NVIDIA k8s-device-plugin中MIG策略的动态管理实践

背景介绍

在Kubernetes环境中使用NVIDIA GPU时，MIG（Multi-Instance GPU）技术允许将单个物理GPU划分为多个独立的GPU实例。NVIDIA k8s-device-plugin项目为Kubernetes提供了对GPU设备的支持，包括对MIG功能的集成管理。

MIG策略现状

当前k8s-device-plugin支持三种MIG策略：

• none：完全禁用MIG功能
• single：所有GPU使用相同的MIG配置
• mixed：允许GPU以不同模式运行（有的启用MIG，有的不启用）

在mixed策略下，当GPU处于MIG模式但未创建任何MIG切片时，插件会报错导致无法正常运行。这在需要动态创建MIG切片的场景下带来了限制。

动态MIG管理需求

在实际生产环境中，存在以下需求场景：

1. 预先将GPU设置为MIG模式但不立即创建切片
2. 根据工作负载需求动态创建MIG切片
3. 在不需要时释放MIG切片资源

这种动态管理方式可以更灵活地利用GPU资源，避免静态划分带来的资源浪费。

技术实现方案

k8s-device-plugin的改进

最新版本已对mixed策略进行了优化：

• 当GPU处于MIG模式但无切片时，从报错改为警告
• 允许插件在这种状态下正常运行
• 为后续动态创建MIG切片提供基础支持

MIG管理器的使用技巧

通过实践发现以下最佳实践：

1. 初始配置时使用mig.config=all-enabled启用MIG模式
2. 配置成功后移除该标签防止自动重置
3. 使用gpu.deploy.mig-manager=false禁用MIG管理器的自动管理
4. 通过手动或控制器方式动态管理MIG切片

验证与监控注意事项

在动态MIG环境下需注意：

1. CUDA验证器在没有MIG切片时会失败
2. 操作验证器可能影响设备插件的启动
3. 删除MIG切片前需先删除计算实例
4. 修改MIG配置后需重启设备插件以更新资源信息

实际应用建议

对于希望实现动态MIG管理的用户，建议采用以下方案：

1. 部署配置：

   • 设置migManager.config.default=""避免默认配置
   • 使用mig.strategy=mixed策略
   • 按需手动启用MIG管理器

2. 操作流程：

   • 通过标签临时启用MIG管理器
   • 配置GPU进入MIG模式
   • 禁用MIG管理器防止干扰
   • 动态创建/删除MIG切片
   • 通过重启设备插件更新资源信息

3. 监控方案：

   • 自定义健康检查替代标准验证器
   • 实现切片使用状态监控
   • 建立资源变更通知机制

总结

NVIDIA k8s-device-plugin通过改进mixed策略，为动态MIG管理提供了基础支持。结合MIG管理器的灵活配置，用户可以实现GPU资源的动态划分与回收。这种方案特别适合工作负载变化大、需要灵活分配GPU资源的场景，能够显著提高GPU利用率并降低运营成本。

未来随着技术的发展，期待看到更完善的动态MIG管理方案，包括自动缩放、智能调度等高级功能的支持。