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虚拟机配置 GPU（直通模式）

本文将介绍如何在创建虚拟机时，配置 GPU 的前提条件。

配置虚拟机的 GPU 的重点是对 GPU Operator 进行配置，以便在工作节点上部署不同的软件组件，具体取决于这些节点上配置运行的 GPU 工作负载。以下三个节点为例：

  • controller-node-1 节点配置为运行容器。
  • work-node-1 节点配置为运行具有直通 GPU 的虚拟机。
  • work-node-2 节点配置为运行具有虚拟 vGPU 的虚拟机。

假设、限制和依赖性

工作节点可以运行 GPU 加速容器，也可以运行具有 GPU 直通的 GPU 加速 VM，或者具有 vGPU 的 GPU 加速 VM，但不能运行其中任何一个的组合。

  1. 集群管理员或开发人员需要提前了解集群情况，并正确标记节点以指示它们将运行的 GPU 工作负载类型。
  2. 运行具有 GPU 直通或vGPU的 GPU 加速 VM的工作节点被假定为裸机，如果工作节点是虚拟机，则需要在虚拟机平台上启用 GPU 直通功能，请向虚拟机平台提供商咨询。
  3. 不支持 Nvidia MIG 的 vGPU。
  4. GPU Operator 不会自动在 VM 中安装 GPU 驱动程序。

启用 IOMMU

为了启用GPU直通功能，集群节点需要开启IOMMU。请参考如何开启IOMMU。 如果您的集群是在虚拟机上运行，请咨询您的虚拟机平台提供商。

标记集群节点

进入 容器管理 ，选取您的工作集群，点击 节点管理 的操作栏 修改标签 ，为节点添加标签，每个节点只能有一种标签。

您可以为标签分配以下值：container、vm-passthrough 和 vm-vgpu。

标记标签

安装 Nvidia Operator

  1. 进入 容器管理 ，选取您的工作集群，点击 Helm 应用 -> Helm 模板 ，选择并安装 gpu-operator。需要修改一些 yaml 中的相关字段。

    gpu-operator.sandboxWorkloads.enabled=true
gpu-operator.vfioManager.enabled=true
gpu-operator.sandboxDevicePlugin.enabled=true
gpu-operator.sandboxDevicePlugin.version=v1.2.4   // version 需要 >= v1.2.4
gpu-operator.toolkit.version=v1.14.3-ubuntu20.04

  2. 等待安装成功，如下图所示：

    安装成功

安装 virtnest-agent 并配置 CR

  1. 安装 virtnest-agent，参考安装 virtnest-agent。

  2. 将 vGPU 和 GPU 直通加入 Virtnest Kubevirt CR，以下示例是添加 vGPU 和 GPU 直通后的 部分关键 yaml：

    spec:
  configuration:
    developerConfiguration:
      featureGates:
      - GPU
      - DisableMDEVConfiguration
    # 下面是需要填写的信息
    permittedHostDevices:
      mediatedDevices:            # vGPU
      - mdevNameSelector: GRID P4-1Q
        resourceName: nvidia.com /GRID_P4-1Q
    pciHostDevices:             # GPU 直通
    - externalResourceProvider:  true
      pciVendorSelector: 10DE:1BB3
      resourceName: nvidia.com /GP104GL_TESLA_P4

  3. 在 kubevirt CR yaml 中，permittedHostDevices 用于导入 VM 设备，vGPU 需在其中添加 mediatedDevices，具体结构如下：

    mediatedDevices:          
- mdevNameSelector: GRID P4-1Q          # 设备名称
  resourceName: nvidia.com/GRID_P4-1Q    # GPU Operator 注册到节点的vGPU信息4.

  4. GPU 直通需要在 permittedHostDevices 下添加 pciHostDevices，具体结构如下：

    pciHostDevices:           
- externalResourceProvider: true           # 默认不要更改
  pciVendorSelector: 10DE:1BB3              # 当前 pci 设备的 vednor id
  resourceName: nvidia.com/GP104GL_TESLA_P4 # GPU Operator 注册到节点的GPU信息

  5. 获取 vGPU 信息示例（仅适用于 vGPU）：在标记为 nvidia.com/gpu.workload.config=vm-gpu 的节点（例如 work-node-2）上查看节点信息， Capacity 中的 nvidia.com/GRID_P4-1Q: 8 表示可用 vGPU：

    # kubectl describe node work-node-2
Capacity:
  cpu:                                 64
  devices.kubevirt.io/kvm:             1k
  devices.kubevirt.io/tun:             1k
  devices.kubevirt.io/vhost-net:       1k
  ephemeral-storage:                   102626232Ki
  hugepages-1Gi:                       0
  hugepages-2Mi:                       0
  memory:                              264010840Ki
  nvidia.com/GRID_P4-1Q :              8
  pods:                                110
Allocatable:
  cpu:                                  64
  devices.kubevirt.io/kvm:              1k
  devices.kubevirt.io/tun:              1k
  devices.kubevirt.io/vhost-net:        1k
  ephemeral-storage:                    94580335255
  hugepages-1Gi:                        0
  hugepages-2Mi:                        0
  memory:                               263908440Ki
  nvidia.com/GRID_P4-1Q:                8
  pods:                                 110

