背景信息

當部署一個云原生AI集群之后，集群管理員需要對集群資源進行劃分，管理多個項目組，并可以多個維度查看集群資源的使用情況，以便及時做出調整，使集群達到最佳的利用率。

當集群中有多個用戶時，為了保障用戶有足夠的資源使用，管理員會將集群的資源固定分配給不同的用戶。傳統的方法是通過Kubernetes原生的ResourceQuota方式進行固定資源的分配。但由于小組之間資源忙閑不一，為了集群整體利用率達到最高，需要在確保用戶的資源分配的基礎上通過資源共享的方式來提升整體資源的利用率。

以下圖的公司組織結構為例，您可以根據具體情況，配置多個層級的彈性配額。圖中每個葉子結點，可對應一個用戶組，通過給用戶組中的用戶分配不同的namespace和role，可以將權限管理和配額管理分開。既可以在組間共享資源，又可以在組內實現隔離。

前提條件

• 已創建ACK Pro版集群，且在組件配置頁面，需要選中監控插件和日志服務。具體操作，請參見創建ACK Pro版集群。

• ACK Pro版集群的Kubernetes版本不低于1.18。

目標任務

步驟一：安裝云原生AI套件

云原生AI套件作為一款插件化的工具集，包括任務彈性、數據加速、AI任務調度、AI任務生命周期管理、集群運維控制臺、端到端研發控制臺等組件。您可以根據實際需要自由選擇安裝。

部署云原生AI套件

1. 登錄容器服務管理控制臺。

2. 在控制臺左側導航欄，單擊集群。

3. 在集群列表頁面，單擊目標集群名稱或者目標集群右側操作列下的詳情。

4. 在集群管理頁左側導航欄，選擇應用 > 云原生AI套件。

5. 在云原生AI套件頁面，單擊一鍵部署。
6. 在一鍵部署云原生AI套件頁面，根據需要選中相應的組件后，單擊頁面下方的部署云原生AI套件，開始檢查環境和依賴項，檢查通過后，自動部署選擇的組件。
   說明

   • 交互方式下的Arena命名行（必選）為默認必選組件。
   • 選中云原生AI運維控制臺時，會彈出提示話框。具體操作，請參見步驟1。
   組件安裝成功后，在組件列表頁面：

   • 您能看到當前集群中已經安裝的組件名稱、版本等信息，并能對組件進行部署、卸載操作。
   • 如果已安裝的組件有新版本的話，還可以對組件進行升級操作。
   • 安裝了云原生AI運維控制臺組件（ack-ai-dashboard）后，您可在頁面左上方看到運維控制臺訪問地址，通過該地址可以訪問運維控制臺頁面。

安裝配置云原生AI運維控制臺

1. 在云原生AI套件部署頁面的交互方式區域，選中控制臺，彈出提示對話框。

   • 如果授權狀態為已授權，請執行步驟3。

   • 如果授權狀態為紅色的未授權，且確定按鈕為不可用狀態，請執行步驟2。

     

2. 創建自定義權限策略并對RAM角色進行授權。

   1. 創建自定義權限策略。

      1. 登錄RAM控制臺，在左側導航欄選擇權限管理>權限策略。

      2. 單擊創建權限策略。

      3. 單擊腳本編輯頁簽。將以下策略添加至Action字段中，然后單擊繼續編輯基本信息。

          "log:GetProject",
          "log:GetLogStore",
          "log:GetConfig",
          "log:GetMachineGroup",
          "log:GetAppliedMachineGroups",
          "log:GetAppliedConfigs",
          "log:GetIndex",
          "log:GetSavedSearch",
          "log:GetDashboard",
          "log:GetJob",
          "ecs:DescribeInstances",
          "ecs:DescribeSpotPriceHistory",
          "ecs:DescribePrice",
          "eci:DescribeContainerGroups",
          "eci:DescribeContainerGroupPrice",
          "log:GetLogStoreLogs",
          "ims:CreateApplication",
          "ims:UpdateApplication",
          "ims:GetApplication",
          "ims:ListApplications",
          "ims:DeleteApplication",
          "ims:CreateAppSecret",
          "ims:GetAppSecret",
          "ims:ListAppSecretIds",
          "ims:ListUsers"

      4. 在頁面頂端的名稱文本框中輸入自定義權限策略的名稱，格式需設置為k8sWorkerRolePolicy-{ClusterID}，單擊確定。

   2. 對目標容器集群的RAM角色授權。

      1. 登錄RAM控制臺，在左側導航欄選擇身份管理>角色。

      2. 在文本框中輸入目標角色名稱，格式為KubernetesWorkerRole-{ClusterID}。單擊目標角色名稱后操作列的新增授權。

      3. 在選擇權限區域，單擊自定義策略。

      4. 在文本框中輸入之前創建的自定義權限策略名稱，格式為k8sWorkerRolePolicy-{ClusterID}。

      5. 單擊確定。

   3. 返回容器服務ACK控制臺的提示對話框，單擊授權檢測。如果授權成功，授權狀態顯示為已授權，且確定按鈕可用。請執行步驟3。

      

