GPU 스케줄링

쿠버네티스는 AMD 및 NVIDIA GPU(그래픽 프로세싱 유닛)를 노드들에 걸쳐 관리하기 위한 실험적인 지원을 포함한다.

이 페이지는 여러 쿠버네티스 버전에서 사용자가 GPU를 활용할 수 있는 방법과 현재의 제약 사항을 설명한다.

디바이스 플러그인 사용하기

쿠버네티스는 디바이스 플러그인을 구현하여 파드가 GPU와 같이 특별한 하드웨어 기능에 접근할 수 있게 한다.

관리자는 해당하는 하드웨어 벤더의 GPU 드라이버를 노드에 설치해야 하며, GPU 벤더가 제공하는 디바이스 플러그인을 실행해야 한다.

• AMD
• NVIDIA

위의 조건이 만족되면, 쿠버네티스는 amd.com/gpu 또는 nvidia.com/gpu 를 스케줄 가능한 리소스로써 노출시킨다.

사용자는 이 GPU들을 cpu 나 memory 를 요청하는 방식과 동일하게 <vendor>.com/gpu 를 요청함으로써 컨테이너에서 활용할 수 있다. 그러나 GPU를 사용할 때는 리소스 요구 사항을 명시하는 방식에 약간의 제약이 있다.

• GPU는 limits 섹션에서만 명시되는 것을 가정한다. 그 의미는 다음과 같다.
  • 쿠버네티스는 limits를 requests의 기본 값으로 사용하게 되므로 사용자는 GPU limits 를 명시할 때 requests 명시하지 않아도 된다.
  • 사용자는 limits 과 requests 를 모두 명시할 수 있지만, 두 값은 동일해야 한다.
  • 사용자는 limits 명시 없이는 GPU requests 를 명시할 수 없다.
• 컨테이너들(그리고 파드들)은 GPU를 공유하지 않는다. GPU에 대한 초과 할당(overcommitting)은 제공되지 않는다.
• 각 컨테이너는 하나 이상의 GPU를 요청할 수 있다. GPU의 일부(fraction)를 요청하는 것은 불가능하다.

다음은 한 예제를 보여준다.

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: cuda-vector-add
spec:
  restartPolicy: OnFailure
  containers:
    - name: cuda-vector-add
      # https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/v1.7.11/test/images/nvidia-cuda/Dockerfile
      image: "registry.k8s.io/cuda-vector-add:v0.1"
      resources:
        limits:
          nvidia.com/gpu: 1 # GPU 1개 요청하기

AMD GPU 디바이스 플러그인 배치하기

공식 AMD GPU 디바이스 플러그인에는 다음의 요구 사항이 있다.

• 쿠버네티스 노드들에는 AMD GPU 리눅스 드라이버가 미리 설치되어 있어야 한다.

클러스터가 실행 중이고 위의 요구 사항이 만족된 후, AMD 디바이스 플러그인을 배치하기 위해서는 아래 명령어를 실행한다.

kubectl create -f https://raw.githubusercontent.com/RadeonOpenCompute/k8s-device-plugin/v1.10/k8s-ds-amdgpu-dp.yaml

RadeonOpenCompute/k8s-device-plugin에 이슈를 로깅하여 해당 서드 파티 디바이스 플러그인에 대한 이슈를 리포트할 수 있다.

NVIDIA GPU 디바이스 플러그인 배치하기

현재는 NVIDIA GPU에 대한 두 개의 디바이스 플러그인 구현체가 있다.

공식 NVIDIA GPU 디바이스 플러그인

공식 NVIDIA GPU 디바이스 플러그인은 다음의 요구 사항을 가진다.

• 쿠버네티스 노드에는 NVIDIA 드라이버가 미리 설치되어 있어야 한다.
• 쿠버네티스 노드에는 nvidia-docker 2.0이 미리 설치되어 있어야 한다.
• Kubelet은 자신의 컨테이너 런타임으로 도커를 사용해야 한다.
• 도커는 runc 대신 nvidia-container-runtime 이 기본 런타임으로 설정되어야 한다.
• NVIDIA 드라이버의 버전은 조건 ~= 384.81을 만족해야 한다.

클러스터가 실행 중이고 위의 요구 사항이 만족된 후, NVIDIA 디바이스 플러그인을 배치하기 위해서는 아래 명령어를 실행한다.

kubectl create -f https://raw.githubusercontent.com/NVIDIA/k8s-device-plugin/1.0.0-beta4/nvidia-device-plugin.yml

NVIDIA/k8s-device-plugin에 이슈를 로깅하여 해당 서드 파티 디바이스 플러그인에 대한 이슈를 리포트할 수 있다.

