背景

目前实验室GPU使用情况是：大部分同学的配有单台1080/TITAN Xp。后来购入了两台4卡的机器，老师的意思是希望可以作为服务器使用，能够多人同时使用，互不影响。于是便开始了本次折腾，记录采坑经历。

通过本文，多卡读者可以实现分配每块GPU给特定同学使用，也可以多人共用多块GPU。单卡读者可以实现多人共用一块GPU。

需求

说需求之前先来列一下机器配置：

CPU: i7-6850K CPU
内存：DDR4 2400Hz 32G *4
存储：512G SSD *1 + 4TB 机械 *3
显卡：TITAN Xp *4

需求很明显：像使用一台带有GPU的自己的机器一样使用服务器。

具体来说要满足：

  • 不同用户之间不能相互影响且可以同时使用
  • 用户要能方便地访问自己的“机器”
  • 用户有所有权限
  • 用户不被允许直接操作宿主机
  • 灵活配置GPU，可以每一分一块GPU，只有一个人用的时候可以用四块。
  • 上网方便，使用自己的校园网帐号上网，可以使用IPV6

调研

首先可以肯定，Ubuntu多用户下可能存在误删其他同学文件，所需软件版本不兼容，GPU使用需要代码中指定等问题。

经过多方调研对比，在此省略xx字，最终选择使用LXD来搭建容器，实现上述需求。

我主要看好LXD：

  • 相比LXC更简单，功能更强大
  • 相比部署应用用的Docker更时候做操作使用的容器
  • 相比KVM更轻便
  • 支持GPU等设备Passthrough
  • 调研过程中看到的资料足够满足我实现上述需求
  • 支持RESTful API

所以整体思路是通过LXD容器实现多用户共用GPU服务器。

主要参考文献见文章最后一章节。

安装

安装过程主要安装了

  • ZFS 用于管理物理磁盘，支持LXD高级功能
  • LXD 实现虚拟容器
  • bridge-utils 用于搭建网桥
  1. sudo apt install zfs
  2. sudo apt -t xenial-backports install lxd
  3. sudo apt install bridge-utils

配置

配置LXD

sudo lxd init,按照提示，这里我选择将第一块1TB的机械硬盘通过ZFS作为容器的存储后端。当提示是否创建bridge时，选择否。lxd init创建的bridge每个容器通过宿主机用NAT上网，我更希望每个人分配一个IP，通过自己的校园网上网。如果不需要，请选择是并忽略下一个章节。

配置网桥

修改/etc/network/interfaces，内容如下：

  1. auto lo
  2. iface lo inet loopback
  4. auto br0
  5. iface br0 inet dhcp
  6.    bridge_ports enp14s0
  8. iface enp14s0 inet manual

其中enp14s0可通过ifconfig查看网卡信息得到。

配置LXDlxc network attach-profile br0 default eth0。配置完成后需要重启下机器。

新建容器

如果你网速可以:lxc launch ubuntu:xenial yourContainerName可以试试直接下载，100M多点。

如果有网速不行建议添加清华大学的镜像，并且IPV6正好免校园网流量：

  1. lxc remote add tuna-images https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/lxc-images/ --protocol=simplestreams --public
  2. lxc image list tuna-images:

之后使用lxc launch tuna-images:biasOrfootprint yourContainerName新建容器。

安装驱动

lxc exec yourContainerName bash可进入容器bash，在容器中显卡驱动不需要安装内核文件，只需要sudo sh /NVIDIA-Linux-x86_64-xxx.xx.run --no-kernel-module进行安装。

配置显卡

为容器添加所有GPU: lxc config device add yourContainerName gpu gpu。

添加指定GPU： lxc config device add yourContainerName gpu0 gpu id=0

共享目录
  1. lxc config set yourContainerName security.privileged true
  2. lxc config device add privilegedContainerName shareName disk source=path1 path=path2

path1为宿主机路径，path2为容器内路径。

nvidia-uvm

兴冲冲的装好环境，发现TensorFlow无法使用显卡，原因是宿主机没有/dev/nvidia-uvm设备，需要通过以下命令挂载设备：

  1. /sbin/modprobe nvidia-uvm
  2. D=`grep nvidia-uvm /proc/devices | awk '{print $1}'`
  3. mknod -m 666 /dev/nvidia-uvm c $D 0

挂载设备到容器：

  1. lxc config device add yourContainerName nvidia-uvm unix-char path=/dev/nvidia-uvm
桌面环境

考虑到需要桌面环境的同学，我们通过VNC访问桌面环境。首先尝试的配置Ubuntu自带桌面，多次尝试失败，后来选择使用gnome桌面。

  1. # 可选 --no-install-recommends 安装不必要组建
  2. apt install ubuntu-desktop gnome-panel gnome-settings-daemon metacity nautilus gnome-terminal vnc4server -y

在~/.vnc/xstartup文件中加入:

  1. gnome-panel &
  2. gnome-settings-daemon &
  3. metacity &
  4. nautilus &

然后即可使用vnc4server，VNC具体使用不再赘述。

CUDA与cuDNN

CUDA与cuDNN安装本质上来讲只是解压文件（头文件，动态库等），所以我把不同版本的CUDA与cuDNN安装到了公共磁盘上，这个公共磁盘通过配置文件默认挂载到所有容器，其他同学在使用时按需添加环境变量和动态库路径即可。

其他

我整体的解决方案是把配置好的容器做成镜像，后续创建从这个镜像创建。这个镜像配置了SSH,VNC,普通用户等。

第二块硬盘通过ZFS管理zpool create A-pool /dev/sdb。通过配置文件挂载到容器。CUDA和cuDNN安装在这里。后续拷贝大型数据集也可以直接通过物理机拷贝。

上网处理可以通过VNC打开浏览器上网外，用上了之前写的一个Python登录校园网的库，可以通过脚本登录网络。

GPU默认通过配置文件挂载到容器。LXD相关操作见参考中的[3]，用到了编辑配置文件，快照，镜像等相关操作，本文没有细说。

写份使用说明，并告知用户一定要修改默认SSH和VNC密码。

因为有RESTful API，所以可以做个WEB管理系统，后来发现了lxdui还挺好用：

由于加载镜像拖慢速度，对代码简单进行了修改备用。后续准备基于lxdui增加权限控制等功能，每个用户可以方便的对自己的容器进行控制，快照等。

总结

本次折腾完美解决了需求，每个人通过SSH + VNC使用完全属于自己的机器，作为宿主机的管理员，我深知责任重大，更应该严守宿主机密码，常常以删除容器来威胁舍友，耐心帮助同学。

此外，有RESTful API还能做很多好玩的事情。

参考