Multislice-Arbeitslasten mit JobSet und Kueue orchestrieren


In dieser Anleitung erfahren Sie, wie Sie Multi-Slice-Arbeitslasten in Google Kubernetes Engine (GKE) orchestrieren. Sie führen eine Jax-Arbeitslast mit TPU-Multislice, JobSet und Kueue aus. Kueue implementiert die Jobwarteschlangen und entscheidet anhand der Kontingente und einer Hierarchie für die faire Freigabe von Ressourcen, wann Jobs warten und wann sie gestartet werden sollen.

In dieser Anleitung wird gezeigt, wie Sie mehrere Multislice-Arbeitslasten orchestrieren, für die TPU-Ressourcen gleichzeitig ausgeführt werden müssen.

Bevor Sie TPUs in GKE verwenden, sollten Sie den folgenden Lernpfad durcharbeiten:

  1. Lernen Sie mehr über die aktuelle Verfügbarkeit von TPU-Versionen unter Cloud TPU-Systemarchitektur.
  2. TPU-Multislice in GKE

Lernziele

Diese Anleitung richtet sich an GKE-Administratoren, die bereits GKE-Cluster haben und zum ersten Mal Multislice-Arbeitslasten ausführen möchten.

Diese Anleitung umfasst die folgenden Schritte:

  1. Bereiten Sie Ihre Umgebung mit einem GKE-Cluster mit drei v5e-TPU-Slices vor. Jedes TPU-Slice hat eine 2x4-Topologie mit 8 Chips. Daher insgesamt 24 TPU v5e TPU-Chips.
  2. Erstellen Sie die Kueue-Ressourcen, um für eine faire Verteilung der Kontingente zwischen den Arbeitslasten zu sorgen.
  3. Führen Sie die Multislice-Arbeitslast aus.

Hinweise

Führen Sie die folgenden Aufgaben aus, bevor Sie beginnen:

  • Aktivieren Sie die Google Kubernetes Engine API.
  • Google Kubernetes Engine API aktivieren
  • Wenn Sie die Google Cloud CLI für diese Aufgabe verwenden möchten, müssen Sie die gcloud CLI installieren und dann initialisieren. Wenn Sie die gcloud CLI bereits installiert haben, rufen Sie die neueste Version mit gcloud components update ab.

Umgebung vorbereiten

  1. Starten Sie in der Google Cloud Console eine Cloud Shell-Instanz:
    Cloud Shell öffnen

  2. Legen Sie die Standardumgebungsvariablen fest:

    gcloud config set project PROJECT_ID
    gcloud config set compute/region COMPUTE_REGION
    

    Ersetzen Sie die folgenden Werte:

Autopilot-Cluster, auf denen Version 1.29.2-gke.1521000 oder höher ausgeführt wird, aktivieren standardmäßig TPUs. TPUs in Autopilot-Clustern werden in der Arbeitslastspezifikation konfiguriert. Weitere Informationen finden Sie im Abschnitt Multislice-Arbeitslasten mit JobSets definieren.

GKE-Cluster erstellen

Erstellen Sie in Cloud Shell einen GKE-Cluster:

Autopilot

gcloud container clusters create-auto multislice-cluster \
    --location=LOCATION \
    --cluster-version 1.29.2-gke.1521000 \
    --release-channel rapid

Standard

gcloud container clusters create multislice-cluster \
    --location=LOCATION

Ersetzen Sie LOCATION durch den Standort, an dem Sie den Cluster erstellen möchten. Achten Sie darauf, dass es Kapazität für den Maschinentyp ct5lp-hightpu-4t hat. Die Erstellung eines Clusters kann einige Minuten dauern.

Wenn Sie den GKE-Autopilot-Modus verwenden, fahren Sie mit dem Abschnitt Kuee-Ressourcen erstellen fort. Autopilot-Cluster, die Version 1.29.2-gke.1521000 oder höher ausführen, aktivieren standardmäßig TPUs.

