nvidia-docker2 在 Kubernetes 上實踐

HULK一線技術雜談發表於2018-11-30

女主宣言

nvida-docker2 可以幫助我們將舊的加速計算應用程式容器化,將特定的 GPU 資源分配給容器,並可以輕鬆地跨不同的環境共享應用程式、協同工作和測試應用程式。今天帶來的分享是有關 nvidia-docker2 在大規模 Kubernetes 叢集上的實踐記錄。本文首發於 OpsDev.cn,轉載已獲取作者授權。

nvidia-docker2 在 Kubernetes 上實踐

The Dunes in Mars' Wirtz Crater

by NASA IOTD

現在公司線上所有的k8s叢集對GPU資源的使用都是nvidia-docker 1.0(歷史遺留問題)。但是現在的kubernetes1.9推薦使用device plugin的方式來對接外部廠商的資源。這樣所有的廠商資源就不要kubernetes去特定的支援,而是各服務廠商只要按照kubernetes提供的device plugin實現自己的一套就可以了。今天就針對nvidia-docker2.0 進行了下測試。在此做下記錄。

1

實驗環境

  • CentOS Linux release 7.2.1511 (Core)

  • kuberntes: 1.9

  • GPU: nvidia-tesla-k80

2

Installation (version 2.0)

 

直接參照官方的安裝教程: Installation (version 2.0))

(version-2.0)

在安裝nvidia-docker 2.0需要做一些準備的工作,要求如下:

  • GNU/Linux x86_64 with kernel version > 3.10

  • Docker >= 1.12

  • NVIDIA GPU with Architecture > Fermi (2.1)

  • NVIDIA drivers~= 361.93 (untested on older versions)

Your driver version might limit your CUDA capabilities 

(see CUDA requirements)

簡單的描述下安裝的過程:

CentOS 7 (docker-ce), RHEL 7.4/7.5 (docker-ce), Amazon Linux 1/2

# If you have nvidia-docker 1.0 installed: we need to remove it and all existing GPU containers

docker volume ls -q -f driver=nvidia-docker | xargs -r -I{} -n1 docker ps -q -a -f volume={} | xargs -r docker rm -f

sudo yum remove nvidia-docker

# Add the package repositories

distribution=$(. /etc/os-release;echo $ID$VERSION_ID)

curl -s -L | \

  sudo tee /etc/yum.repos.d/nvidia-docker.repo

# Install nvidia-docker2 and reload the Docker daemon configuration

sudo yum install -y nvidia-docker2

sudo pkill -SIGHUP dockerd

# Test nvidia-smi with the latest official CUDA image

docker run --runtime=nvidia --rm nvidia/cuda:9.0-base nvidia-smi

nvidia-docker 2.0安裝完成之後,需要配置docker的runtime為nvidia-container-runtime。

具體的內容如下:

{

    "default-runtime":"nvidia",

    "runtimes": {

        "nvidia": {

          "path": "/usr/bin/nvidia-container-runtime",

          "runtimeArgs": []

        }

    },

}

重新啟動docker服務:

systemctl restart docker

注意:If you have a custom /etc/docker/daemon.json, the nvidia-docker2 package might override it.

3

GPU on kubernetes

簡述的描述下現在kubernetes對GPU的支援情況。kubernetes在1.6版本就開始對nvidia GPU的支援,並且仍然在不斷的最佳化改進中。kubernetes對AMD GPU的支援是在1.9版本才支援。但是現在kubernetes仍然還沒有支援多容器使用同一塊GPU卡的情況。這樣就會造成GPU資源的浪費。

kubernetes 官方文件描述:

Each container can request one or more GPUs. It is not possible to request a fraction of a GPU.

nvidia-docker2.0 已經安裝完成了,繼續,下來就是如何在kubernetes上使用了。kubernetes要排程GPU 有這麼幾點要求:


  • 開啟kubernetes對GPU的支援。(在1.10之前需要指定--feature-gates="DevicePlugins=true"。1.10之後就不需要在指定了)。

  • 在kubernetes計算節點安裝GPU drivers及device plugin。

對Device Plugins進行下簡單的描述:

從kuberntes 1.8版本開始提供一套device plugin framework來為服務廠商接入它們自己的資源(GPUs, High-performance NICs, FPGAs)。而不需要更改kubernetes的原始碼。

現在我們只關心Nvidia-GPU,讓我們來部署GPU device plugin, 具體的部署流程如下:

nvidia-docker-plugin.yml

apiVersion: extensions/v1beta1

kind: DaemonSet

metadata:

  name: nvidia-device-plugin-daemonset

  namespace: kube-system

spec:

  template:

    metadata:

      # Mark this pod as a critical add-on; when enabled, the critical add-on scheduler

      # reserves resources for critical add-on pods so that they can be rescheduled after

      # a failure.  This annotation works in tandem with the toleration below.

      annotations:

        scheduler.alpha.kubernetes.io/critical-pod: ""

      labels:

        name: nvidia-device-plugin-ds

    spec:

      tolerations:

      # Allow this pod to be rescheduled while the node is in "critical add-ons only" mode.

      # This, along with the annotation above marks this pod as a critical add-on.

      - key: CriticalAddonsOnly

        operator: Exists

      containers:

      - image: nvidia/k8s-device-plugin:1.9

        name: nvidia-device-plugin-ctr

        securityContext:

          allowPrivilegeEscalation: false

          capabilities:

            drop: ["ALL"]

        volumeMounts:

          - name: device-plugin

            mountPath: /var/lib/kubelet/device-plugins

      volumes:

        - name: device-plugin

          hostPath:

            path: /var/lib/kubelet/device-plugins

建立GPU-device-plugin資源:

kubectl create -f nvidia-docker-plugin.yml

建立成功之後,在每臺GPU機器上會有nvidia-device-plugin-daemonset的資源。

現在所有的準備工作都完成了。讓我們來測試GPU能否正常的排程到GPU機器上吧。測試的gpu-pod資源mainfest內容如下:

nvidia-docker2-gpu-pod.yml

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

  name: cuda-vector-add

spec:

  restartPolicy: OnFailure

  containers:

    - name: cuda-vector-add

      image: "k8s.gcr.io/cuda-vector-add:v0.1"

      resources:

        limits:

          nvidia.com/gpu: 1

  nodeSelector:

    accelerator: nvidia-tesla-k80 # or nvidia-tesla-k80 etc.

根據上面的檔案建立資源並進行校驗:

kubectl create -f nvidia-docker2-gpu-pod.yml

進入到容器中檢視相關的裝置及cuda庫是否掛載到了容器中,並且驗證我們給容器分配的只有一塊卡。

nvidia-docker2 在 Kubernetes 上實踐

4

總結

在kubernetes中使用nvidia-docker 1.0的弊端在於,在使用資源物件進行資源建立的時候,需要在配置中將GPU Driver以volume的方式掛載到容器中,這步需要人為的進行干涉。

但是使用nvidia-docker 2.0的方式不要再在配置中指定GPU Driver的位置,完全有device plugin來做這件事,方便省事兒。並且kubernetes對外提供了device plugin的介面,也方便各個廠商來對自家的資源實現對k8s的無縫接入。

不僅僅是device plugin,kubernetes對容器執行時,也提供了同樣的interface的方式,來對外提供對各家執行時的支援,這也就是kubernetes擴充套件性的強大之處吧。

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