Kubernetes 运行大数据工作负 载的探索和实践 Leibo Wang(wang.platform@Hotmail.com) Huawei CloudBU Principal Engineer 王雷博 Principal Software Engineer • Huawei(Now) - Cloud Native batch system (Volcano) development

等多个项目的发起人 • 背景介绍 • 设计思路 • 性能优化 • 落地效果 • 未来演进 背景 • Kubernetes 规模增大 10 倍以上  公司业务快速发展  存储、大数据、机器学习等场景云原生化 • 新场景对 Kubernetes 性能要求更高  离线场景，Pod 生命周期短、变更频率高 如何扩展 Kubernetes 集群 单个集群规模垂直扩展 多个集群横向扩展 主负责写和事件分发 • 从负责读 • 底层对接分布式强一致性存储 • CAS 事务写 • 快照读 实现架构图 存储层 存储层 – 分布式 KV Store ByteKV • Multi Raft Goup • 全局有序 Range 分区 • 强一致性 • 支持多 key 事务 • 支持 CAS • 支持快照读 • 高性能 存储层 - 数据格式 etcd KubeBrain 能否使用类似的格式？ 能否使用类似的格式？ 1. 否 2. 底层存储引擎全局有序，有写热点那问题 Etcd 以 Revision 为 Key 内存 Btree 索引维护 key 和 revision 的映射关系 存储层 - 数据格式 KubeBrain 逻辑层 逻辑层 – 写 逻辑层 – Watch（1） Watch 机制本质上是一个消息队列系统 1. 可靠性 - 不重复、不丢失 2. 顺序性 - 保证最终状态的一致性

展和服务模式创新的集中体现，是信息化发展的重大变革和必然趋 势，是信息时代国际竞争的制高点和经济发展新动能的助燃剂。云 计算引发了软件开发部署模式的创新，成为承载各类应用的关键基 础设施，并为大数据、物联网、人工智能等新兴领域的发展提供基 础支撑。加快推动云计算创新发展，顺应新一轮科技革命和产业变 革趋势，是推进中国式现代化进程的关键。 过去一年，全球和我国云计算产业保持快速发展，并呈现出以 （二）云计算市场处于快速增长阶段，运营商引领新一轮市场增长.......... 12 （三）云计算技术不断推陈出新，满足多样性场景需求助力产业升级...... 15 （四）行业上云用云呈阶梯状分布，中小企业成影响上云进程关键.......... 22 三、云计算正向数字世界操作系统转变..................................................... 四、云计算加速催生算力服务新范式..................................................................... 32 （一）架构方面，云计算支撑算力服务以数据为中心.................................. 32 （二）功能方面，云计算持续驱动算力服务创新发展..................................

我们的使命，Thoughtworks 技术雷达就是为了 完成这一使命。它由 Thoughtworks 中一群资深 技术领导组成的技术顾问委员会，通过定期讨论 Thoughtworks 的全球技术战略以及对行业有重 大影响的技术趋势而创建。 技术雷达以独特的形式记录技术顾问委员会的讨 论结果，从首席技术官到开发人员，雷达将会为各 路利益相关方提供价值。这些内容只是简要的总结。 我们建议您探索雷达中提到的内容以了解更多细 小型设备上运行大语言模型，特别是在边缘设备和资源受限的环境中。我们还提到有望提高性能的 ReAct 提示 工程，以及利用大语言模型驱动的自主代理开发远超简单的问答交互的动态应用。我们也提到一些向量数据库 （包括 Pinecone）由于大语言模型而重新流行起来。大语言模型的底层能力，包括更专业化和自行托管的能力， 将继续呈爆发性增长。 远程交付解决方案日臻成熟 尽管远程软件开发团队多年来利 如何继续以有效协作为重点，不断突破界限，在一个更加分散和动态的环境中进行工作。一些团队利用新的协 作工具不断提出创新解决方案。其他团队则继续调整和改进现有的面对面实践，例如实时结对编程或集体编程、 分布式工作坊（例如 远程事件风暴）以及异步和同步沟通。远程工作提供了许多好处（包括更多样化的人才储 备），但面对面交流的价值是显而易见的。团队不应中断重要的反馈循环，并且需要意识到在转向远程工作时所

部署应⽤程序的旧⽅法是使⽤操作系统的软件包管理器在主机上安装应⽤程序。这种⽅式，存在可执⾏⽂件、配置、库 和⽣命周期与操作系统相互纠缠的缺点。⼈们可构建不可变的虚拟机映像，从⽽实现可预测的升级和回滚，但VM是重 量级、不可移植的。 新⽅法是部署容器，容器基于操作系统级别的虚拟化⽽不是硬件虚拟化。这些容器彼此隔离并且与宿主机隔离：它们有 ⾃⼰的⽂件系统，看不到对⽅的进程，并且它们的计算资源使⽤可以被界定。它们⽐VM更容易构建，并且由于它们与 ，Google Container Engine以及任何其他 地⽅。 以应⽤为中⼼的管理：从在虚拟硬件上运⾏操作系统的抽象级别，提升到使⽤逻辑资源在操作系统上运⾏应⽤程序 的级别。 松耦合，分布式，弹性，解放的微服务：应⽤程序分为更⼩、独⽴的部件，可动态部署和管理——⽽不是⼀个运⾏ 在⼀个⼤型机上的单体。 01-什么是Kubernetes 5 资源隔离：可预测的应⽤程序性能。 资源利⽤：效率⾼，密度⾼。 ，也不区分应⽤程序和服务 。 Kubernetes旨在⽀持各种各样的⼯作负 载，包括⽆状态、有状态以及数据处理⼯作负载。 如果应⽤程序可在容器中运⾏，那么它应该能够很好地在 Kubernetes上运⾏。 不提供中间件（例如消息总线）、数据处理框架（例如Spark）、数据库（例如MySQL），也不提供分布式存储系 统（例如Ceph）作为内置服务。 这些应⽤可在Kubernetes上运⾏。 没有点击部署的服务市场。