3. 選擇控制臺數據存儲方式。

   本文以選擇集群內置MySQL為例進行說明，實際使用時可替換為阿里云RDS。詳細說明，請參見安裝配置云原生AI運維控制臺。

4. 單擊部署云原生AI套件。

   待運維控制臺處于Ready狀態后，即可正常使用。

初始化數據集（可選）

管理員可按照算法開發人員的需求，創建和加速數據集。這里演示如何通過運維控制臺或命令行創建數據集。

fashion-mnist數據集

管理員通過kubectl命令行在可以訪問集群的機器上，新建OSS類型的PV和PVC。

1. 根據以下YAML示例創建命名空間namespace: demo-ns。

kubectl create ns demo-ns

2. 根據YAML示例新建fashion-mnist.yaml。

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: fashion-demo-pv         
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteMany
  capacity:
    storage: 10Gi                
  csi:
    driver: ossplugin.csi.alibabacloud.com
    volumeAttributes:
      bucket: fashion-mnist      
      otherOpts: "-o max_stat_cache_size=0 -o allow_other"
      url: oss-cn-beijing.aliyuncs.com   
      akId: "AKID"               
      akSecret: "AKSECRET"
    volumeHandle: fashion-demo-pv
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  storageClassName: oss
  volumeMode: Filesystem
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: fashion-demo-pvc
  namespace: demo-ns
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 10Gi
  selector:
    matchLabels:
      alicloud-pvname: fashion-demo-pv
  storageClassName: oss
  volumeMode: Filesystem
  volumeName: fashion-demo-pv

3. 執行YAML示例文件創建PV和PVC。

kubectl create -f fashion-mnist.yaml

4. 查看確認PV和PVC狀態。

1. 執行以下命令，確認PV狀態。

   kubectl get pv fashion-demo-pv -ndemo-ns

   預期輸出：

   NAME                   CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM                          STORAGECLASS   REASON   AGE
   fashion-demo-pv        10Gi       RWX            Retain           Bound    demo-ns/fashion-demo-pvc       oss                     8h

2. 執行以下命令，確認PVC狀態。

   kubectl get pvc fashion-demo-pvc -ndemo-ns

   預期輸出：

   NAME                       STATUS   VOLUME                 CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
   fashion-demo-pvc           Bound    fashion-demo-pv        10Gi       RWX            oss            8h

創建加速數據集

管理員可通過AI運維控制臺加速目標數據集。本示例介紹如何對demo-ns命名空間下的fashion-demo-pvc數據集進行加速。

1. 使用管理員賬號訪問AI運維控制臺。
2. 在AI運維控制臺左側導航欄中，選擇數據集 > 數據集列表。

3. 在數據集列表頁面，單擊目標數據集右側操作列的一鍵加速。

   加速后的數據集如下圖所示：

步驟二：查看資源大盤

云原生AI套件中的運維控制臺，提供了集群資源大盤，可多維度查看集群實時使用情況，方便調優集群資源分配，優化集群資源使用率。

集群監控大盤

節點監控大盤

訓練任務監控大盤

資源配額監控大盤

步驟三：管理用戶和配額

• 配額樹是配置多層級約束的資源，供Capacity Scheduling Plugin使用。可以確保用戶資源分配的基礎上通過資源共享的方式來提升集群的整體資源利用率。

• 云原生AI套件的用戶一一對應一個K8s ServiceAccount，是提交任務和登錄控制臺的憑證。用戶根據用戶類型確定權限，其中admin負責運維集群，可登錄運維控制臺；researcher負責提交任務，使用集群資源，可登錄開發控制臺；admin包含researcher的所有權限。

• 用戶組是資源分配的最小單位，并與QuotaTree的葉子節點一一對應。用戶必須關聯用戶組，才能使用與之關聯的配額資源。

本步驟將介紹如何通過配額樹來配置多層級的配額約束、通過用戶組來分配配額給組用戶以及通過提交簡單的任務，演示CPU資源的彈性借還。

添加配額節點，并限定資源使用額度

配額是通過設置各資源的Min/Max來配置額度，其中Min表示有保障的資源數量（Guaranteed Resource），Max表示最大可用的資源數。把namespace掛載在配額樹的葉子節點，就意味著namespace受根節點到當前葉子結點路徑上的所有約束。

1. 如果namespace不存在，需要提前手動創建namespace。如果namespace已存在，需要保證namespace下沒有Running的Pod。

   kubectl create ns namespace1
   kubectl create ns namespace2
   kubectl create ns namespace3
   kubectl create ns namespace4

2. 創建配額節點，并關聯namespace。

創建用戶和用戶組

用戶和用戶組是多對多的關系，一個用戶可以屬于多個用戶組，一個用戶組也以可有多個用戶。您可以通過用戶關聯用戶組，也可以通過用戶組關聯用戶。通過配額樹和用戶組，可以方便的根據實際項目組劃分資源，分配權限。

