Creare una pipeline Dataflow con Python

Creare una pipeline Dataflow con Python

In questa guida rapida imparerai a utilizzare l'SDK Apache Beam per Python per creare un programma che definisce una pipeline. Poi, esegui la pipeline utilizzando un runner locale diretto o un runner basato su cloud come Dataflow. Per un'introduzione alla pipeline WordCount, guarda il video Come utilizzare WordCount in Apache Beam.

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Per seguire le indicazioni dettagliate per questa attività direttamente nella console Google Cloud, fai clic su Procedura guidata:

Procedura guidata

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Prima di iniziare

1. Sign in to your Google Cloud account. If you're new to Google Cloud, create an account to evaluate how our products perform in real-world scenarios. New customers also get $300 in free credits to run, test, and deploy workloads.
2. Install the Google Cloud CLI.

3. To initialize the gcloud CLI, run the following command:

   gcloud init

4. Create or select a Google Cloud project.

   Note: If you don't plan to keep the resources that you create in this procedure, create a project instead of selecting an existing project. After you finish these steps, you can delete the project, removing all resources associated with the project.

   • Create a Google Cloud project:

     gcloud projects create PROJECT_ID

     Replace PROJECT_ID with a name for the Google Cloud project you are creating.

   • Select the Google Cloud project that you created:

     gcloud config set project PROJECT_ID

     Replace PROJECT_ID with your Google Cloud project name.

5. Make sure that billing is enabled for your Google Cloud project.

6. Enable the Dataflow, Compute Engine, Cloud Logging, Cloud Storage, Google Cloud Storage JSON, BigQuery, Cloud Pub/Sub, Cloud Datastore, and Cloud Resource Manager APIs:

   gcloud services enable dataflow compute_component logging storage_component storage_api bigquery pubsub datastore.googleapis.com cloudresourcemanager.googleapis.com

7. Create local authentication credentials for your user account:

   gcloud auth application-default login

8. Grant roles to your user account. Run the following command once for each of the following IAM roles: roles/iam.serviceAccountUser

   gcloud projects add-iam-policy-binding PROJECT_ID --member="user:USER_IDENTIFIER" --role=ROLE

   • Replace PROJECT_ID with your project ID.

   • Replace USER_IDENTIFIER with the identifier for your user account. For example, user:[e-mail].

   • Replace ROLE with each individual role.
9. Install the Google Cloud CLI.

10. To initialize the gcloud CLI, run the following command:

    gcloud init

11. Create or select a Google Cloud project.

    Note: If you don't plan to keep the resources that you create in this procedure, create a project instead of selecting an existing project. After you finish these steps, you can delete the project, removing all resources associated with the project.

    • Create a Google Cloud project:

      gcloud projects create PROJECT_ID

      Replace PROJECT_ID with a name for the Google Cloud project you are creating.

    • Select the Google Cloud project that you created:

      gcloud config set project PROJECT_ID

      Replace PROJECT_ID with your Google Cloud project name.

12. Make sure that billing is enabled for your Google Cloud project.

13. Enable the Dataflow, Compute Engine, Cloud Logging, Cloud Storage, Google Cloud Storage JSON, BigQuery, Cloud Pub/Sub, Cloud Datastore, and Cloud Resource Manager APIs:

    gcloud services enable dataflow compute_component logging storage_component storage_api bigquery pubsub datastore.googleapis.com cloudresourcemanager.googleapis.com

14. Create local authentication credentials for your user account:

    gcloud auth application-default login

15. Grant roles to your user account. Run the following command once for each of the following IAM roles: roles/iam.serviceAccountUser

    gcloud projects add-iam-policy-binding PROJECT_ID --member="user:USER_IDENTIFIER" --role=ROLE

    • Replace PROJECT_ID with your project ID.

    • Replace USER_IDENTIFIER with the identifier for your user account. For example, user:[e-mail].

