第7章 NUMA 対応ワークロードのスケジューリング

NUMA の概要

Non-Uniform Memory Access (NUMA) は、異なる CPU が異なるメモリー領域に異なる速度でアクセスできるようにするコンピュートプラットフォームアーキテクチャーです。NUMA リソーストポロジーは、コンピュートノード内の相互に関連する CPU、メモリー、および PCI デバイスの位置を指しています。共同配置されたリソースは、同じ NUMA ゾーン にあるとされています。高性能アプリケーションの場合、クラスターは単一の NUMA ゾーンで Pod ワークロードを処理する必要があります。

パフォーマンスに関する考慮事項

NUMA アーキテクチャーにより、複数のメモリーコントローラーを備えた CPU は、メモリーが配置されている場所に関係なく、CPU コンプレックス全体で使用可能なメモリーを使用できます。これにより、パフォーマンスを犠牲にして柔軟性を高めることができます。NUMA ゾーン外のメモリーを使用してワークロードを処理する CPU は、単一の NUMA ゾーンで処理されるワークロードよりも遅くなります。また、I/O に制約のあるワークロードの場合、離れた NUMA ゾーンのネットワークインターフェイスにより、情報がアプリケーションに到達する速度が低下します。通信ワークロードなどの高性能ワークロードは、これらの条件下では仕様どおりに動作できません。

NUMA 対応のスケジューリング

NUMA 対応のスケジューリングは、要求されたクラスターコンピュートリソース (CPU、メモリー、デバイス) を同じ NUMA ゾーンに配置して、レイテンシーの影響を受けやすいワークロードや高性能なワークロードを効率的に処理します。また、NUMA 対応のスケジューリングにより、コンピュートノードあたりの Pod 密度を向上させ、リソース効率を高めています。

Node Tuning Operator との統合

Node Tuning Operator のパフォーマンスプロファイルを NUMA 対応スケジューリングと統合することで、CPU アフィニティーをさらに設定し、レイテンシーの影響を受けやすいワークロードのパフォーマンスを最適化できます。

デフォルトのスケジューリングロジック

デフォルトの OpenShift Container Platform Pod スケジューラーのスケジューリングロジックは、個々の NUMA ゾーンではなく、コンピュートノード全体の利用可能なリソースを考慮します。kubelet トポロジーマネージャーで最も制限的なリソースアライメントが要求された場合、Pod をノードに許可するときにエラー状態が発生する可能性があります。逆に、最も制限的なリソース調整が要求されていない場合、Pod は適切なリソース調整なしでノードに許可され、パフォーマンスが低下したり予測不能になったりする可能性があります。たとえば、Pod スケジューラーが Pod の要求されたリソースが利用可能かどうか把握せずに保証された Pod ワークロードに対して次善のスケジューリング決定を行うと、Topology Affinity Error ステータスを伴う Pod 作成の暴走が発生する可能性があります。スケジュールの不一致の決定により、Pod の起動が無期限に遅延する可能性があります。また、クラスターの状態とリソースの割り当てによっては、Pod のスケジューリングの決定が適切でないと、起動の試行が失敗するためにクラスターに余分な負荷がかかる可能性があります。

NUMA 対応の Pod スケジューリングの図

NUMA Resources Operator は、カスタム NUMA リソースのセカンダリースケジューラーおよびその他のリソースをデプロイして、デフォルトの OpenShift Container Platform Pod スケジューラーの欠点を軽減します。次の図は、NUMA 対応 Pod スケジューリングの俯瞰的な概要を示しています。

図7.1 NUMA 対応スケジューリングの概要