Drei TPU-Slice-Knotenpools im Standardmodus erstellen

  1. Erstellen Sie den ersten Knotenpool mit dem Namen nodepool1:

    gcloud beta container node-pools create nodepool1 \
        --location=LOCATION \
        --cluster=multislice-cluster \
        --node-locations=NODE_LOCATION \
        --machine-type=ct5lp-hightpu-4t \
        --tpu-topology=2x4 \
        --num-nodes=2 \
        --project=PROJECT_ID
    

    Ersetzen Sie NODE_LOCATION durch eine oder mehrere Zonen in der Clusterregion, in der Sie die Knoten erstellen möchten.

  2. Erstellen Sie den zweiten Knotenpool mit dem Namen nodepool2:

    gcloud beta container node-pools create nodepool2 \
        --location=LOCATION \
        --cluster=multislice-cluster \
        --node-locations=NODE_LOCATION \
        --machine-type=ct5lp-hightpu-4t \
        --tpu-topology=2x4 \
        --num-nodes=2 \
        --project=PROJECT_ID
    
  3. Erstellen Sie den dritten Knotenpool mit dem Namen nodepool3:

    gcloud beta container node-pools create nodepool3 \
        --location=LOCATION \
        --cluster=multislice-cluster \
        --node-locations=NODE_LOCATION \
        --machine-type=ct5lp-hightpu-4t \
        --tpu-topology=2x4 \
        --num-nodes=2 \
        --project=PROJECT_ID
    

GKE erstellt drei Knotenpools. Jeder Knotenpool ist ein separates TPU-Slice.

Kueue-Ressourcen erstellen

  1. Erstellen Sie das folgende kueue.yaml-Manifest:

    apiVersion: kueue.x-k8s.io/v1beta1
    kind: ResourceFlavor
    metadata:
      name: "vlp-24"
    spec:
      nodeLabels:
        cloud.google.com/gke-tpu-accelerator: tpu-v5-lite-podslice
        cloud.google.com/gke-tpu-topology: 2x4
    ---
    apiVersion: kueue.x-k8s.io/v1beta1
    kind: ClusterQueue
    metadata:
      name: "cluster-queue"
    spec:
      namespaceSelector: {}
      queueingStrategy: BestEffortFIFO
      resourceGroups:
      - coveredResources: ["google.com/tpu"]
        flavors:
        - name: "vlp-24"
          resources:
          - name: "google.com/tpu"
            nominalQuota: 24
    
    ---
    apiVersion: kueue.x-k8s.io/v1beta1
    kind: LocalQueue
    metadata:
      namespace: default
      name: multislice-queue
    spec:
      clusterQueue: cluster-queue
    
  2. Wenden Sie das kueue.yaml-Manifest an:

    kubectl apply -f kueue.yaml
    

    GKE erstellt die folgenden Kueue-Ressourcen:

  • ResourceFlavor: Eine Abstraktion der Ressourcen in einem Cluster. In diesem Beispiel erstellt GKE drei TPU-Slices mit 2x4-Topologie. Jedes TPU-Slice hat eine 2x4-Topologie mit 8 Chips (insgesamt 24 TPU-Chips).
  • ClusterQueue: Eine globale Warteschlange, die Arbeitslasten und Clusterressourcen verwaltet.
  • LocalQueue: Gruppiert eng verwandte Arbeitslasten, die in der Regel von einem einzelnen Mandanten (Nutzer) ausgeführt werden. Jede LocalQueue verweist auf eine ClusterQueue, aus der Ressourcen zum Ausführen ihrer Arbeitslasten zugewiesen werden. Eine Kueue-Arbeitslast ist eine Abstraktion, die eine Batcharbeitslast darstellt. In diesem Fall ist jede Arbeitslast ein JobSet.

Multislice-Arbeitslasten mit JobSets definieren

In diesem Abschnitt erstellen Sie drei JobSets. Diese JobSets führen eine Jax-Arbeitslast aus, die die globale Anzahl von TPU-Chips im Slice ausgibt, 60 Sekunden lang pausiert, um eine gewisse Modelltrainingszeit zu simulieren, und dann beendet wird.

