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Kubernetes 1.26：设备管理器正式发布

作者： Swati Sehgal (Red Hat)

译者： Jin Li (UOS)

设备插件框架是在 Kubernetes v1.8 版本中引入的，它是一个与供应商无关的框架， 旨在实现对外部设备的发现、公布和分配，而无需修改核心 Kubernetes。 该功能在 v1.10 版本中升级为 Beta 版本。随着 Kubernetes v1.26 的最新发布， 设备管理器现已正式发布（GA）。

在 kubelet 中，设备管理器通过 Unix 套接字使用 gRPC 实现与设备插件的通信。 设备管理器和设备插件都充当 gRPC 服务器和客户端的角色，分别提供暴露的 gRPC 服务并进行连接。 设备插件提供 gRPC 服务，kubelet 连接该服务进行设备的发现、公布（作为扩展资源）和分配。 设备管理器连接到 kubelet 提供的 Registration gRPC 服务，以向 kubelet 注册自身。

请查阅文档中的示例, 了解一个 Pod 如何通过设备插件请求集群中暴露的设备。

以下是设备插件的一些示例实现:

自设备插件框架引入以来的重要进展

Kubelet APIs 移至 kubelet 暂存库

在 v1.17 版本中，面向外部的 deviceplugin API 包已从 k8s.io/kubernetes/pkg/kubelet/apis/ 移动到了 k8s.io/kubelet/pkg/apis/。有关此变更背后的更多详细信息， 请参阅 Move external facing kubelet apis to staging

设备插件 API 更新

新增了额外的 gRPC 端点：

  1. GetDevicePluginOptions 用于设备插件向 DeviceManager 传递选项，以指示是否支持 PreStartContainer、GetPreferredAllocation 或其他将来的可选调用， 并可在向容器提供设备之前进行调用。
  1. GetPreferredAllocation 允许设备插件将优先分配信息传递给 DeviceManager， 使其能够将此信息纳入其分配决策中。DeviceManager 在 Pod 准入时向插件请求指定大小的优选设备分配，以便做出更明智的决策。 例如，在为容器分配设备时，指定设备间的约束条件以表明对最佳连接设备集合的偏好。
  1. 在注册阶段由设备插件指示时，PreStartContainer 会在每次容器启动之前被调用。 它允许设备插件在所请求的设备上执行特定的设备操作。 例如，在容器启动前对 FPGA 进行重新配置或重新编程。

引入这些更改的 PR 为：

  1. Invoke preStart RPC call before container start, if desired by plugin
  2. Add GetPreferredAllocation() call to the v1beta1 device plugin API

引入上述端点后，kubelet 中的设备管理器与设备管理器之间的交互如下所示：

展示设备插件框架，显示 kubelet 与设备插件之间的关系

设备插件框架概述

设备插件注册流程的语义变更

设备插件的代码经过重构，将 'plugin' 包独立于 devicemanager 包之外， 为引入 v1beta2 设备插件 API 做好了前期准备。 这将允许在 devicemanager 中添加支持，以便同时为多个设备插件 API 提供服务。

通过这次重构工作，现在设备插件必须在向 kubelet 注册之前开始提供其 gRPC 服务。 之前这两个操作是异步的，设备插件可以在启动其 gRPC 服务器之前注册自己，但现在不再允许。 更多细节请参考 PR #109016 和 Issue #112395。

动态资源分配

在 Kubernetes 1.26 中，受 Kubernetes 处理持久卷方式的启发， 引入了动态资源分配， 以满足那些具有更复杂资源需求的设备，例如：

  1. 将设备的初始化和分配与 Pod 生命周期解耦。
  2. 促进容器和 Pod 之间设备的动态共享。
  3. 支持自定义特定资源参数。
  4. 启用特定资源的设置和清理操作。
  5. 实现对网络附加资源的支持，不再局限于节点本地资源。

设备插件 API 目前已经稳定了吗？

不，设备插件 API 仍然不稳定；目前最新的可用设备插件 API 版本是 v1beta1。 社区计划引入 v1beta2 API，以便同时为多个插件 API 提供服务。 对每个 API 的调用都具有请求/响应类型，可以在不明确升级 API 的情况下添加对新 API 版本的支持。

除此之外，社区中存在一些提案，打算引入额外的端点 KEP-3162: Add Deallocate and PostStopContainer to Device Manager API。