通过在 Batch 上运行 Nextflow 流水线来编排作业

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本教程介绍如何对 Batch 运行 Nextflow 流水线。具体而言，本教程使用 RNA-Seq 运行一个示例生命科学流水线，以量化短读取数据中的基因组特征。

本教程适用于希望将 Nextflow 与 Batch 搭配使用的 Batch 用户。

Nextflow 是用于编排生物信息学工作流的开源软件。

注意：本教程提供有关如何使用此应用的说明：Nextflow version 23.04.1。这些说明可能并不适用于该应用的较新版本。如需了解详情，请参阅文档：Nextflow。

目标

完成本教程后，您将了解如何执行以下操作：

• 在 Cloud Shell 中安装 Nextflow。
• 创建 Cloud Storage 存储桶。
• 配置 Nextflow 流水线。
• 使用 Nextflow 对 Batch 运行示例流水线。
• 查看流水线的输出。
• 清理相关资源以避免以下费用：
  • 删除项目。
  • 删除个别资源。

费用

在本文档中，您将使用 Google Cloud 的以下收费组件：

• 批处理
• Cloud Storage

您可使用价格计算器根据您的预计使用情况来估算费用。 Google Cloud 新用户可能有资格申请免费试用。

如果您及时完成所有步骤（包括清理），则本教程中创建的资源通常不会超过 1 美元。

准备工作

1. 登录您的 Google Cloud 帐号。如果您是 Google Cloud 新手，请创建一个帐号来评估我们的产品在实际场景中的表现。新客户还可获享 $300 赠金，用于运行、测试和部署工作负载。
2. 安装 Google Cloud CLI。

3. 如需初始化 gcloud CLI，请运行以下命令：

   gcloud init

4. 创建或选择 Google Cloud 项目。

   注意：如果您不打算保留在此过程中创建的资源，请创建新的项目，而不要选择现有的项目。完成本教程介绍的步骤后，您可以删除所创建的项目，并移除与该项目关联的所有资源。

   • 创建 Google Cloud 项目：

     gcloud projects create PROJECT_ID

   • 选择您创建的 Google Cloud 项目：

     gcloud config set project PROJECT_ID

5. 确保您的 Google Cloud 项目已启用结算功能。

6. Enable the Batch, Cloud Storage, Compute Engine, and Logging APIs:

   gcloud services enable batch.googleapis.com compute.googleapis.com logging.googleapis.com storage.googleapis.com

7. 安装 Google Cloud CLI。

8. 如需初始化 gcloud CLI，请运行以下命令：

   gcloud init

9. 创建或选择 Google Cloud 项目。

   注意：如果您不打算保留在此过程中创建的资源，请创建新的项目，而不要选择现有的项目。完成本教程介绍的步骤后，您可以删除所创建的项目，并移除与该项目关联的所有资源。

   • 创建 Google Cloud 项目：

     gcloud projects create PROJECT_ID

   • 选择您创建的 Google Cloud 项目：

     gcloud config set project PROJECT_ID

10. 确保您的 Google Cloud 项目已启用结算功能。

11. Enable the Batch, Cloud Storage, Compute Engine, and Logging APIs:

    gcloud services enable batch.googleapis.com compute.googleapis.com logging.googleapis.com storage.googleapis.com

12. 确保您的项目至少有一个服务帐号具有本教程所需的权限。

    注意：如果您使用的是新项目，则无需执行此步骤，除非您的组织禁止为默认服务帐号自动授予角色。默认情况下，Compute Engine 默认服务帐号会自动被授予 Editor (roles/editor) IAM 角色，其具有本教程所需的所有权限。

    每个作业都需要一个服务帐号，以允许 Batch 服务代理创建和访问运行作业所需的资源。在本教程中，作业的服务帐号是 Compute Engine 默认服务帐号。

    为确保 Compute Engine 默认服务帐号具有必要的权限，以允许 Batch 服务代理为 Batch 作业创建和访问资源，请让您的管理员为 Compute Engine 默认服务帐号授予以下 IAM 角色：