  1. Erstellen Sie das folgende jobsets-multislice.yaml-Manifest:

    Autopilot

    apiVersion: jobset.x-k8s.io/v1alpha2
    kind: JobSet
    metadata:
      name: multislice-1slice
      labels:
        kueue.x-k8s.io/queue-name: multislice-queue
      annotations:
        alpha.jobset.sigs.k8s.io/exclusive-topology: cloud.google.com/gke-nodepool
    spec:
      failurePolicy:
        maxRestarts: 4
      replicatedJobs:
        - name: slice
          replicas: 1
          template:
            spec:
              parallelism: 2
              completions: 2
              backoffLimit: 0
              template:
                spec:
                  nodeSelector:
                    cloud.google.com/gke-tpu-accelerator: tpu-v5-lite-podslice
                    cloud.google.com/gke-tpu-topology: 2x4
                  containers:
                  - name: jax-tpu
                    image: python:3.8
                    ports:
                    - containerPort: 8471
                    - containerPort: 8080
                    command:
                    - bash
                    - -c
                    - |
                      pip install "jax[tpu]" -f https://storage.googleapis.com/jax-releases/libtpu_releases.html
                      python -c 'import jax; print("Global device count:", jax.device_count())'
                    resources:
                      limits:
                        google.com/tpu: 4
    
    ---
    apiVersion: jobset.x-k8s.io/v1alpha2
    kind: JobSet
    metadata:
      name: multislice-2slice
      labels:
        kueue.x-k8s.io/queue-name: multislice-queue
      annotations:
        alpha.jobset.sigs.k8s.io/exclusive-topology: cloud.google.com/gke-nodepool
    spec:
      failurePolicy:
        maxRestarts: 4
      replicatedJobs:
        - name: slice
          replicas: 2
          template:
            spec:
              parallelism: 2
              completions: 2
              backoffLimit: 0
              template:
                spec:
                  nodeSelector:
                    cloud.google.com/gke-tpu-accelerator: tpu-v5-lite-podslice
                    cloud.google.com/gke-tpu-topology: 2x4
                  containers:
                  - name: jax-tpu
                    image: python:3.8
                    ports:
                    - containerPort: 8471
                    - containerPort: 8080
                    command:
                    - bash
                    - -c
                    - |
                      pip install "jax[tpu]" -f https://storage.googleapis.com/jax-releases/libtpu_releases.html
                      python -c 'import jax; print("Global device count:", jax.device_count())'
                      sleep 60
                    resources:
                      limits:
                        google.com/tpu: 4
    ---
    apiVersion: jobset.x-k8s.io/v1alpha2
    kind: JobSet
    metadata:
      name: multislice-3slice
      labels:
        kueue.x-k8s.io/queue-name: multislice-queue
      annotations:
        alpha.jobset.sigs.k8s.io/exclusive-topology: cloud.google.com/gke-nodepool
    spec:
      failurePolicy:
        maxRestarts: 4
      replicatedJobs:
        - name: slice
          replicas: 3
          template:
            spec:
              parallelism: 2
              completions: 2
              backoffLimit: 0
              template:
                spec:
                  nodeSelector:
                    cloud.google.com/gke-tpu-accelerator: tpu-v5-lite-podslice
                    cloud.google.com/gke-tpu-topology: 2x4
                  containers:
                  - name: jax-tpu
                    image: python:3.8
                    ports:
                    - containerPort: 8471
                    - containerPort: 8080
                    command:
                    - bash
                    - -c
                    - |
                      sleep 60
                    resources:
                      limits:
                        google.com/tpu: 4
    

