Kubernetes, l'outil d'orchestration de conteneurs, est non seulement utile pour le développement de logiciels, mais aussi pour la Data Science. Découvrez comment cette plateforme est devenue indispensable pour les Data Scientists...
Depuis son lancement, Kubernetes a transformé la façon dont les développeurs de logiciels créent et déploient des applications. Cette technologie largement adoptée a naturellement attiré l’attention des Data Scientists.
Ces derniers ont alors compris que certaines fonctionnalités de Kubernetes permettent d’optimiser et de soutenir le « workflow » de science des données. Découvrez pourquoi il s’agit d’un outil très utile pour les Data Scientists, aujourd’hui devenu presque indispensable.
Qu'est-ce que Kubernetes ?
Kubernetes est une plateforme open source, conçu pour gérer des conteneurs et des clusters depuis une interface unique et centralisée. Il est possible de déployer des conteneurs sur tous types d’environnements : Cloud, machines virtuelles, machines physiques… afin de créer un réseau de machines virtuelles.
Avec Kubernetes, un ou plusieurs conteneurs peuvent être placés dans un « pod » : la plus petite unité qu’il est possible de déployer. La plateforme permet le « scaling » des applications en fonction du workload. Les composants d’applications peuvent être déplacés entre les systèmes, offrant une extensibilité.
Les principaux avantages et fonctionnalités de Kubernete sont l’automatisation des processus manuels d’hébergement et de déploiement des conteneurs, le self-monitoring des conteneurs et des nœuds, le scaling horizontal, et la flexibilité en termes d’environnements.
Kubernetes et la Data Science
La vaste communauté d’utilisateurs de Kubernetes développe sans cesse de nouvelles fonctionnalités pour la plateforme. Un grand nombre d’entre elles sont utiles pour la Data Science. C’est le cas des déploiements déclaratifs, des capacités de monitoring de chaque composant du système, de l’intégration continue, ou du routing de service flexible .
En effet, les Data Scientists sont confrontés à de nombreux défis similaires à ceux rencontrés par les ingénieurs logiciels. Ils doivent par exemple mener de nombreuses expériences, et doivent effectuer des tâches répétitives.
De même, différentes métriques doivent être suivies et surveillées. Des accès et des identifiants doivent être gérés, et le scaling doit être aisé. En ce sens, les Data Scientists peuvent profiter de plusieurs fonctionnalités de Kubernetes.
L’exécution des jobs en batch continu peut être utilisée pour le traitement des données et les tests, ou encore pour l’entraînement et le déploiement de modèles que l’on retrouve généralement dans les pipelines de Machine Learning.
De leur côté, les architectures de microservice offrent une structure d’application simplifiée, basée sur la modularité. Ceci permet de modifier et de protéger plus facilement les composants logiciels.
En outre, les configurations déclaratives facilitent la création de modèles entre les plateformes, en illustrant les connexions entre les services. La possibilité de créer des workflows customisés, simplifiant la gestion de container, est quant à elle très utile pour créer des workflows dédiés pour chaque expérience.
Les ingénieurs en Machine Learning peuvent eux aussi profiter des avantages de Kubernetes. Par exemple, le projet Kubeflow leur permet d’exécuter des frameworks comme JupyterHub, Tensorflow, PyTorch ou Seldon sous Kubernetes. Ceci permet de développer un workload véritablement portable.
Enfin, l’intégration avec Spark permet de créer un driver Spark dans un pod Kubernetes. Ce driver créé des « exécuteurs » connectés aux pods Kubernetes et exécutant des applications.
Principal avantage de Kubernetes : la gestion des conteneurs et l’autoscaling
Pour le bon déroulement d’un environnement de production, le développeur doit s’assurer du bon fonctionnement de ces conteneurs. Une tâche qui peut se révéler complexe lorsqu’il faut en gérer des dizaines voire des centaines. Heureusement, Kubernetes est là !
De par ses fonctionnalités Kubernetes permet donc de réduire au maximum l’intervention humaine. Il permet aussi l’auto scaling, c’est-à-dire qu’il reproduit ou réduit les applications nécessaires automatiquement en fonction des ressources demandées. Cela permet notamment de réduire les coûts, mais également d’accélérer l’installation de mises à jour et d’améliorer la sécurité des données. C’est aussi un gain de temps précieux pour le développeur qui ne doit plus gérer manuellement les workflows, peut donc se dédier à d’autres tâches et être plus productif.
Les fonctionnalités de Kubernetes, une révolution pour la Data Science
En voyant le potentiel de Kubernetes, les Data Scientists ont compris que certaines fonctionnalités de l’outil d’orchestration de conteneurs seraient particulièrement utiles en science de données.
La vaste communauté d’utilisateurs de Kubernetes développe sans cesse de nouvelles fonctionnalités pour la plateforme. Nombre d’entre elles sont utilisées par les Data Scientists.
