阿里云容器服务Kubernetes 基于GPU指标自动伸缩

本文涉及的产品
容器镜像服务 ACR,镜像仓库100个 不限时长
简介: ### 基于GPU的指标扩缩容 在深度学习训练中,训练完成的模型,通过Serving服务提供模型服务。本文介绍如何构建弹性自动伸缩的Serving服务。 Kubernetes 支持HPA模块进行容器伸缩,默认支持CPU和内存等指标。

基于GPU的指标扩缩容

在深度学习训练中,训练完成的模型,通过Serving服务提供模型服务。本文介绍如何构建弹性自动伸缩的Serving服务。

Kubernetes 支持HPA模块进行容器伸缩,默认支持CPU和内存等指标。原生的HPA基于Heapster,不支持GPU指标的伸缩,但是支持通过CustomMetrics的方式进行HPA指标的扩展。我们可以通过部署一个基于Prometheus Adapter 作为CustomMetricServer,它能将Prometheus指标注册的APIServer接口,提供HPA调用。 通过配置,HPA将CustomMetric作为扩缩容指标, 可以进行GPU指标的弹性伸缩。

前提

您需要创建一个容器服务Kubernets集群,并完成GPU监控部分的部署 阿里云容器Kubernetes监控- GPU监控, 完成部署Promethues用于监控GPU使用指标,我们将通过Prometheus 里的监控数据作为参考指标进行弹性伸缩。

注意

当HPA配置自定义监控指标进行伸缩指标后, 将无法使用原生HPA基于Heapster的CPU和Memory的伸缩。

部署

登录master上执行脚本,生成Prometheus Adapter的证书

#!/usr/bin/env bash
set -e
set -o pipefail
set -u
b64_opts='--wrap=0'
# go get -v -u github.com/cloudflare/cfssl/cmd/...

export PURPOSE=metrics
openssl req -x509 -sha256 -new -nodes -days 365 -newkey rsa:2048 -keyout ${PURPOSE}-ca.key -out ${PURPOSE}-ca.crt -subj "/CN=ca"
echo '{"signing":{"default":{"expiry":"43800h","usages":["signing","key encipherment","'${PURPOSE}'"]}}}' > "${PURPOSE}-ca-config.json"

export SERVICE_NAME=custom-metrics-apiserver
export ALT_NAMES='"custom-metrics-apiserver.monitoring","custom-metrics-apiserver.monitoring.svc"'
echo "{\"CN\":\"${SERVICE_NAME}\", \"hosts\": [${ALT_NAMES}], \"key\": {\"algo\": \"rsa\",\"size\": 2048}}" | \
           cfssl gencert -ca=metrics-ca.crt -ca-key=metrics-ca.key -config=metrics-ca-config.json - | cfssljson -bare apiserver

cat <<-EOF > cm-adapter-serving-certs.yaml
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: cm-adapter-serving-certs
data:
  serving.crt: $(base64 ${b64_opts} < apiserver.pem)
  serving.key: $(base64 ${b64_opts} < apiserver-key.pem)
EOF

