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Volcano是一个基于Kubernetes的云原生批量计算平台，也是CNCF的首个批量计算项目。

Volcano 主要用于AI、大数据、基因、渲染等诸多高性能计算场景，对主流通用计算框架均有很好的支持。它提供高性能计算任务调度，异构设备管理，任务运行时管理等能力。本篇文章将从Volcano架构、Volcano核心概念及功能、Volcano Code Tour、平台组件安装部署等方面来带大家认识Volcano。

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Volcano架构

Volcano全景

Volcano是基于Kubernetes的高性能批量计算平台，目前支持几乎所有的主流计算框架，包括MindSpore、TensorFlow、Kubeflow、MPI、PyTorch、飞浆、Spark、HOROVOD 等。

计算框架遇到的问题：

• 1:1的operator部署运维复杂
• 不同框架对作业管理、并行计算等要求不同
• 计算密集高，资源需求波动大，需要高级调度能力

Volcano面向主流计算框架提供：

• 统一容器基础设施，提高资源利用率
• 通用作业管理、队列Fair-share, Gang, bin-pack等高级调度算法
• 简化运维管理

Volcano整体架构

Volcano利用声明式的CRD定义我们的API，主要有3个核心的API，Volcano Job、PodGroup、Queue。

Volcano Job 是对高性能任务的通用定义，PodGroup提供了Job中Task的管理能力，Queue 为任务的分类提供了基础。

Volcano 核心组件主要包含三个：Admission、ControllerManager、Scheduler 。Admission对Volcano CRD API提供校验能力；ControllerManager负责对Volcano CRD进行资源管理;Scheduler对任务提供丰富的调度能力。

Volcano工作流程

从零开始运行Volcano作业：

1）用户创建一个 Volcano 作业

2）Volcano Admission 拦截作业的创建请求，并进行合法性校验

3）Kubernetes 持久化存储 Volcano Job 到 ETCD

4）ControllerManager 通过 List-Watch 机制观察到Job 资源的创建，创建任务（Pod）

5）Scheduler 负责任务的调度，绑定 Node

6）Kubelet Watch 到 Pod的创建，接管 Pod 的运行

7）ControllerManager 监控所有任务的运行状态，保证所有的任务在期望的状态下运行

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Volcano核心概念及功能

Volcano核心概念

Queue

• Queue的概念源于 Yarn，它是Cluster 级别的资源对象，可为其声明资源配额，也可由多namespace 共享，并且提供 soft isolation

PodGroup

• PodGroup是任务的分组，它与 queue 绑定，占用队列的资源。它与 Volcano Job 是一对一的关系；也可为其声明 Scheduling 条件

Volcano Job

• 它是批量计算作业的定义，支持定义作业所属队列、生命周期策略、所包含的任务模板以及持久卷等信息

作业管理插件

svc：提供不同类型任务之间互访能力

env：任务索引，例如 Tensorflow Worker index

ssh：ssh 秘钥对创建及挂载，主要供 MPI 作业使用

Scheduler架构

Scheduler支持动态配置和加载。

核心调度算法

• Gang Scheduling
• Fair Share
• Preempt & Reclaim
• Reserve & Backfill
• Topology Aware Scheduling
• GPU Sharing

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Volcano Code Tour

cmd目录是Volcano所有组件启动的入口；config 是Volcano的配置；defs 是安装时的配置；docs 是Volcano的设计文档；example 提供了简单的例子，hack 提供安装时的脚本；installer 提供安装的模板。

pkg 是最重要的目录，里面包含了 api、controller、scheduler 、webhook 等代码。test 提供了e2e测试用例, vendor是依赖库。

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安装部署

Volcano Install

Volcano安装部署有多种方式：若已存在K8S集群，建议通过 Helm方式安装部署，该方式支持自定义安装配置；开发者建议通过Development Yaml方式部署。

对于开发者，Volcano已内置一键式安装部署脚本，路径为 volcano. sh/volcano/hack/local-up-volcano. sh。运行该脚本时，默认会使用kind创建 Docker in Docker的模拟集群，并安装部署Volcano。

Volcano 组件

正确安装部署后，将生成4个组件，分别为：Volcano-admission、Volcano-admission-init、Volcano-controllers、 Volcano-scheduler ,其中admission-init以作业的方式生成证书。

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