    • Replace ROLE with each individual role.

16. Concedi i ruoli all'account di servizio predefinito di Compute Engine. Esegui il seguente comando una volta per ciascuno dei seguenti ruoli IAM:

    • roles/dataflow.admin
    • roles/dataflow.worker
    • roles/storage.objectAdmin

    gcloud projects add-iam-policy-binding PROJECT_ID --member="serviceAccount:[e-mail]" --role=SERVICE_ACCOUNT_ROLE

    • Sostituisci PROJECT_ID con l'ID progetto.
    • Sostituisci PROJECT_NUMBER con il numero del tuo progetto. Per trovare il numero del progetto, consulta Identificazione dei progetti oppure utilizza il comando gcloud projects describe.
    • Sostituisci SERVICE_ACCOUNT_ROLE con ogni singolo ruolo.
17. Create a Cloud Storage bucket and configure it as follows:
    • Set the storage class to S (standard).
    • Imposta la posizione di archiviazione su quanto segue: US (Stati Uniti).
    • Sostituisci BUCKET_NAME con un nome di bucket univoco. Non includere informazioni sensibili nel nome del bucket, poiché lo spazio dei nomi dei bucket è globale e visibile pubblicamente.

    gcloud storage buckets create gs://BUCKET_NAME --default-storage-class STANDARD --location US

    • Copia l'ID progetto Google Cloud e il nome del bucket Cloud Storage. Ti serviranno questi valori più avanti in questo documento.

Configura l'ambiente

Dataflow non supporta più le pipeline che utilizzano Python 2. Per ulteriori informazioni, consulta la pagina Supporto per Python 2 su Google Cloud. Per informazioni dettagliate sulle versioni supportate, consulta Supporto del runtime Apache Beam.

In questa sezione, utilizza il prompt dei comandi per configurare un ambiente virtuale Python isolato per eseguire il progetto della pipeline utilizzando venv. Questa procedura ti consente di isolare le dipendenze di un progetto da quelle di altri progetti.

Se non hai un prompt dei comandi a portata di mano, puoi utilizzare Cloud Shell. Cloud Shell ha già installato il gestore dei pacchetti per Python 3, quindi puoi passare alla creazione di un ambiente virtuale.

Per installare Python e creare un ambiente virtuale:

1. Verifica che sul sistema siano in esecuzione Python 3 e pip:

   python --version
   python -m pip --version

2. Se necessario, installa Python 3 e configura un ambiente virtuale Python: segui le istruzioni riportate nelle sezioni Installazione di Python e Configurazione di venv della pagina Configurazione di un ambiente di sviluppo Python. Se utilizzi Python 3.10 o versioni successive, devi anche abilitare Dataflow Runner v2. Per utilizzare Runner v1, utilizza Python 3.9 o versioni precedenti.

Nota: Cython non è obbligatorio, ma se è installato, deve essere la versione 0.28.1 o successiva. Per controllare la versione di Cython, esegui pip show cython.

Dopo aver completato la procedura di avvio rapido, puoi disattivare l'ambiente virtuale eseguendo deactivate.

Ottieni l'SDK Apache Beam

L'SDK Apache Beam è un modello di programmazione open source per pipeline di dati. Definisci una pipeline con un programma Apache Beam e poi scegli un runner, ad esempio Dataflow, per eseguirla.

Per scaricare e installare l'SDK Apache Beam:

1. Verifica di trovarti nell'ambiente virtuale Python che hai creato nella sezione precedente. Assicurati che il prompt inizi con <env_name>, dove env_name è il nome dell'ambiente virtuale.
2. Installa lo standard di pacchettizzazione Python wheel:

   pip install wheel

3. Installa la versione più recente dell'SDK Apache Beam per Python:

pip install 'apache-beam[gcp]'

Su Microsoft Windows, utilizza il seguente comando:

pip install apache-beam[gcp]

A seconda della connessione, l'installazione potrebbe richiedere del tempo.