    • 项目的 Batch Agent Reporter (roles/batch.agentReporter)
    • 项目的 Storage Admin (roles/storage.admin)
    • （推荐）让作业在 Cloud Logging 中生成日志： 对项目使用 Logs Writer (roles/logging.logWriter)

    如需详细了解如何授予角色，请参阅管理访问权限。

    您的管理员还可以通过自定义角色或其他预定义角色为 Compute Engine 默认服务帐号授予所需的权限。

13. 确保您拥有本教程所需的权限。

    注意：如果您创建了此项目，则无需执行此步骤。作为项目创建者，您将自动获得 Owner (roles/owner) IAM 角色，该角色已拥有本教程所需的所有权限。

    如需获取完成本教程所需的权限，请让管理员授予您以下 IAM 角色：

    • 项目的 Batch Job Editor (roles/batch.jobsEditor)
    • 作业的服务帐号的 Service Account User (roles/iam.serviceAccountUser)，本教程中是 Compute Engine 默认服务帐号
    • 项目的 Storage Object Admin (roles/storage.objectAdmin)

14. 安装 Nextflow：

    curl -s -L https://github.com/nextflow-io/nextflow/releases/download/v23.04.1/nextflow | bash
    

    输出应类似如下所示：

    N E X T F L O W
    version 23.04.1 build 5866
    created 15-04-2023 06:51 UTC
    cite doi:10.1038/nbt.3820
    http://nextflow.io
    
    Nextflow installation completed. Please note:
    - the executable file `nextflow` has been created in the folder: ...
    - you may complete the installation by moving it to a directory in your $PATH
    

创建 Cloud Storage 存储桶

如需创建 Cloud Storage 存储桶来存储 Nextflow 流水线中的临时工作和输出文件，请使用 Google Cloud 控制台或命令行。

控制台

如需使用 Google Cloud 控制台创建 Cloud Storage 存储桶，请按以下步骤操作：

1. 在 Google Cloud 控制台中，转到存储分区页面。

   前往“存储分区”

2. 点击 创建。

3. 在创建存储桶页面上，为您的存储桶输入一个全局唯一名称。

4. 点击创建。

5. 在系统将禁止公开访问窗口中，点击确认。

命令行

gcloud

如需使用 Google Cloud CLI 创建 Cloud Storage 存储桶，请使用 gcloud storage buckets create 命令。

gcloud storage buckets create gs://BUCKET_NAME

将 BUCKET_NAME 替换为您存储桶的全局唯一名称。

如果请求成功，输出应类似于以下内容：

Creating gs://BUCKET_NAME/...

gsutil

如需使用 gsutil 工具创建 Cloud Storage 存储桶，请使用 gsutil mb 命令。

gsutil mb gs://BUCKET_NAME

将 BUCKET_NAME 替换为您存储桶的全局唯一名称。

如果请求成功，输出应类似于以下内容：

Creating gs://BUCKET_NAME/...

配置 Nextflow

如需将 Nextflow 流水线配置为在 Batch 上运行，请在命令行中执行以下步骤：

1. 克隆示例流水线代码库：

   git clone https://github.com/nextflow-io/rnaseq-nf.git
   

2. 转到 rnaseq-nf 文件夹：

   cd rnaseq-nf
   

3. 打开 nextflow.config 文件：

   nano nextflow.config
   

   该文件应包含以下部分：

   gcb {
     params.transcriptome = 'gs://rnaseq-nf/data/ggal/transcript.fa'
     params.reads = 'gs://rnaseq-nf/data/ggal/gut_{1,2}.fq'
     params.multiqc = 'gs://rnaseq-nf/multiqc'
     process.executor = 'google-batch'
     process.container = 'quay.io/nextflow/rnaseq-nf:v1.1'
     workDir = 'gs://BUCKET_NAME/WORK_DIRECTORY'
     google.region  = 'us-central1'
   }
   ...
   

