Kubernetes v1.34: Einführung der CPU Manager Statische Richtlinienoption für Uncore Cache-Ausrichtung

TL;DR

Kubernetes v1.34 führt die CPU Manager Richtlinienoption „prefer-align-cpus-by-uncorecache“ ein, die es ermöglicht, CPU-Ressourcen so zuzuweisen, dass Container auf CPUs mit demselben uncore Cache laufen. Diese Funktion verbessert die Leistung von Workloads auf Prozessoren mit einer geteilten uncore Cache-Architektur, indem sie die Cache-Latenz reduziert und die Ressourcenkontention verringert.

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Die neue Funktion „prefer-align-cpus-by-uncorecache“ in Kubernetes v1.34 ist eine Weiterentwicklung der gleichnamigen Alpha-Funktion aus v1.32 und hat den Status Beta erreicht. Sie zielt darauf ab, die Leistung bestimmter Workloads zu optimieren, die auf Prozessoren mit einer geteilten uncore Cache-Architektur ausgeführt werden. Bei dieser Architektur ist der letzte Cache, auch als uncore Cache bekannt, in mehrere physische Caches unterteilt, die spezifischen CPU-Gruppierungen innerhalb eines physischen Pakets zugeordnet sind. Dies trägt dazu bei, die Zugriffszeiten zwischen den CPU-Kernen und ihren Caches zu verringern.

Mit der Aktivierung der „prefer-align-cpus-by-uncorecache“-Richtlinie versucht der statische CPU-Manager, CPU-Ressourcen für einen Container so zuzuweisen, dass alle zugewiesenen CPUs denselben uncore Cache teilen. Dies geschieht auf einer Best-Effort-Basis, wobei die Anforderungen des Containers und die verfügbaren Ressourcen auf dem Knoten berücksichtigt werden. Durch die Ausführung eines Workloads auf einer Gruppe von CPUs, die den kleinsten erforderlichen Satz an uncore Caches verwenden, profitieren Anwendungen von einer reduzierten Cache-Latenz und geringerer Contention gegenüber anderen Workloads, was zu einem insgesamt höheren Durchsatz führen kann.

Standardmäßig berücksichtigt Kubernetes die Topologie des uncore Caches nicht, was dazu führen kann, dass Container auf CPUs verteilt werden, die unterschiedlichen uncore Caches zugeordnet sind. Dies kann zu einer erhöhten Latenz und Ressourcenkontention führen. Mit der neuen Richtlinie wird dieses Problem behoben, indem Container isoliert auf einem einzelnen Cache platziert werden, was die Cache-Kontention verringert und die Latenz für die verwendeten CPUs minimiert.

Technische Details/Implikationen

Die Funktion „prefer-align-cpus-by-uncorecache“ ist besonders vorteilhaft für Anwendungen, die auf Telekommunikationssysteme wie vRAN, Mobile Packet Core und Firewalls abzielen. Es ist jedoch zu beachten, dass die Vorteile dieser Optimierung von der Art des Workloads abhängen. Workloads, die stark auf den Speicherbandbreite angewiesen sind, könnten möglicherweise nicht von der Ausrichtung des uncore Caches profitieren, da die Nutzung mehrerer uncore Caches den Zugriff auf die Speicherbandbreite erhöhen kann.

Um die Funktion zu aktivieren, muss die CPU-Manager-Richtlinie auf „static“ gesetzt und die spezifische Option „prefer-align-cpus-by-uncorecache“ in der Kubelet-Konfigurationsdatei aktiviert werden. Dies erfordert auch die Aktivierung des Feature Gates „CPUManagerPolicyBetaOptions“. Bei Änderungen an bestehenden Knoten muss die Datei „cpu_manager_state“ entfernt und der Kubelet-Dienst neu gestartet werden.

Fazit/Ausblick

Die Einführung der „prefer-align-cpus-by-uncorecache“-Richtlinie in Kubernetes v1.34 stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Optimierung von CPU-Ressourcenzuweisungen dar, insbesondere für spezialisierte Workloads. Diese Funktion könnte die Effizienz und Leistung in Umgebungen mit geteilten uncore Cache-Architekturen erheblich steigern.