Esegui la pipeline in locale

Per vedere come viene eseguita una pipeline localmente, utilizza un modulo Python pronto per l'esempio wordcount incluso nel pacchetto apache_beam.

L'esempio di pipeline wordcount esegue le seguenti operazioni:

1. Accetta un file di testo come input.

   Questo file di testo si trova in un bucket Cloud Storage con il nome della risorsa gs://dataflow-samples/shakespeare/kinglear.txt.

2. Analizza ogni riga in parole.
3. Esegue un conteggio della frequenza delle parole tokenizzate.

Per eseguire lo staging della pipeline wordcount localmente:

1. Dal terminale locale, esegui l'esempio wordcount:

   python -m apache_beam.examples.wordcount \
     --output outputs

2. Visualizza l'output della pipeline:

   more outputs*

3. Per uscire, premi q.

L'esecuzione della pipeline in locale ti consente di testare e eseguire il debug del programma Apache Beam. Puoi visualizzare il codice sorgente di wordcount.py su GitHub di Apache Beam.

Esegui la pipeline nel servizio Dataflow

In questa sezione, esegui la pipeline di esempio wordcount dal apache_beam pacchetto nel servizio Dataflow. Questo esempio specifica DataflowRunner come parametro per --runner.

• Esegui la pipeline:

  python -m apache_beam.examples.wordcount \
      --region DATAFLOW_REGION \
      --input gs://dataflow-samples/shakespeare/kinglear.txt \
      --output gs://BUCKET_NAME/results/outputs \
      --runner DataflowRunner \
      --project PROJECT_ID \
      --temp_location gs://BUCKET_NAME/tmp/

  Sostituisci quanto segue:

  • DATAFLOW_REGION: la regione in cui vuoi eseguire il deployment del job Dataflow, ad esempio europe-west1

    Il flag --region sostituisce la regione predefinita impostata nel server dei metadati, nel client locale o nelle variabili di ambiente.

  • BUCKET_NAME: il nome del bucket Cloud Storage che hai copiato in precedenza
  • PROJECT_ID: l'ID progetto Google Cloud che hai copiato in precedenza

Nota: per specificare un account di servizio gestito dall'utente, includi l'opzione della pipeline --service_account_email. Gli account di servizio worker gestiti dall'utente sono consigliati per i carichi di lavoro di produzione. Se non specifichi un account di servizio worker quando crei un job, Dataflow utilizza l'account di servizio predefinito di Compute Engine.

Visualizza i tuoi risultati

Quando esegui una pipeline utilizzando Dataflow, i risultati vengono archiviati in un bucket Cloud Storage. In questa sezione, verifica che la pipeline sia in esecuzione utilizzando la console Google Cloud o il terminale locale.

Console Google Cloud

Per visualizzare i risultati nella console Google Cloud:

1. Nella console Google Cloud, vai alla pagina Job di Dataflow.

   Vai a Job

   La pagina Job mostra i dettagli del job wordcount, incluso lo stato iniziale In esecuzione e poi Riuscito.

2. Vai alla pagina Bucket di Cloud Storage.

   Vai a Bucket

3. Nell'elenco dei bucket del progetto, fai clic sul bucket di archiviazione creato in precedenza.

   Nella directory wordcount vengono visualizzati i file di output creati dal job.

Terminale locale

Visualizza i risultati dal terminale o utilizzando Cloud Shell.

1. Per elencare i file di output, utilizza il comando gcloud storage ls:

   gcloud storage ls gs://BUCKET_NAME/results/outputs* --long

Sostituisci BUCKET_NAME con il nome del bucket Cloud Storage utilizzato nel programma della pipeline.