4. 在 gcb 部分，执行以下操作：

   1. 将 BUCKET_NAME 替换为您在前面步骤中创建的 Cloud Storage 存储桶的名称。

   2. 将 WORK_DIRECTORY 替换为流水线可用于存储日志和输出的新文件夹的名称。

      例如，输入 workDir。

   3. 在 google.region 字段后添加 google.project = 'PROJECT_ID' 行，其中 PROJECT_ID 是当前 Google Cloud 项目的 ID。

5. 若要保存修改，请执行以下操作：

   1. 按 Control+S 键。

   2. 输入 Y。

   3. 按 Enter 键。

运行流水线

使用命令行运行示例 Nextflow 流水线：

../nextflow run nextflow-io/rnaseq-nf -profile gcb

流水线会使用您在上一步提供的设置运行小数据集。此操作最多可能需要 10 分钟才能完成。

流水线运行完毕后，输出内容应类似于以下内容：

N E X T F L O W  ~  version 23.04.1
Launching `https://github.com/nextflow-io/rnaseq-nf` [crazy_curry] DSL2 - revision: 88b8ef803a [master]
 R N A S E Q - N F   P I P E L I N E
 ===================================
 transcriptome: gs://rnaseq-nf/data/ggal/transcript.fa
 reads        : gs://rnaseq-nf/data/ggal/gut_{1,2}.fq
 outdir       : results

Uploading local `bin` scripts folder to gs://example-bucket/workdir/tmp/53/2847f2b832456a88a8e4cd44eec00a/bin
executor >  google-batch (4)
[67/71b856] process > RNASEQ:INDEX (transcript)     [100%] 1 of 1 ✔
[0c/2c79c6] process > RNASEQ:FASTQC (FASTQC on gut) [100%] 1 of 1 ✔
[a9/571723] process > RNASEQ:QUANT (gut)            [100%] 1 of 1 ✔
[9a/1f0dd4] process > MULTIQC                       [100%] 1 of 1 ✔

Done! Open the following report in your browser --> results/multiqc_report.html

Completed at: 20-Apr-2023 15:44:55
Duration    : 10m 13s
CPU hours   : (a few seconds)
Succeeded   : 4

查看流水线的输出

流水线运行完毕后，会将输出文件、日志、错误或临时文件存储在 Cloud Storage 存储桶的 WORK_DIRECTORY 文件夹内的 results/qc_report.html 文件中。

如需在 Cloud Storage 存储桶的 WORK_DIRECTORY 文件夹中检查流水线的输出文件，您可以使用 Google Cloud 控制台或命令行。

控制台

如需使用 Google Cloud 控制台检查流水线的输出文件，请按以下步骤操作：

1. 在 Google Cloud 控制台中，转到存储分区页面。

   前往“存储分区”