1. 創建用戶。具體操作請參見為新增用戶生成KubeConfig和登錄Token。

2. 創建用戶組。具體操作請參見新增用戶組。

Capacity調度功能演示

具體操作步驟如下所示。

1. 新建namespace及配額樹。

   1. 執行以下命令，分別創建四個對應的Namespace。

      已創建namespace1為例：

      kubectl create ns namespace1
      kubectl create ns namespace2
      kubectl create ns namespace3
      kubectl create ns namespace4

   2. 根據下圖，建立配額樹。

      

2. 使用以下YAML文件樣例，在namespace1中部署服務，Pod的副本數為5個，每個Pod請求CPU資源量為5核。

   如果沒有彈性配額，用戶最多只能使用10核（cpu.min=10），也就是建立2個副本。但在彈性配額Capacity調度下：

   • 當集群有空閑的40核CPU時，可以創建4個副本（4副本 x 5核/副本=20核）。

   • 最后一個副本因為超出最大資源限制（cpu.max=20），處于Pending狀態。

   apiVersion: apps/v1
   kind: Deployment
   metadata:
     name: nginx1
     namespace: namespace1
     labels:
       app: nginx1
   spec:
     replicas: 5
     selector:
       matchLabels:
         app: nginx1
     template:
       metadata:
         name: nginx1
         labels:
           app: nginx1
       spec:
         containers:
         - name: nginx1
           image: nginx
           resources:
             limits:
               cpu: 5
             requests:
               cpu: 5

3. 使用以下YAML文件樣例，在namespace2中部署服務，Pod的副本數為5個，每個Pod請求CPU資源量為5核。

   如果沒有彈性配額，用戶最多只能使用10個cpu（cpu.min=10），只能建立2個副本。但在彈性配額Capacity調度下：

   • 在集群資源有20核（40核-namespace1中的20核）空閑，可以創建4個副本（4副本 x 5核/副本=20核）。

   • 最后一個副本因為超出最大資源限制（cpu.max=20），處于Pending狀態。

   • 此時集群中namespace1和namespace2中的Pod所占用的資源已經達到了root設置的root.max.cpu=40。

   apiVersion: apps/v1
   kind: Deployment
   metadata:
     name: nginx2
     namespace: namespace2
     labels:
       app: nginx2
   spec:
     replicas: 5
     selector:
       matchLabels:
         app: nginx2
     template:
       metadata:
         name: nginx2
         labels:
           app: nginx2
       spec:
         containers:
         - name: nginx2
           image: nginx
           resources:
             limits:
               cpu: 5
             requests:
               cpu: 5

4. 使用以下YAML文件樣例，在namespace3中部署服務，其中Pod的副本數為5，每個Pod請求CPU資源量為5核。

   • 集群無資源空閑，但是為了保障root.b.1的Min（最少可用配額），需要搶占root.a中的pod歸還10核。

   • 調度器會綜合考慮root.a下作業的優先級、可用性以及創建時間等因素，選擇相應的Pod歸還之前搶占的資源（10核）。因此，nginx3得到配額min.cpu=10的資源量后，有2個Pod處于Running狀態，其他3個仍處于Pending狀態。

   • root.a被搶占后，namespace1下有2個pod處于Running，3個處于Pending；namespace2下也有2個pod處于Running，3個處于Pending。

   apiVersion: apps/v1
   kind: Deployment
   metadata:
     name: nginx3
     namespace: namespace3
     labels:
       app: nginx3
   spec:
     replicas: 5
     selector:
       matchLabels:
         app: nginx3
     template:
       metadata:
         name: nginx3
         labels:
           app: nginx3
       spec:
         containers:
         - name: nginx3
           image: nginx
           resources:
             limits:
               cpu: 5
             requests:
               cpu: 5

5. 使用以下YAML文件樣例，在namespace4中部署服務，其中Pod的副本數為5個，每個Pod請求CPU資源量為5核

   • 這時調度器會綜合優先級、可用性以及創建時間等因素，選擇root.a下相應的Pod搶占，歸還之前搶占的資源。

   • 考慮到公平性，root.a.1和root.a.2的pod會分別被搶占一個。這時，在namespace1下有2個pod*5核/副本=10核。在namespace2下，也有2個pod*5核/副本=10核。這時namespace1和namespace2下分別有2個副本（皆為：2副本 x 5核/副本=10核）。

   apiVersion: apps/v1
   kind: Deployment
   metadata:
     name: nginx4
     namespace: namespace4
     labels:
       app: nginx4
   spec:
     replicas: 5
     selector:
       matchLabels:
         app: nginx4
     template:
       metadata:
         name: nginx4
         labels:
           app: nginx4
       spec:
         containers:
         - name: nginx4
           image: nginx
           resources:
             limits:
               cpu: 5
             requests:
               cpu: 5