2. Per visualizzare i risultati nei file di output, utilizza il comando gcloud storage cat:

   gcloud storage cat gs://BUCKET_NAME/results/outputs*

Modificare il codice della pipeline

La pipeline wordcount negli esempi precedenti distingue tra parole maiuscole e minuscole. I passaggi riportati di seguito mostrano come modificare la pipeline in modo che la pipeline wordcount non sia sensibile alle maiuscole.

1. Sul computer locale, scarica la copia più recente del codice wordcount dal repository GitHub di Apache Beam.
2. Dal terminale locale, esegui la pipeline:

   python wordcount.py --output outputs

3. Visualizza i risultati:

   more outputs*

4. Per uscire, premi q.
5. Apri il file wordcount.py in un editor a tua scelta.
6. All'interno della funzione run, esamina i passaggi della pipeline:

   counts = (
           lines
           | 'Split' >> (beam.ParDo(WordExtractingDoFn()).with_output_types(str))
           | 'PairWithOne' >> beam.Map(lambda x: (x, 1))
           | 'GroupAndSum' >> beam.CombinePerKey(sum))

   Dopo split, le righe vengono suddivise in parole come stringhe.

7. Per mettere le stringhe in minuscolo, modifica la riga dopo split:

   counts = (
           lines
           | 'Split' >> (beam.ParDo(WordExtractingDoFn()).with_output_types(str))
           | 'lowercase' >> beam.Map(str.lower)
           | 'PairWithOne' >> beam.Map(lambda x: (x, 1))
           | 'GroupAndSum' >> beam.CombinePerKey(sum)) 

   Questa modifica mappa la funzione str.lower su ogni parola. Questa riga è equivalente a beam.Map(lambda word: str.lower(word)).
8. Salva il file ed esegui il job wordcount modificato:

   python wordcount.py --output outputs

9. Visualizza i risultati della pipeline modificata:

   more outputs*

10. Per uscire, premi q.
11. Esegui la pipeline modificata nel servizio Dataflow:

    python wordcount.py \
        --region DATAFLOW_REGION \
        --input gs://dataflow-samples/shakespeare/kinglear.txt \
        --output gs://BUCKET_NAME/results/outputs \
        --runner DataflowRunner \
        --project PROJECT_ID \
        --temp_location gs://BUCKET_NAME/tmp/

    Sostituisci quanto segue:

    • DATAFLOW_REGION: la regione in cui vuoi eseguire il deployment del job Dataflow
    • BUCKET_NAME: il nome del bucket Cloud Storage
    • PROJECT_ID: il tuo ID progetto Google Cloud

Esegui la pulizia

Per evitare che al tuo account Google Cloud vengano addebitati costi relativi alle risorse utilizzate su questa pagina, elimina il progetto Google Cloud con le risorse.

Nota: se hai seguito questa guida rapida in un nuovo progetto, puoi eliminarlo.

1. In the Google Cloud console, go to the Cloud Storage Buckets page.

   Go to Buckets

2. Click the checkbox for the bucket that you want to delete.
3. To delete the bucket, click Delete, and then follow the instructions.

4. Se mantieni il progetto, revoca i ruoli che hai concesso all'account di servizio predefinito di Compute Engine. Esegui il seguente comando una volta per ciascuno dei seguenti ruoli IAM:

   • roles/dataflow.admin
   • roles/dataflow.worker
   • roles/storage.objectAdmin

   gcloud projects remove-iam-policy-binding PROJECT_ID \
       --member=serviceAccount:[e-mail] \
       --role=SERVICE_ACCOUNT_ROLE

5. Optional: Revoke the authentication credentials that you created, and delete the local credential file.

   gcloud auth application-default revoke

6. Optional: Revoke credentials from the gcloud CLI.

   gcloud auth revoke

Passaggi successivi

• Scopri di più sul modello di programmazione Apache Beam.
• Sviluppa una pipeline in modo interattivo utilizzando un blocco note Apache Beam.
• Scopri come progettare e creare la tua pipeline.
• Esegui gli esempi di WordCount e giochi mobile.