2. 在名称列中，点击您在先前步骤中创建的存储桶的名称。

3. 在存储分区详情页面上，打开 WORK_DIRECTORY 文件夹。

工作流中运行的每个单独任务都有一个文件夹。每个文件夹都包含流水线创建的命令、输出文件和临时文件。

命令行

gcloud

如需使用 gcloud CLI 检查流水线的输出文件，请使用 gcloud storage ls 命令。

gcloud storage ls gs://BUCKET_NAME/WORK_DIRECTORY

请替换以下内容：

• BUCKET_NAME：您在先前步骤中创建的存储桶的名称。

• WORK_DIRECTORY：您在 nextflow.config 文件中指定的目录。

输出会列出流水线运行的每个独立任务的文件夹。每个文件夹都包含流水线创建的命令、输出文件和临时文件。

gsutil

如需使用 gsutil 工具检查流水线的输出文件，请使用 gsutil ls 命令。

gsutil ls gs://BUCKET_NAME/WORK_DIRECTORY

请替换以下内容：

• BUCKET_NAME：您在先前步骤中创建的存储桶的名称。

• WORK_DIRECTORY：您在 nextflow.config 文件中指定的目录。

输出会列出流水线运行的每个独立任务的文件夹。每个文件夹都包含流水线创建的命令、输出文件和临时文件。

清理

为避免因本教程中使用的资源导致您的 Google Cloud 帐号产生费用，请删除包含这些资源的项目，或者保留项目但删除各个资源。

删除项目

若要避免产生费用，最简单的方法是删除当前项目。

如需删除当前项目，请使用 Google Cloud 控制台或 gcloud CLI。

控制台

警告：删除项目会产生以下影响

• 项目中的所有内容都会被删除。如果您将现有项目用于本文档中的任务，则删除该项目后，还将删除您已在该项目中完成的任何其他工作。
• 自定义项目 ID 丢失。创建此项目时，您可能创建了要在将来使用的自定义项目 ID。要保留使用该项目 ID 的网址（例如 appspot.com 网址），请删除项目内的所选资源，而不是删除整个项目。

如果您打算探索多个架构、教程或快速入门，则重复使用项目可以帮助您避免超出项目配额限制。

1. 在 Google Cloud 控制台中，进入管理资源页面。

   转到“管理资源”

2. 在项目列表中，选择要删除的项目，然后点击删除。
3. 在对话框中输入项目 ID，然后点击关闭以删除项目。

gcloud

警告：删除项目会产生以下影响

• 项目中的所有内容都会被删除。如果您将现有项目用于本文档中的任务，则删除该项目后，还将删除您已在该项目中完成的任何其他工作。
• 自定义项目 ID 丢失。创建此项目时，您可能创建了要在将来使用的自定义项目 ID。要保留使用该项目 ID 的网址（例如 appspot.com 网址），请删除项目内的所选资源，而不是删除整个项目。

如果您打算探索多个架构、教程或快速入门，则重复使用项目可以帮助您避免超出项目配额限制。

删除 Google Cloud 项目：

gcloud projects delete PROJECT_ID

删除各个资源

如果您想继续使用当前项目，请删除本教程中使用的各个资源。

删除存储桶

如果您不再需要在本教程中使用的存储桶，请删除存储桶。

删除存储桶中的输出文件

流水线运行完毕后，会将输出文件创建并存储在 Cloud Storage 存储桶的 WORK_DIRECTORY 文件夹中。

如需降低当前 Google Cloud 帐号的 Cloud Storage 费用，您可以使用 Google Cloud 控制台或命令行删除包含流水线输出文件的文件夹。

控制台

如需使用 Google Cloud 控制台从 Cloud Storage 存储桶中删除 WORK_DIRECTORY 文件夹和所有输出文件，请按以下步骤操作：

1. 在 Google Cloud 控制台中，转到存储分区页面。

   前往“存储分区”

2. 在名称列中，点击您在先前步骤中创建的存储桶的名称。

3. 在存储分区详情页面上，选择 WORK_DIRECTORY 文件夹所在的行，然后执行以下操作：

   1. 点击删除。

   2. 要确认，请输入 DELETE，然后点击删除。

命令行

gcloud

如需通过 gcloud CLI 从 Cloud Storage 存储桶中删除 WORK_DIRECTORY 文件夹和所有输出文件，请使用带有 --recursive 标志的 gcloud storage rm 命令。

gcloud storage rm gs://BUCKET_NAME/WORK_DIRECTORY \
    --recursive

请替换以下内容：

• BUCKET_NAME：您在先前步骤中指定的存储桶名称。

• WORK_DIRECTORY：用于存储您在前面步骤中指定的流水线输出文件的目录。

gsutil

如需从 Cloud Storage 存储桶中使用 gsutil 工具删除 WORK_DIRECTORY 文件夹和所有输出文件，请使用带有 -m 和 -r 选项的 gsutil rm 命令。

gsutil -m rm -r gs://BUCKET_NAME/WORK_DIRECTORY

请替换以下内容：

• BUCKET_NAME：您在先前步骤中指定的存储桶名称。

• WORK_DIRECTORY：用于存储您在前面步骤中指定的流水线输出文件的目录。

后续步骤

• 如需详细了解如何部署 Nextflow 工作流，请参阅 Nextflow GitHub 代码库。

• 如需详细了解 Nextflow 流程、脚本和配置选项，请参阅 Nextflow 文档。