    Standard

    apiVersion: jobset.x-k8s.io/v1alpha2
    kind: JobSet
    metadata:
      name: multislice-1slice
      labels:
        kueue.x-k8s.io/queue-name: multislice-queue
      annotations:
        alpha.jobset.sigs.k8s.io/exclusive-topology: cloud.google.com/gke-nodepool
    spec:
      failurePolicy:
        maxRestarts: 4
      replicatedJobs:
        - name: slice
          replicas: 1
          template:
            spec:
              parallelism: 2
              completions: 2
              backoffLimit: 0
              template:
                spec:
                  hostNetwork: true
                  dnsPolicy: ClusterFirstWithHostNet
                  nodeSelector:
                    cloud.google.com/gke-tpu-accelerator: tpu-v5-lite-podslice
                    cloud.google.com/gke-tpu-topology: 2x4
                  containers:
                  - name: jax-tpu
                    image: python:3.8
                    ports:
                    - containerPort: 8471
                    - containerPort: 8080
                    securityContext:
                      privileged: true
                    command:
                    - bash
                    - -c
                    - |
                      pip install "jax[tpu]" -f https://storage.googleapis.com/jax-releases/libtpu_releases.html
                      python -c 'import jax; print("Global device count:", jax.device_count())'
                    resources:
                      limits:
                        google.com/tpu: 4
    
    ---
    apiVersion: jobset.x-k8s.io/v1alpha2
    kind: JobSet
    metadata:
      name: multislice-2slice
      labels:
        kueue.x-k8s.io/queue-name: multislice-queue
      annotations:
        alpha.jobset.sigs.k8s.io/exclusive-topology: cloud.google.com/gke-nodepool
    spec:
      failurePolicy:
        maxRestarts: 4
      replicatedJobs:
        - name: slice
          replicas: 2
          template:
            spec:
              parallelism: 2
              completions: 2
              backoffLimit: 0
              template:
                spec:
                  hostNetwork: true
                  dnsPolicy: ClusterFirstWithHostNet
                  nodeSelector:
                    cloud.google.com/gke-tpu-accelerator: tpu-v5-lite-podslice
                    cloud.google.com/gke-tpu-topology: 2x4
                  containers:
                  - name: jax-tpu
                    image: python:3.8
                    ports:
                    - containerPort: 8471
                    - containerPort: 8080
                    securityContext:
                      privileged: true
                    command:
                    - bash
                    - -c
                    - |
                      pip install "jax[tpu]" -f https://storage.googleapis.com/jax-releases/libtpu_releases.html
                      python -c 'import jax; print("Global device count:", jax.device_count())'
                      sleep 60
                    resources:
                      limits:
                        google.com/tpu: 4
    ---
    apiVersion: jobset.x-k8s.io/v1alpha2
    kind: JobSet
    metadata:
      name: multislice-3slice
      labels:
        kueue.x-k8s.io/queue-name: multislice-queue
      annotations:
        alpha.jobset.sigs.k8s.io/exclusive-topology: cloud.google.com/gke-nodepool
    spec:
      failurePolicy:
        maxRestarts: 4
      replicatedJobs:
        - name: slice
          replicas: 3
          template:
            spec:
              parallelism: 2
              completions: 2
              backoffLimit: 0
              template:
                spec:
                  hostNetwork: true
                  dnsPolicy: ClusterFirstWithHostNet
                  nodeSelector:
                    cloud.google.com/gke-tpu-accelerator: tpu-v5-lite-podslice
                    cloud.google.com/gke-tpu-topology: 2x4
                  containers:
                  - name: jax-tpu
                    image: python:3.8
                    ports:
                    - containerPort: 8471
                    - containerPort: 8080
                    securityContext:
                      privileged: true
                    command:
                    - bash
                    - -c
                    - |
                      sleep 60
                    resources:
                      limits:
                        google.com/tpu: 4
    
  2. Wenden Sie das jobsets-multislice.yaml-Manifest an:

    kubectl apply -f jobsets-multislice.yaml
    

GKE erstellt die Jobs mit den folgenden Ressourcenanfragen:

  • Der JobSet multislice-1slice erstellt einen Job, für den insgesamt ein TPU-Slice erforderlich ist.
  • Das JobSet multislice-2slice erstellt zwei Jobs, für die insgesamt zwei TPU-Slices erforderlich sind.
  • Das JobSet multislice-3slice erstellt drei Jobs, für die insgesamt drei TPU-Slices erforderlich sind.

Da der Cluster nur drei TPU-Slices hat, können nicht alle JobSets gleichzeitig ausgeführt werden. Wenn Kueue alle drei multislice-3slice-JobSets in die Warteschlange einreiht, werden seine Jobs bis zum Abschluss allein ausgeführt. Das multislice-1slice und multislice-2slice warten und werden gemeinsam ausgeführt.

