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GaiaGPU: 在容器云中共享GPU

容器技术由于其轻量级和可伸缩的优势而被广泛使用。GPU也因为其强大的并行计算能力被用于应用程序加速。在云计算环境下，容器可能需要一块或者多块GPU计算卡来满足应程序的资源需求，但另一方面，容器独占GPU计算卡常常会带来资源利用率低的问题。因此，对于云计算资源提供商而言，如何解决在多个容器之间共享GPU计算卡是一个很有吸引力的问题。本文中我们提出了一种称为GaiaGPU的方法，用于在容器间共享GPU存储和GPU的计算资源。GaiaGPU会将物理GPU计算卡分割为多个虚拟GPU并且将虚拟GPU按需分配给容器。同时我们采用了弹性资源分配和动态资源分配的方法来提高资源利用率。实验结果表明GaiaGPU平均仅带来1.015%的性能损耗并且能够高效的为容器分配和隔离GPU资源。

编译 GaiaGPU 服务

配置 git 加速

$ git config --global url."https://github.com.cnpmjs.org".insteadOf "https://github.com"

$ vim /etc/profile
export GOPROXY=https://goproxy.cn,direct
export GO111MODULE=on
$ source /etc/profile

vCUDA Controller $ git clon

gpu-sharingkubernetesgpucudadockerdockerfileresource-managementschedulingresourcequotaport-forward

ConfigMap和Secret：配置应用程序

ConfigMap

向容器传递命令行参数

在 Docker 中定义命令与参数

下面是 Dockerfile 中的指令 ENTRYPOINT 和 CMD。

指令 解释
ENTRYPOINT 容器启动时调用的命令
CMD 传递给 ENTRYPOINT 指定命令的参数

构建带参数的程序（date:args）

编写脚本 date.sh

#!/bin/sh
INTERVAL=$1
while :
do
  echo $(date)
  sleep $INTERVAL
done

编写 Dockerfile

FROM busybox
ADD date.sh /date.sh
RUN chmod +x /date.sh
ENTRYPOINT ["/date.sh"]
CMD ["1"]

参数默认值为 1，在运行容器可以设置参数覆盖默认值。

构建镜像

docker build -t wangjunjian/date:args .

在 Docker 中覆盖命令和参数

使用 Docker 运行镜像来设置命令和参数

docker run [--entrypoint=] <image> [arg1, arg2, arg3]

启动镜像 $ docker run wangjunjian/date:args Tue Aug 3 13:08:04 UTC 2021 Tue Aug 3

kubernetesconfigmapsecretdockerdockerfilenginxhttpsenvironment-variablesvolumesport-forward

Kubernetes中的卷：将磁盘挂载到容器

通过卷在容器之间共享数据

Build [Date HTML Generator] Image

编写 HTML 生成器（date-html-generator.sh）

#!/bin/sh
mkdir /var/htdocs
while :
do
  echo $(date +'%Y-%m-%d %H:%M:%S') Writing to /var/htdocs/index.html
  echo $(date +'%Y-%m-%d %H:%M:%S') > /var/htdocs/index.html
  sleep 1
done
  • %Y : 完整年份 (0000-9999)
  • %m : 月份 (01-12)
  • %d : 日 (01-31)
  • %H : 小时(00-23)
  • %M : 分钟(00-59)
  • %S : 秒(00-60)

编写 Dockerfile

FROM busybox
ADD date-html-generator.sh /bin/date-html-generator.sh
RUN chmod +x /bin/date-html-generator.sh
ENTRYPOINT /bin/date-html-generator.sh

生成 date-html-generator 镜像 docker build -t wangjunjian/date-htm

kubernetesvolumesstorageemptydirhostpathnfspersistent-storagedockerport-forward

通过端口转发连接Pod

通过端口转发（port-forward）可以连接到 Pod，方便测试和调试服务。

创建 Pod

编写 Pod YAML文件(kubia-manual.yaml)

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: kubia-manual
spec:
  containers:
  - image: wangjunjian/kubia
    name: kubia
    ports:
    - containerPort: 8080
      protocol: TCP

创建 Pod

$ kubectl apply -f kubia-manual.yaml 
pod/kubia-manual created

查看 Pod

$ kubectl get pod kubia-manual

NAME           READY   STATUS    RESTARTS   AGE
kubia-manual   1/1     Running   0          77s

查看 Pod 的完整描述

  • YAML 格式
$ kubectl get pod kubia-manual -o yaml
  • JSON 格式
$ kubectl get pod kubia-manual -o json

日志查看

logs 是查看容器的日志，Pod 只有一个容器时，可以忽略容器名。

$ kubectl logs kubia-manual 
Kubia server starting...
kuberneteskubectlport-forwardpodlogsdebugging