基于Kubernetes的RISC-V异构集群云任务调度系统

随着在云计算领域得到广泛的应用和关注,集群容器编排管理平台Kubernetes已广泛应用于容器化应用服务的自动部署和发布、应用弹性扩展和回滚更新、故障检测和自我修复等服务场景.第5代精简指令集计算机(fifth-generation reduced instruction-set computer,RISC-V)具有精简化、模块化、可扩展和开源4大技术特点和优势,已经得到学术界和工业界的广泛关注.本文立足于Kubernetes生态和RISC-V生态的协同研究点,为Kubernetes调度器提供异构指令集架构(instruction set architecture,ISA)的云服务任务调度支持.本文通过对生产环境中RISC-V指令集架构的各类计算任务需求进行了量化分析,发现现有的集群容器编排平台Kubernetes不具备调度RISC-V指令集架构的计算任务的能力,尤其是其调度算法无法利用RISC-V用户自定义的可扩展指令集架构特性提供高性能的可靠服务.为解决上述问题,本文提出了一种创建时调度的ISAMatch模型,综合考虑指令集亲和性、同种指令集架构节点数量和节点资源利用率等多个方面,实现任务的最佳分配.本文以现有的集群调度器为基础,完善其针对多种指令集架构任务的调度需求,相对比默认调度器正确率62％(调度RISC-V基础指令集任务)、41％(调度RISC-V扩展指令集任务)、67％(调度RISC-V扩展指令集任务且有"RISC-V"节点匹配标签),在不考虑资源限制的条件下,ISAMatch模型可以达到100％的任务调度正确率.