Prüfen, ob Kueue die Arbeitslasten zugelassen hat

  1. Prüfen Sie die Arbeitslasten in der Warteschlange in Kueue:

    kubectl get workloads
    

    Die Ausgabe sieht in etwa so aus:

    NAME                             QUEUE              ADMITTED BY     AGE
    jobset-multislice-1slice-2530a   multislice-queue                   3s
    jobset-multislice-2slice-ffb02   multislice-queue                   4s
    jobset-multislice-3slice-8c695   multislice-queue   cluster-queue   10s
    

Kueue stellt eine oder mehrere Arbeitslasten je nach den erforderlichen TPU-Ressourcen in die Warteschlange.

Arbeitslasten überwachen

  1. Überwachen Sie, welche Pods ausgeführt werden:

    kubectl get pods
    

    Die Ausgabe sieht in etwa so aus:

    NAME                                READY   STATUS      RESTARTS   AGE
    multislice-1slice-slice-0-0-pf2ll   1/1     Running     0          1s
    multislice-1slice-slice-0-1-55g62   1/1     Running     0          1s
    multislice-2slice-slice-0-0-f4hf7   1/1     Running     0          3s
    multislice-2slice-slice-0-1-c8kv7   1/1     Running     0          3s
    multislice-2slice-slice-1-0-7h46t   1/1     Running     0          3s
    multislice-2slice-slice-1-1-lj9hb   1/1     Running     0          3s
    multislice-3slice-slice-0-0-wzq9t   0/1     Completed   0          2m31s
    multislice-3slice-slice-0-1-zf4dp   0/1     Completed   0          2m30s
    multislice-3slice-slice-1-0-hbfn5   0/1     Completed   0          2m31s
    multislice-3slice-slice-1-1-45fgl   0/1     Completed   0          2m30s
    multislice-3slice-slice-2-0-wjbp4   0/1     Completed   0          2m30s
    multislice-3slice-slice-2-1-lwnvs   0/1     Completed   0          2m30s
    

    Beachten Sie, dass GKE zuerst die Pods für multislice-3slice geplant, erstellt und ausgeführt hat. Anschließend hat GKE die Pods aus den JobSets multislice-1slice und multislice-2slice ausgeführt.

Kueue-Arbeitslastprioritäten und vorzeitiges Beenden aktivieren

Optional können Sie Kueue-Arbeitslastprioritäten zuweisen, die die Reihenfolge bestimmen, in der Arbeitslasten in der Warteschlange von Kueue zugelassen werden.

  1. Aktualisieren Sie Ihre ClusterQueue mit einer Richtlinie zum vorzeitigen Beendigen:

    apiVersion: kueue.x-k8s.io/v1beta1
    kind: ResourceFlavor
    metadata:
      name: "vlp-24"
    spec:
      nodeLabels:
        cloud.google.com/gke-tpu-accelerator: tpu-v5-lite-podslice
        cloud.google.com/gke-tpu-topology: 2x4
    ---
    apiVersion: kueue.x-k8s.io/v1beta1
    kind: ClusterQueue
    metadata:
      name: "cluster-queue"
    spec:
      namespaceSelector: {}
      resourceGroups:
      - coveredResources: ["google.com/tpu"]
        flavors:
        - name: "vlp-24"
          resources:
          - name: "google.com/tpu"
            nominalQuota: 24
     preemption:
        reclaimWithinCohort: Any
        withinClusterQueue: LowerPriority
    ---
    apiVersion: kueue.x-k8s.io/v1beta1
    kind: LocalQueue
    metadata:
      namespace: default
      name: multislice-queue
    spec:
      clusterQueue: cluster-queue
    
  2. Erstellen Sie eine PriorityClass für jede Prioritätsstufe, die Sie Arbeitslasten zuweisen möchten:

    apiVersion: scheduling.k8s.io/v1
    kind: PriorityClass
    metadata:
      name: low-priority
    value: 100
    globalDefault: false
    description: "This low priority class should be used for some Pods only."
    