GCE에서 사용되는 NVIDIA GPU 디바이스 플러그인

GCE에서 사용되는 NVIDIA GPU 디바이스 플러그인은 nvidia-docker의 사용이 필수가 아니며 컨테이너 런타임 인터페이스(CRI)에 호환되는 다른 컨테이너 런타임을 사용할 수 있다. 해당 사항은 컨테이너에 최적화된 OS에서 테스트되었고, 우분투 1.9 이후 버전에 대한 실험적인 코드를 가지고 있다.

사용자는 다음 커맨드를 사용하여 NVIDIA 드라이버와 디바이스 플러그인을 설치할 수 있다.

# 컨테이너에 최적회된 OS에 NVIDIA 드라이버 설치:
kubectl create -f https://raw.githubusercontent.com/GoogleCloudPlatform/container-engine-accelerators/stable/daemonset.yaml

# 우분투에 NVIDIA 드라이버 설치(실험적):
kubectl create -f https://raw.githubusercontent.com/GoogleCloudPlatform/container-engine-accelerators/stable/nvidia-driver-installer/ubuntu/daemonset.yaml

# 디바이스 플러그인 설치:
kubectl create -f https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/kubernetes/release-1.14/cluster/addons/device-plugins/nvidia-gpu/daemonset.yaml

GoogleCloudPlatform/container-engine-accelerators에 이슈를 로깅하여 해당 서드 파티 디바이스 플러그인에 대한 이슈를 리포트할 수 있다.

Google은 GKE에서 NVIDIA GPU 사용에 대한 자체 설명서를 게재하고 있다.

다른 타입의 GPU들을 포함하는 클러스터

만약 클러스터의 노드들이 서로 다른 타입의 GPU를 가지고 있다면, 사용자는 파드를 적합한 노드에 스케줄 하기 위해서 노드 레이블과 노드 셀렉터를 사용할 수 있다.

예를 들면,

# 노드가 가진 가속기 타입에 따라 레이블을 단다.
kubectl label nodes <node-with-k80> accelerator=nvidia-tesla-k80
kubectl label nodes <node-with-p100> accelerator=nvidia-tesla-p100

노드 레이블링 자동화

만약 AMD GPU 디바이스를 사용하고 있다면, 노드 레이블러를 배치할 수 있다. 노드 레이블러는 GPU 디바이스의 속성에 따라서 노드에 자동으로 레이블을 달아 주는 컨트롤러이다.

현재 이 컨트롤러는 다음의 속성에 대해 레이블을 추가할 수 있다.

• 디바이스 ID (-device-id)
• VRAM 크기 (-vram)
• SIMD 개수 (-simd-count)
• 계산 유닛 개수 (-cu-count)
• 펌웨어 및 기능 버전 (-firmware)
• GPU 계열, 두 개 문자 형태의 축약어 (-family)
  • SI - Southern Islands
  • CI - Sea Islands
  • KV - Kaveri
  • VI - Volcanic Islands
  • CZ - Carrizo
  • AI - Arctic Islands
  • RV - Raven

kubectl describe node cluster-node-23

    Name:               cluster-node-23
    Roles:              <none>
    Labels:             beta.amd.com/gpu.cu-count.64=1
                        beta.amd.com/gpu.device-id.6860=1
                        beta.amd.com/gpu.family.AI=1
                        beta.amd.com/gpu.simd-count.256=1
                        beta.amd.com/gpu.vram.16G=1
                        beta.kubernetes.io/arch=amd64
                        beta.kubernetes.io/os=linux
                        kubernetes.io/hostname=cluster-node-23
    Annotations:        kubeadm.alpha.kubernetes.io/cri-socket: /var/run/dockershim.sock
                        node.alpha.kubernetes.io/ttl: 0
    …

노드 레이블러가 사용된 경우, GPU 타입을 파드 스펙에 명시할 수 있다.

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: cuda-vector-add
spec:
  restartPolicy: OnFailure
  containers:
    - name: cuda-vector-add
      # https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/v1.7.11/test/images/nvidia-cuda/Dockerfile
      image: "registry.k8s.io/cuda-vector-add:v0.1"
      resources:
        limits:
          nvidia.com/gpu: 1
  nodeSelector:
    accelerator: nvidia-tesla-p100 # 또는 nvidia-tesla-k80 등.

이것은 파드가 사용자가 지정한 GPU 타입을 가진 노드에 스케줄 되도록 만든다.