kubectl -n kube-system apply -f cm-adapter-serving-certs.yaml

部署Prometheus CustomMetric Adapter

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    app: custom-metrics-apiserver
  name: custom-metrics-apiserver
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: custom-metrics-apiserver
  template:
    metadata:
      labels:
        app: custom-metrics-apiserver
      name: custom-metrics-apiserver
    spec:
      serviceAccountName: custom-metrics-apiserver
      containers:
      - name: custom-metrics-apiserver
        image: registry.cn-beijing.aliyuncs.com/test-hub/k8s-prometheus-adapter-amd64
        args:
        - --secure-port=6443
        - --tls-cert-file=/var/run/serving-cert/serving.crt
        - --tls-private-key-file=/var/run/serving-cert/serving.key
        - --logtostderr=true
        - --prometheus-url=http://prometheus-svc.kube-system.svc.cluster.local:9090/
        - --metrics-relist-interval=1m
        - --v=10
        - --config=/etc/adapter/config.yaml
        ports:
        - containerPort: 6443
        volumeMounts:
        - mountPath: /var/run/serving-cert
          name: volume-serving-cert
          readOnly: true
        - mountPath: /etc/adapter/
          name: config
          readOnly: true
        - mountPath: /tmp
          name: tmp-vol
      volumes:
      - name: volume-serving-cert
        secret:
          secretName: cm-adapter-serving-certs
      - name: config
        configMap:
          name: adapter-config
      - name: tmp-vol
        emptyDir: {}
---
kind: ServiceAccount
apiVersion: v1
metadata:
  name: custom-metrics-apiserver
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: custom-metrics-apiserver
spec:
  ports:
  - port: 443
    targetPort: 6443
  selector:
    app: custom-metrics-apiserver
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  name: custom-metrics-server-resources
rules:
- apiGroups:
  - custom.metrics.k8s.io
  resources: ["*"]
  verbs: ["*"]
---
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: adapter-config
data:
  config.yaml: |
    rules:
    - seriesQuery: '{uuid!=""}'
      resources:
        overrides:
          node_name: {resource: "node"}
          pod_name: {resource: "pod"}
          namespace_name: {resource: "namespace"}
      name:
        matches: ^nvidia_gpu_(.*)$
        as: "${1}_over_time"
      metricsQuery: ceil(avg_over_time(<<.Series>>{<<.LabelMatchers>>}[3m]))
    - seriesQuery: '{uuid!=""}'
      resources:
        overrides:
          node_name: {resource: "node"}
          pod_name: {resource: "pod"}
          namespace_name: {resource: "namespace"}
      name:
        matches: ^nvidia_gpu_(.*)$
        as: "${1}_current"
      metricsQuery: <<.Series>>{<<.LabelMatchers>>}
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  name: custom-metrics-resource-reader
rules:
- apiGroups:
  - ""
  resources:
  - namespaces
  - pods
  - services
  verbs:
  - get
  - list
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: hpa-controller-custom-metrics
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: custom-metrics-server-resources
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: horizontal-pod-autoscaler
  namespace: kube-system
角色授权, 如果使用kube-system以外的命名空间, 需要修改模板中的namespace字段:
apiVersion: apiregistration.k8s.io/v1beta1
kind: APIService
metadata:
  name: v1beta1.custom.metrics.k8s.io
  namespace: kube-system
spec:
  service:
    name: custom-metrics-apiserver
    namespace: kube-system # 如果部署kube-system以外的Namespace 需要修改此处
  group: custom.metrics.k8s.io
  version: v1beta1
  insecureSkipTLSVerify: true
  groupPriorityMinimum: 100
  versionPriority: 100
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: custom-metrics-resource-reader
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: custom-metrics-resource-reader
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: custom-metrics-apiserver
  namespace: kube-system # 如果部署kube-system 以外的Namespace 需要修改此处
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: custom-metrics:system:auth-delegator
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: system:auth-delegator
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: custom-metrics-apiserver
  namespace: kube-system # 如果部署kube-system 以外的Namespace 需要修改此处
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
  name: custom-metrics-auth-reader
  namespace: kube-system
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: Role
  name: extension-apiserver-authentication-reader
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: custom-metrics-apiserver
  namespace: kube-system

部署完成后,可以通过customMetric的ApiServer调用,验证Prometheus Adapter部署成功

# kubectl get --raw "/apis/custom.metrics.k8s.io/v1beta1/namespaces/default/pods/*/temperature_celsius_current"
{"kind":"MetricValueList","apiVersion":"custom.metrics.k8s.io/v1beta1","metadata":{"selfLink":"/apis/custom.metrics.k8s.io/v1beta1/namespaces/default/pods/%2A/temperature_celsius_current"},"items":[]}