  3. Weisen Sie Ihrem JobSet priorityClassName zu:

    Autopilot

    apiVersion: jobset.x-k8s.io/v1alpha2
    kind: JobSet
    metadata:
      name: low-priority
      labels:
        kueue.x-k8s.io/queue-name: multislice-queue
      annotations:
        alpha.jobset.sigs.k8s.io/exclusive-topology: cloud.google.com/gke-nodepool
    spec:
      failurePolicy:
        maxRestarts: 4
      replicatedJobs:
        - name: slice
          replicas: 1
          template:
            spec:
              parallelism: 2
              completions: 2
              backoffLimit: 0
              template:
                spec:
                  nodeSelector:
                    cloud.google.com/gke-tpu-accelerator: tpu-v5-lite-podslice
                    cloud.google.com/gke-tpu-topology: 2x4
                  priorityClassName: low-priority
                  containers:
                  - name: jax-tpu
                    image: python:3.8
                    ports:
                    - containerPort: 8471
                    - containerPort: 8080
                    command:
                    - bash
                    - -c
                    - |
                      sleep 60
                    resources:
                      limits:
                        google.com/tpu: 4 # Number of TPU chips per worker
    

    Standard

    apiVersion: jobset.x-k8s.io/v1alpha2
    kind: JobSet
    metadata:
      name: low-priority
      labels:
        kueue.x-k8s.io/queue-name: multislice-queue
      annotations:
        alpha.jobset.sigs.k8s.io/exclusive-topology: cloud.google.com/gke-nodepool
    spec:
      failurePolicy:
        maxRestarts: 4
      replicatedJobs:
        - name: slice
          replicas: 1
          template:
            spec:
              parallelism: 2
              completions: 2
              backoffLimit: 0
              template:
                spec:
                  hostNetwork: true
                  dnsPolicy: ClusterFirstWithHostNet
                  nodeSelector:
                    cloud.google.com/gke-tpu-accelerator: tpu-v5-lite-podslice
                    cloud.google.com/gke-tpu-topology: 2x4
                  priorityClassName: low-priority
                  containers:
                  - name: jax-tpu
                    image: python:3.8
                    ports:
                    - containerPort: 8471
                    - containerPort: 8080
                    securityContext:
                      privileged: true
                    command:
                    - bash
                    - -c
                    - |
                      sleep 60
                    resources:
                      limits:
                        google.com/tpu: 4 # Number of TPU chips per worker
      ```
    

Bereinigen

Damit Ihrem Google Cloud-Konto die in dieser Anleitung verwendeten Ressourcen nicht in Rechnung gestellt werden, löschen Sie entweder das Projekt, das die Ressourcen enthält, oder Sie behalten das Projekt und löschen die einzelnen Ressourcen.

Projekt löschen

  1. Wechseln Sie in der Google Cloud Console zur Seite Ressourcen verwalten.

    Zur Seite „Ressourcen verwalten“

  2. Wählen Sie in der Projektliste das Projekt aus, das Sie löschen möchten, und klicken Sie dann auf Löschen.
  3. Geben Sie im Dialogfeld die Projekt-ID ein und klicken Sie auf Shut down (Beenden), um das Projekt zu löschen.

Einzelne Ressource löschen

  1. Das Kueue-Kontingentsystem löschen:

    kubectl delete -n team-a localqueue
    kubectl delete -n team-b localqueue
    kubectl delete clusterqueue
    kubectl delete clusterqueue
    kubectl delete clusterqueue
    kubectl delete resourceflavor
    kubectl delete resourceflavor
    kubectl delete resourceflavor
    
  2. Das Kueue-Manifest löschen:

    VERSION=kueue.x-k8s.io/v1beta1
    kubectl delete -f \
        https://github.com/kubernetes-sigs/kueue/releases/download/$VERSION/manifests.yaml
    
  3. Löschen Sie den Cluster:

    gcloud container clusters delete kueue-cohort --region=COMPUTE_REGION
    

Nächste Schritte