调度策略
摘要
当前在一个拥有许多 GPU 节点的集群中，节点在做调度决策时没有进行 binpack 或 spread，使用 vGPU 时 GPU 卡也没有进行 binpack 、spread 或 topology-aware。
提案
我们在配置中添加 node-scheduler-policy 和 gpu-scheduler-policy，然后调度器可以使用此策略实现节点 binpack 或 spread 或 GPU binpack、spread 或 topology-aware。topology-aware 策略只在Nvidia GPU卡下生效。
用户可以设置 Pod 注释来更改此默认策略，使用 hami.io/node-scheduler-policy 和 hami.io/gpu-scheduler-policy 来覆盖调度器配置。
用户故事
这是一个 GPU 集群，拥有两个节点，以下故事以此集群为前提。
故事 1
节点 binpack，尽可能使用一个节点的 GPU 卡，例如：
-
集群资源：
- 节点1：GPU 拥有 4 个 GPU 设备
- 节点2：GPU 拥有 4 个 GPU 设备
-
请求：
- pod1：使用 1 个 GPU
- pod2：使用 1 个 GPU
-
调度结果：
- pod1：调度到节点1
- pod2：调度到节点1
故事 2
节点 spread，尽可能使用来自不同节点的 GPU 卡，例如：
-
集群资源：
- 节点1：GPU 拥有 4 个 GPU 设备
- 节点2：GPU 拥有 4 个 GPU 设备
-
请求：
- pod1：使用 1 个 GPU
- pod2：使用 1 个 GPU
-
调度结果：
- pod1：调度到节点1
- pod2：调度到节点2
故事 3
GPU binpack，尽可能使用同一个 GPU 卡，例如：
-
集群资源：
- 节点1：GPU 拥有 4 个 GPU 设备，它们是 GPU1, GPU2, GPU3, GPU4
-
请求：
- pod1：使用 1 个 GPU，gpucore 是 20%，gpumem-percentage 是 20%
- pod2：使用 1 个 GPU，gpucore 是 20%，gpumem-percentage 是 20%
-
调度结果：
- pod1：调度到节点1，选择 GPU1 这个设备
- pod2：调度到节点1，选择 GPU1 这个设备
故事 4
GPU spread，尽可能使用不同的 GPU 卡，例如：
-
集群资源：
- 节点1：GPU 拥有 4 个 GPU 设备，它们是 GPU1, GPU2, GPU3, GPU4
-
请求：
- pod1：使用 1 个 GPU，gpucore 是 20%，gpumem-percentage 是 20%
- pod2：使用 1 个 GPU，gpucore 是 20%，gpumem-percentage 是 20%
-
调度结果：
- pod1：调度到节点1，选择 GPU1 这个设备
- pod2：调度到节点1，选择 GPU2 这个设备
设计细节
Node-scheduler-policy
Binpack
Binpack 主要考虑节点资源使用情况。使用越满，得分越高。
score: ((request + used) / allocatable) * 10
- 节点1的 Binpack 评分信息如下
Node1 score: ((1+3)/4) * 10= 10
- 节点2的 Binpack 评分信息如下
Node2 score: ((1+2)/4) * 10= 7.5
因此，在 Binpack 策略中我们可以选择 Node1。
Spread
Spread 主要考虑节点资源使用情况。使用越少，得分越高。
score: ((request + used) / allocatable) * 10
- 节点1的 Spread 评分信息如下
Node1 score: ((1+3)/4) * 10= 10
- 节点2的 Spread 评分信息如下
Node2 score: ((1+2)/4) * 10= 7.5
因此，在 Spread 策略中我们可以选择 Node2。
GPU-scheduler-policy
Binpack
Binpack 主要关注每张卡的计算能力和显存使用情况。使用越 多，得分越高。
score: ((request.core + used.core) / allocatable.core + (request.mem + used.mem) / allocatable.mem)) * 10
- GPU1 的 Binpack 评分信息如下
GPU1 Score: ((20+10)/100 + (1000+2000)/8000)) * 10 = 6.75
- GPU2 的 Binpack 评分信息如下
GPU2 Score: ((20+70)/100 + (1000+6000)/8000)) * 10 = 17.75
因此，在 Binpack 策略中我们可以选择 GPU2。
Spread
Spread 主要关注每张卡的计算能力和显存使用情况。使用越少，得分越少，但调度优先级越高。
score: ((request.core + used.core) / allocatable.core + (request.mem + used.mem) / allocatable.mem)) * 10
- GPU1 的 Spread 评分信息如下
GPU1 Score: ((20+10)/100 + (1000+2000)/8000)) * 10 = 6.75
- GPU2 的 Spread 评分信息如下
GPU2 Score: ((20+70)/100 + (1000+6000)/8000)) * 10 = 17.75
因此，在 Spread 策略中我们可以选择 GPU1。
拓扑感知
Nvidia 拓扑感知（仅 Nvidia GPU 支持）
Nvidia 拓扑感知主要关注每张卡之间的拓扑关系（使用nvidia-smi topo-m 命令查询），hami-device-plugin 会根据拓扑关系计算出卡与卡之间的得分，GPU 之间带宽越大，得分越高。如下所示：
[
{
"uuid": "gpu0",
"score": {
"gpu1": "100",
"gpu2": "100",
"gpu3": "200"
}
},
{
"uuid": "gpu1",
"score": {
"gpu0": "100",
"gpu2": "200",
"gpu3": "100"
}
},
{
"uuid": "gpu2",
"score": {
"gpu0": "100",
"gpu1": "200",
"gpu3": "200"
}
},
{
"uuid": "gpu3",
"score": {
"gpu0": "200",
"gpu1": "100",
"gpu2": "200"
}
}
]
单卡
当一个Pod只需要一张卡时，优先考虑与其他卡通信最差的卡，得分越低，调度优先级越高，如下
- gpu0 与其他卡的得分之和如下
gpu0 score: 100+100+200 = 400
- gpu1 与其他卡得分之和如下
gpu1 score: 100+200+100 = 400
- gpu2 与其他卡得分之和如下
gpu2 score: 100+200+200 = 500
- gpu3 与其他卡得分之和如下
gpu3 score: 200+100+200 = 500
因此在Pod仅申请一张卡时，我们会随机选择gpu0 或者gpu1
多卡
当Pod申请了多张卡（大于一张卡）时，会优先考虑得分最高的组合，得分越高，调度优先级越高。
举例：Pod申请了3张卡时，以gpu0，gpu1，gpu2为例，得分计算方式为totalScore = score（gpu0，gpu1）+ score（gpu0，gpu2）+ score（gpu1，gpu2）
- gpu0，gpu1，gpu2 得分如下
(gpu0, gpu1, gpu2) totalScore: 100+100+200 = 400
- gpu0，gpu1，gpu3 得分如下
（gpu0，gpu1，gpu3）totalScore：100+200+100 = 400
- gpu1，gpu2，gpu3 得分如下
（gpu1，gpu2，gpu3）totalScore：200+100+200 = 500
因此在Pod 申请3张卡时，我们会选择分配gpu1，gpu2，gpu3