LBaaS(Neutron) • openstack/kuryr- kubernetes 运⾏行行和构建应⽤用 跑在 KUBERNETES 上的应⽤用 • k8s 基础资源之外 • 资源分组和整体状态 • 重⽤用 YAML 配置 • 版本化 • 启动依赖 • Helm 很棒，但是 …… 典型企业应⽤用的架构 CAICLOUD/RUDDER • 2 CRDs - Release, Release kubeflow/tf-operator • 定义 TFJob Spec (CRD) • 跟踪 TensorFlow 任务运⾏行行状态 • ⽀支持分布式 TensorFlow 任务 KUBEFLOW 之上 • 借⼒力力容器器平台提供⽣生产级的集群资源管理理 • ⼯工作区隔离与共享 • 数据、模型、环境、应⽤用等 • 全⾯面⽀支持 AI ⼯工作流 • 探索开发 • 线上运⾏行行 关注并回复 kubecon18

网络（VPC/EIP） 开源原生 商业增强：控制面HA、跨AZ高可用、滚动升级、裸金属容器 云容器引擎 CCE 微服务引擎 CSE 开源原生 企业级 中间件 分布式 缓存 DCS 分布式 消息 DMS 分布式 数据库 DDM 应用编排引擎 AOS App/PaaS/IaaS 资源一键式创建 应用运维 AOM 应用性能管理 APM 应用拓扑 调用链 SLA指标 更好的隔离效果和性能。 • 轻松地跨不同的环境共享应用程序、协同 工作和测试应用程序。 主流DL框架 13 iCAN容器网络：实现高性能容器网络和大规模高效部署 14 Fuxi容器存储：实现有状态应用和分布式中间件容器化部署 15 全球首发云容器实例服务CCI ：更快的弹性，更高的资源利用率 持续发布： 小时级->分钟级 弹性伸缩： 分钟级->秒级 应用交互性能提 升1~2倍 资源利用率提 序，人体健康监测，大数据分析等生物健康产品及解决 方案。 挑战： • 全基因测序原始数据约100GB/人，数据分析性能要 求高 • 测序需求多样，测序流程难以灵活自定义 基于容器的生物信息分析平台 • 结合FPGA加速计算可进一 步压缩成本 基因测序（测序仪） 数据上传 源数据 存储 基因拼接/对比/注释 数据 分类 存储 核心数据 取回本地 自动化部署 数据库 SFS/OBS

sealer 作 者 环界云计算创始人 公司代表作品： Sealos 云操作系统 Laf 函数计算 FastGPT AI 知识库 Sealos 介绍 以 kubernetes 为内核的云操作系统 整个数据中心抽象成一台服务器，一切皆应用，让用云像用个人电脑一样简单！ Kubernetes是云操作系统内核，整个集群是一个整体 Sealos是云操作系统发行版本 Linux发行版，如redhat Linux 驱动层实现资源抽象 自由切换，到处运行 Sealos API Sealos CLI Desktop 裸金属 AWS 阿里云 更多······ boot 集群镜像 租户管理 应用管理 函数计算 消息队列 数据库 缓存 计算驱动 网络驱动 存储驱动 自由组装 内聚解耦 化整为零 大道至简 sealos 的能力 • 10 秒上线一个自带域名和 https 的 nginx 应用 • 其它应用同理如博客系统 支持共享与协作 • 20 秒启动高可用 mysql/pgsql/mongo/redis 数据 库 • 写代码像写博客一样简单 • AI 自动编码，毫秒级上线，0 运 维 数据库管理 mysql/pgsql/mongo/ redis 等多种数据库 数据库多主架构高 可用 数据库备份恢复， 故障自愈 数据库管理工具， 监控告警 Userlnterface API/CLI/GUI Cilium

Allluxio 与 Kubernetes 结合 • Alluxio 优化实践 我们是谁？ 车漾 阿里云高级技术专家 范斌 Alluxio 创始成员 背景 硬件 软件 数据 容器化的基础架构 人工智能发展的驱动力 模拟数据训练速度 311.6 7323.84 9993.6 33884.8 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 P100 (1GPU) P100 (32GPU) V100 (8GPU) V100 (32GPU) RestNet50 模型训练速度（images/second） 分布式训练/GPU硬件升级加速明显 模拟数据训练时间 108 15.12 4.62 3.39 1 0 20 40 60 80 100 120 P100 (1GPU) P100 (8GPU) P100 24 元 数据访问的新挑战 1.强大的算力需要匹配的I/O吞吐 2.计算存储分离导致I/O延迟 3.单机缓存无法满足海量数据加速 9993.6 3189.6 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Synthetic ESSD云盘 PL2 RestNet50 模型训练速度 （images/second） 云盘 Alluxio - 分布式缓存的领导者