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C’est le cas, par exemple, des déploiements déclaratifs, des capacités de monitoring de chaque composant du système, de l’intégration continue, ou du routing de service flexible .
Au quotidien, les Data Scientists sont confrontés à de nombreux défis similaires à ceux rencontrés par les ingénieurs logiciels. Ils doivent par exemple mener de nombreuses expériences, et doivent effectuer des tâches répétitives.
De même, les Data Scientists doivent impérativement surveiller les différentes métriques et les bases de données qu’ils utilisent. Ils doivent aussi gérer les accès et les identifiants aux data warehouses et faire en sorte que le scaling se passe sans encombre. Des fonctionnalités qui peuvent être largement facilités grâce à Kubernetes !
Les Data Scientists peuvent, par exemple, profiter de l’exécution des jobs en batch continu pour le traitement de données et la réalisation de tests ou encore pour l’entraînement et le déploiement de modèles de Machine Learning.
De leur côté, les architectures de microservice, proposées par Kubernetes offrent une structure d’application simplifiée et basée sur la modularité. Dans une architecture de micro-services, les containers sont éphémères. En effet, lorsqu’ils ne sont plus à jour ou sont corrompus, le système les supprime et de nouveaux containers prennent automatiquement leur place. Cela permet notamment de maintenir la disponibilité des services.
En outre, les configurations déclaratives facilitent la création de modèles entre les plateformes, en illustrant les connexions entre les services. La possibilité de créer des workflows customisés, simplifiant la gestion de container, est quant à elle très utile pour créer des workflows dédiés pour chaque expérience.
En utilisant l’intégration native de Spark avec Kubernetes, les Data Scientists peuvent aussi accéder à une plateforme d’analyse Big Data en self-service et analyser ces données dans un objectif de R&D.
L’utilisation de l’orchestration de conteneurs est également utile pour les équipes de chercheurs en sciences naturelles. Les conteneurs permettent la réplication des tests scientifiques, et il est donc possible de répliquer les résultats des tests sur différents environnements et appareils.
Un outil d’orchestration de conteneurs tel que Kubernetes se révèle donc très utile en Data Science de par son extensibilité et sa flexibilité. Il permet aussi d’ajuster les workflows de Machine Learning et de les déployer sur une large variété d’environnements.
Kubernetes facilite le déploiement des charges de travail en Machine Learning
Les ingénieurs en Machine Learning peuvent eux aussi profiter des avantages de Kubernetes. Le projet Kubeflow leur permet, par exemple, d’exécuter des frameworks comme JupyterHub, Tensorflow, PyTorch ou Seldon sous Kubernetes. Grâce à Kubeflow, les ingénieurs en Machine Learning peuvent importer facilement leurs projets sur Kubernetes et profiter des tous ses avantages.
Enfin, l’intégration avec Spark permet de créer un driver Spark dans un pod Kubernetes. Ce driver créé des « exécuteurs » connectés aux pods Kubernetes et exécutant des applications.
Kubernetes est donc un allié de poids pour les Data Scientists et le Machine Learning. Il permet notamment d’élaborer des pipelines ML vers un niveau de production. De plus en plus d’entreprises disposent aussi de clusters Kubernetes qu’elles utilisent pour exposer des services. Les équipes Data peuvent donc rejoindre ces clusters existants et se décharger de la gestion de la partie infrastructure pour se concentrer davantage sur la création de pipeline dédiées au Machine Learning.
Comment utiliser Kubernetes dans la Data Science ?
Les équipes de Data Scientists utilisent Kubernetes pour de multiples applications. Il est par exemple possible de déployer des modèles pour l’inférence en ligne.
Le scaling d’une application pour soutenir l’augmentation d’une charge est simplifié par Kubernetes grâce à l’exposition des modèles. Il suffit pour cela de créer un déploiement, puis de l’exposer afin qu’il puisse être utilisé par d’autres. Le trafic sera ensuite automatiquement équilibré par Kubernetes, en respectant la configuration élaborée par le Data Scientist.
Un autre exemple de cas d’usage est l’analyse de données de R&D. En utilisant l’intégration native de Spark avec Kubernetes, les Data Scientists peuvent accéder à une plateforme d’analyse Big Data en self-service.
L’utilisation de l’orchestration de conteneurs est particulièrement utile pour les équipes de chercheurs en sciences naturelles. Les conteneurs permettent la réplication des tests scientifiques, et il est donc possible de répliquer les résultats des tests sur différents environnements et appareils.
En conclusion, Kubernetes est très utile aux Data Scientists par son extensibilité et sa flexibilité permettant d’ajuster les workflows de Machine Learning et de les déployer sur une large variété d’environnements. Parmi les autres outils de la Data Science, découvrez aussi le SQL ou encore le langage Python…