修改controller-manager配置,使用CustomMetric 作为hpa伸缩指标

登录到三个master上,分别执行脚本,修改ApiServer的HPA配置

sed -i 's/--horizontal-pod-autoscaler-use-rest-clients=false/--horizontal-pod-autoscaler-use-rest-clients=true/g' /etc/kubernetes/manifests/kube-controller-manager.yaml

检测修改结果

# kubectl -n kube-system describe po -l component=kube-controller-manager | grep 'horizontal-pod-autoscaler-use-rest-clients'

      --horizontal-pod-autoscaler-use-rest-clients=true
      --horizontal-pod-autoscaler-use-rest-clients=true
      --horizontal-pod-autoscaler-use-rest-clients=true

伸缩指标

至此,我们已经部署了一个Prometheus 的CustomMetric Server, 我们通过adapter-config这个configMap配置Prometheus 提供暴露给ApiServer 的指标
支持以下GPU指标:

Prometheus指标 含义 HPA指标 HPA指标(3分钟平均值)
nvidia_gpu_duty_cycle GPU使用率 nvidia_gpu_duty_cycle_current nvidia_gpu_duty_cycle_over_time
nvidia_gpu_memory_total_bytes GPU总内存 nvidia_gpu_memory_total_bytes_current nvidia_gpu_memory_total_bytes_over_time
nvidia_gpu_memory_used_bytes GPU已分配内存 nvidia_gpu_memory_used_bytes_current nvidia_gpu_memory_used_bytes_over_time
nvidia_gpu_power_usage_milliwatts GPU耗电量 nvidia_gpu_power_usage_milliwatts_current nvidia_gpu_power_usage_milliwatts_over_time
nvidia_gpu_temperature_celsius GPU温度 temperature_celsius_current temperature_celsius_over_time

使用GPU指标进行自动伸缩

部署一个deployment

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name:  fast-style-transfer-serving
  labels:
    app: tensorflow-serving
spec:
  ports:
    - name: http-serving
      port: 5000
      targetPort: 5000
  selector:
    app: tensorflow-serving
---
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: fast-style-transfer-serving
  labels:
    app: tensorflow-serving
spec:
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: tensorflow-serving
    spec:
      containers:
        - name: serving
          image: "registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/tensorflow-samples/fast-style-transfer-serving:la_muse"
          command: ["python", "app.py"]
          resources:
            limits:
              nvidia.com/gpu: 1

创建一个基于GPU指标伸缩的HPA

kind: HorizontalPodAutoscaler
apiVersion: autoscaling/v2beta1
metadata:
  name: gpu-hpa
spec:
  scaleTargetRef:
    apiVersion: extensions/v1beta1
    kind: Deployment
    name: fast-style-transfer-serving
  minReplicas: 1
  maxReplicas: 10
  metrics:
  - type: Pods
    pods:
      metricName: duty_cycle_current # 指标为pod的平均GPU使用率
      targetAverageValue: 40

查看HPA的指标以及指标值

# kubectl get hpa
NAME      REFERENCE                                TARGETS   MINPODS   MAXPODS   REPLICAS   AGE
gpu-hpa   Deployment/fast-style-transfer-serving   0 / 40    1         10        1          37s

部署一个fast-style-transfer的压测应用

这个应用会不断向serving发送图片,用于模拟压力测试

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: fast-style-transfer-press
  labels:
    app: fast-style-transfer-press
spec:
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: fast-style-transfer-press
    spec:
      containers:
        - name: serving
          image: "registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/xiaozhou/fast-style-transfer-press:v0"
          env:
            - name: SERVER_IP
              value: fast-style-transfer-serving
            - name: BATCH_SIZE
              value: "100"
            - name: TOTAL_SIZE
              value: "12000"

压测部署完成后,可以在监控面板的【GPU应用监控】看到指标变化

image.png | left | 398x234

也能够通过HPA看到指标变化

# kubectl get hpa
NAME             REFERENCE                 TARGETS   MINPODS   MAXPODS   REPLICAS   AGE
sample-gpu-hpa   Deployment/demo-service   63 / 30    1         10        1          3m

