按钮，将加载你的新URL（图1-30）。

你应该看到一个简单但真实的网页，其中写着“Hello from Flask！”。这真是开箱即用（图1-31）。

1.5.2　结论和附加信息

PythonAnywhere可能不是100%无服务器计算的云提供商，但它能提供免费的基本服务托管。它易于使用，可以直接从其在线仪表板运行。
有关帮助文档和分步指南，请参阅https://help.pythonanywhere.com/pages/ 。

1.6　本章小结

如果你坚持到了现在，那真是太棒了！我们使用Flask介绍了一个非常简单而独立的Web应用程序，并将其部署在4个不同的公有云上。请注意，将Web应用程序上传到每个云提供商的方法存在一些差异，因为它们会不时地对平台服务进行更新和调整，所以密切关注各个提供商的参考文档是至关重要的。
现在是时候撸起袖子，开始编写一些更有趣、更复杂的Web应用程序了！