NVidia Docker 介绍

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发布于: 2020 年 04 月 22 日

NVIDIA于2016年开始设计NVIDIA-Docker已便于容器使用NVIDIA GPUs。 第一代nvidia-docker1.0实现了对docker client的封装，并在容器启动时，将必要的GPU device和libraries挂载到容器中。但是这种设计的方式高度的与docker运行时耦合，缺乏灵活性。存在的缺陷具体如下:
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设计高度与docker耦合，不支持其它的容器运行时。如: LXC, CRI-O及未来可能会增加的容器运行时。
不能更好的利用docker生态的其它工具。如: docker compose。
不能将GPU作为调度系统的一种资源来进行灵活的调度。
完善容器运行时对GPU的支持。如: 自动的获取用户层面的NVIDIA Driver libraries, NVIDIA kernel modules, device ordering等。
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基于上面描述的这些弊端，NVIDIA开始了对下一代容器运行时的设计: nvidia-docker2.0。
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nvidia-docker 2.0 的实现机制﻿
先简单介绍下nvidia-docker 2.0, containerd，nvidia-container-runtime，libnvidia-container以及runc直接的关系。
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它们之间的关系可以通过下面这张图关联起来:
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nvidia-docker 2.0﻿
nvidia-docker2.0 是一个简单的包，它主要通过修改docker的配置文件/etc/docker/daemon.json来让docker使用NVIDIA Container runtime。
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nvidia-container-runtime﻿
nvidia-container-runtime 才是真正的核心部分，它在原有的docker容器运行时runc的基础上增加一个prestart hook，用于调用libnvidia-container库。
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libnvidia-container﻿
libnvidia-container 提供一个库和一个简单的CLI工具，使用这个库可以使NVIDIA GPU被Linux容器使用。
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Containerd﻿
Containerd主要负责的工作是:
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管理容器的生命周期(从容器的创建到销毁)
拉取/推送容器镜像
存储管理(管理镜像及容器数据的存储)
调用runc 运行容器
管理容器的网络接口及网络
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当containerd接收到请求之后，做好相关的准备工作，可以选择自己调用runc也可以通过创建containerd-shim再去调用runc，而runc基于OCI文件对容器进行创建。 上面就是普通容器创建的基本流程。
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RunC﻿
RunC 是一个轻量级的工具，它是用来运行容器的，只用来做这一件事，并且这一件事要做好。我们可以认为它就是个命令行小工具，可以不用通过 docker 引擎，直接运行容器。事实上，runC 是标准化的产物，它根据 OCI 标准来创建和运行容器。而 OCI(Open Container Initiative)组织，旨在围绕容器格式和运行时制定一个开放的工业化标准。
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直接使用RunC的命令行即可以完成创建一个容器，并提供了简单的交互能力。
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上面已经介绍个各个组件的作用以及它们之间的关系，接下来详细的描述下这张图:
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正常创建一个容器的流程是这样的:﻿
docker --> dockerd --> containerd--> containerd-shim -->runc --> container-process
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docker客户端将创建容器的请求发送给dockerd, 当dockerd收到请求任务之后将请求发送给containerd, containerd经过查看校验启动containerd-shim或者自己来启动容器进程。
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创建一个使用GPU的容器﻿
创建GPU容器的流程如下:
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docker--> dockerd --> containerd --> containerd-shim--> nvidia-container-runtime --> nvidia-container-runtime-hook --> libnvidia-container --> runc -- > container-process
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基本流程和不使用GPU的容器差不多，只是把docker默认的运行时替换成了NVIDIA自家的nvidia-container-runtime。
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这样当nvidia-container-runtime创建容器时，先执行nvidia-container-runtime-hook这个hook去检查容器是否需要使用GPU(通过环境变NVIDIA_VISIBLE_DEVICES来判断)。如果需要则调用libnvidia-container来暴露GPU给容器使用。否则走默认的runc逻辑。
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说到这里nvidia-docker2.0的大体机制基本就通了。但是涉及到的nvidia-container-runtime, libnvidia-container, containerd,runc这些项目， 这本篇文章里面就不一一介绍了。如果感兴趣可以自行去探索学习。这些项目的地址在文章中都已经做个相关的链接。
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参考﻿
NVidia Containter Runtime
NVidia Dev Blogs
OpenContainers Runtime Spec Config
OpenContainers Runtime Spec
NVidia Container Runtime
RunC
libnvidia container
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