压测一段时间后可以看到pod扩容

NAME                                           READY     STATUS    RESTARTS   AGE
fast-style-transfer-press-69c48966d8-dqf5n     1/1       Running   0          4m
fast-style-transfer-serving-84587c94b7-7xp2d   1/1       Running   0          5m
fast-style-transfer-serving-84587c94b7-slbdn   1/1       Running   0          47s

监控界面也可以看到扩容的的pod以及GPU指标:

image.png | left | 434x253

将压测容器停止

执行以下命令,将压测应用停止:

kubectl scale deploy fast-style-transfer-press --replicas=0 # 将压测应用容器缩容为0

(也可以在控制台上执行部署伸缩操作)

在HPA上检查dutyCycle指标变化为0

kubectl get hpa
NAME      REFERENCE                                TARGETS   MINPODS   MAXPODS   REPLICAS   AGE
gpu-hpa   Deployment/fast-style-transfer-serving   0 / 40    1         10        3          9m

一段时间后检查容器是否成功缩容

kubectl get po
NAME                                           READY     STATUS    RESTARTS   AGE
fast-style-transfer-serving-84587c94b7-7xp2d   1/1       Running   0          10m
相关实践学习
使用ACS算力快速搭建生成式会话应用
阿里云容器计算服务 ACS(Container Compute Service)以Kubernetes为使用界面,采用Serverless形态提供弹性的算力资源,使您轻松高效运行容器应用。本文将指导您如何通过ACS控制台及ACS集群证书在ACS集群中快速部署并公开一个容器化生成式AI会话应用,并监控应用的运行情况。
深入解析Docker容器化技术
Docker是一个开源的应用容器引擎,让开发者可以打包他们的应用以及依赖包到一个可移植的容器中,然后发布到任何流行的Linux机器上,也可以实现虚拟化,容器是完全使用沙箱机制,相互之间不会有任何接口。Docker是世界领先的软件容器平台。开发人员利用Docker可以消除协作编码时“在我的机器上可正常工作”的问题。运维人员利用Docker可以在隔离容器中并行运行和管理应用,获得更好的计算密度。企业利用Docker可以构建敏捷的软件交付管道,以更快的速度、更高的安全性和可靠的信誉为Linux和Windows Server应用发布新功能。 在本套课程中,我们将全面的讲解Docker技术栈,从环境安装到容器、镜像操作以及生产环境如何部署开发的微服务应用。本课程由黑马程序员提供。 &nbsp; &nbsp; 相关的阿里云产品:容器服务 ACK 容器服务 Kubernetes 版(简称 ACK)提供高性能可伸缩的容器应用管理能力,支持企业级容器化应用的全生命周期管理。整合阿里云虚拟化、存储、网络和安全能力,打造云端最佳容器化应用运行环境。 了解产品详情: https://www.aliyun.com/product/kubernetes
目录
相关文章
|
1月前
|
存储 Kubernetes 网络安全
关于阿里云 Kubernetes 容器服务(ACK)添加镜像仓库的快速说明