​ 那么 mdevNameSelector 应该是 “GRID P4-1Q”，resourceName 应该是 “GRID_P4-1Q”

  1. 获取 GPU 直通信息：在标记 nvidia.com/gpu.workload.config=vm-passthrough 的 node 上（本文档示例 node 为 work-node-1）， 查看 node 信息，Capacity 中 nvidia.com/GP104GL_TESLA_P4: 2 就是可用 vGPU：

    # kubectl describe node work-node-1
Capacity:
  cpu:                            64
  devices.kubevirt.io/kvm:        1k
  devices.kubevirt.io/tun:        1k
  devices.kubevirt.io/vhost-net:  1k
  ephemeral-storage:              102626232Ki
  hugepages-1Gi:                  0
  hugepages-2Mi:                  0
  memory:                         264010840Ki
  nvidia.com/GP104GL_TESLA_P4:    2
  pods:                           110
Allocatable:
  cpu:                            64
  devices.kubevirt.io/kvm:        1k
  devices.kubevirt.io/tun:        1k
  devices.kubevirt.io/vhost-net:  1k
  ephemeral-storage:              94580335255
  hugepages-1Gi:                  0
  hugepages-2Mi:                  0
  memory:                         263908440Ki
  nvidia.com/GP104GL_TESLA_P4:    2
  pods:                           110

    那么 resourceName 应该是 “GRID_P4-1Q”, 如何获取 pciVendorSelector 呢？通过 ssh 登录到 work-node-1 目标节点， 通过 "lspci -nnk -d 10de:" 命令获取 Nvidia GPU PCI 信息，如下所示：红框所示即是 pciVendorSelector 信息。

    获取 pciVendorSelector

  2. 编辑 kubevirt CR 提示：如果同一型号 GPU 有多个，只需在 CR 中写入一个即可，无需列出每个 GPU。

    # kubectl -n virtnest-system edit kubevirt kubevirt
spec:
  configuration:
    developerConfiguration:
      featureGates:
      - GPU
      - DisableMDEVConfiguration
    # 下面是需要填写的信息
    permittedHostDevices:
      mediatedDevices:                    # vGPU
      - mdevNameSelector: GRID P4-1Q
        resourceName: nvidia.com/GRID_P4-1Q
    pciHostDevices:                       # GPU 直通，上面的示例中 TEESLA P4 有两个 GPU，这里只需要注册一个即可
      - externalResourceProvider: true
        pciVendorSelector: 10DE:1BB3
        resourceName: nvidia.com/GP104GL_TESLA_P4

yaml 创建 VM 并使用 GPU 加速

与普通虚拟机唯一的区别是在 devices 中添加 gpu 相关信息。

点击查看完整 YAML 
apiVersion: kubevirt.io/v1
kind: VirtualMachine
metadata:
  name: testvm-gpu1
  namespace: default
spec:
  dataVolumeTemplates:
  - metadata:
      creationTimestamp: null
      name: systemdisk-testvm-gpu1
      namespace: default
    spec:
      pvc:
        accessModes:
        - ReadWriteOnce
        resources:
          requests:
            storage: 10Gi
        storageClassName: www
      source:
        registry:
          url: docker://release-ci.daocloud.io/virtnest/system-images/debian-12-x86_64:v1
runStrategy: Manual
template:
    metadata:
      creationTimestamp: null
    spec:
      domain:
        cpu:
          cores: 1
          sockets: 1
          threads: 1
        devices:
          disks:
          - bootOrder: 1
            disk:
              bus: virtio
            name: systemdisk-testvm-gpu1
          - disk:
              bus: virtio
            name: cloudinitdisk
        gpus:
        - deviceName: nvidia.com/GP104GL_TESLA_P4
            name: gpu-0-0
        - deviceName: nvidia.com/GP104GL_TESLA_P4
          name: gpu-0-1
        interfaces:
        - masquerade: {}
          name: default
      machine:
        type: q35
      resources:
        requests:
          memory: 2Gi
    networks:
    - name: default
      pod: {}
    volumes:
    - dataVolume:
        name: systemdisk-testvm-gpu1
      name: systemdisk-testvm-gpu1
    - cloudInitNoCloud:
        userDataBase64: I2Nsb3VkLWNvbmZpZwpzc2hfcHdhdXRoOiB0cnVlCmRpc2FibGVfcm9vdDogZmFsc2UKY2hwYXNzd2Q6IHsibGlzdCI6ICJyb290OmRhbmdlcm91cyIsIGV4cGlyZTogRmFsc2V9CgoKcnVuY21kOgogIC0gc2VkIC1pICIvI1w/UGVybWl0Um9vdExvZ2luL3MvXi4qJC9QZXJtaXRSb290TG9naW4geWVzL2ciIC9ldGMvc3NoL3NzaGRfY29uZmlnCiAgLSBzeXN0ZW1jdGwgcmVzdGFydCBzc2guc2VydmljZQ==
        name: cloudinitdisk

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