本文介绍了在中国大陆地区因网络限制无法正常拉取 Docker 镜像的解决方案。作者所在的阿里云 Kubernetes 集群使用的是较旧版本的 containerd(1.2x),且无法直接通过 SSH 修改节点配置,因此采用了一种无需更改 Kubernetes 配置文件的方法。通过为 `docker.io` 添加 containerd 的镜像源,并使用脚本自动修改 containerd 配置文件中的路径错误(将错误的 `cert.d` 改为 `certs.d`),最终实现了通过多个镜像站点拉取镜像。作者还提供了一个可重复运行的脚本,用于动态配置镜像源。虽然该方案能缓解镜像拉取问题,
206 2
|
3月前
|
运维 Kubernetes 持续交付
ACK One GitOps:让全球化游戏服务持续交付更简单
ACK One GitOps 致力于提供开箱即用的多集群 GitOps 持续交付能力,简化游戏等服务的多集群/多地域统一部署,让您更加专注于业务开发。
|
7月前
|
存储 测试技术 对象存储
容器计算服务ACS单张GPU即可快速搭建QwQ-32B推理模型
阿里云最新发布的QwQ-32B模型拥有320亿参数,通过强化学习大幅度提升了模型推理能力,其性能与DeepSeek-R1 671B媲美,本文介绍如何使用ACS算力部署生产可用的QwQ-32B模型推理服务。
|
7月前
|
安全 持续交付 云计算
课时5:阿里云容器服务:最原生的集成Docker和云服务
阿里云容器服务以服务化形式构建容器基础设施,大幅提升开发效率,简化应用部署流程。通过Docker容器和DevOps工具(如Jenkins),实现自动化部署与迭代,优化企业内部复杂部署问题。该服务支持GPU调度、混合云架构无缝迁移,并与阿里云产品体系无缝集成,提供安全防护、网络负载均衡等多重功能支持。凭借微服务架构,帮助企业突破业务瓶颈,提高资源利用率,轻松应对海量流量。
248 0
课时5:阿里云容器服务:最原生的集成Docker和云服务
|
7月前
|
人工智能 Kubernetes Serverless
阿里云向全球客户推出创新容器计算服务ACS,可降低算力成本高达55%
阿里云向全球客户推出创新容器计算服务ACS,可降低算力成本高达55%
|
8月前
|
弹性计算 监控 持续交付
面对热点事件,阿里云如何通过云上弹性与容器服务帮助客户应对流量洪峰
面对热点事件,阿里云如何通过云上弹性与容器服务帮助客户应对流量洪峰
186 0
|
8月前
|
监控 Cloud Native Java
基于阿里云容器服务(ACK)的微服务架构设计与实践
本文介绍如何利用阿里云容器服务Kubernetes版(ACK)构建高可用、可扩展的微服务架构。通过电商平台案例,展示基于Java(Spring Boot)、Docker、Nacos等技术的开发、容器化、部署流程,涵盖服务注册、API网关、监控日志及性能优化实践,帮助企业实现云原生转型。
|
5月前
|
资源调度 Kubernetes 调度
从单集群到多集群的快速无损转型:ACK One 多集群应用分发
ACK One 的多集群应用分发,可以最小成本地结合您已有的单集群 CD 系统,无需对原先应用资源 YAML 进行修改,即可快速构建成多集群的 CD 系统,并同时获得强大的多集群资源调度和分发的能力。
194 9
|
5月前
|
资源调度 Kubernetes 调度
从单集群到多集群的快速无损转型:ACK One 多集群应用分发
本文介绍如何利用阿里云的分布式云容器平台ACK One的多集群应用分发功能,结合云效CD能力,快速将单集群CD系统升级为多集群CD系统。通过增加分发策略(PropagationPolicy)和差异化策略(OverridePolicy),并修改单集群kubeconfig为舰队kubeconfig,可实现无损改造。该方案具备多地域多集群智能资源调度、重调度及故障迁移等能力,帮助用户提升业务效率与可靠性。
|
7月前
|
存储 Kubernetes 监控
K8s集群实战:使用kubeadm和kuboard部署Kubernetes集群
总之,使用kubeadm和kuboard部署K8s集群就像回归童年一样,简单又有趣。不要忘记,技术是为人服务的,用K8s集群操控云端资源,我们不过是想在复杂的世界找寻简单。尽管部署过程可能遇到困难,但朝着简化复杂的目标,我们就能找到意义和乐趣。希望你也能利用这些工具,找到你的乐趣,满足你的需求。
661 33

相关产品

  • 容器计算服务
  • 容器服务Kubernetes版
  • 推荐镜像

    更多
    下一篇
    日志分析软件