dcgm-exporter源码分析

背景

在早期的GPU监控中我们会使用一些NVML工具来对GPU卡的基本信息进行采集，并持久化到监控系统的数据存储层。因为我们知道，其实通过nvidia-smi这样的命令也是可以获取到GPU的基本信息的，但随着整个AI市场的发展和成熟，对于GPU的监控也越来越需要一套标准化的工具体系，也就是本篇文章讲的关于DCGM相关的监控解决方案。

简介

DCGM(Data Center GPU Manager)即数据中心GPU管理器，是一套用于在集群环境中管理和监视Tesla™GPU的工具。

它包括主动健康监控，全面诊断，系统警报以及包括电源和时钟管理在内的治理策略。

它可以由系统管理员独立使用，并且可以轻松地集成到NVIDIA合作伙伴的集群管理，资源调度和监视产品中。

DCGM简化了数据中心中的GPU管理，提高了资源可靠性和正常运行时间，自动化了管理任务，并有助于提高整体基础架构效率。

DCGM采集GPU指标的实现都封装在 libdcgm.so 库中

指标含义

dcgm-exporter采集指标项以及含义:

dcgm_fan_speed_percent：GPU 风扇转速占比（%）

dcgm_sm_clock：GPU sm 时钟(MHz)

dcgm_memory_clock：GPU 内存时钟(MHz)

dcgm_gpu_temp：GPU 运行的温度(℃)

dcgm_power_usage：GPU 的功率（w）

dcgm_pcie_tx_throughput：GPU PCIe TX传输的字节总数 （kb）

dcgm_pcie_rx_throughput：GPU PCIe RX接收的字节总数 （kb）

dcgm_pcie_replay_counter：GPU PCIe重试的总数

dcgm_gpu_utilization：GPU 利用率（%）

dcgm_mem_copy_utilization：GPU 内存利用率（%）

dcgm_enc_utilization：GPU 编码器利用率 （%）

dcgm_dec_utilization：GPU 解码器利用率 (%)

dcgm_xid_errors：GPU 上一个xid错误的值

dcgm_power_violation：GPU 功率限制导致的节流持续时间(us)

dcgm_thermal_violation：GPU 热约束节流持续时间(us)

dcgm_sync_boost_violation：GPU 同步增强限制，限制持续时间(us)

dcgm_fb_free：GPU fb（帧缓存）的剩余（MiB）

dcgm_fb_used：GPU fb （帧缓存）的使用 （MiB）

其实到这，DCGM的工具集已经完整的将我们需要的 GPU 的metrics数据采集出来了，并且是符合prometheus的数据格式和标准的，此时，我们可以根据实际的情况编写一个简单的api程序，将采集到的数据以api的形式暴露出去，就可以让整个prometheus server对各个 GPU 主机的metrics进行采集和监控。

启动参数

参数名称	别名	对应环境变量	说明	默认值
collectors	f	DCGM_EXPORTER_COLLECTORS	要采集的指标的配置文件路径	/etc/dcgm-exporter/default-counters.csv
address	a	DCGM_EXPORTER_LISTEN	服务地址	:9400
collect-interval	c	DCGM_EXPORTER_INTERVAL	指标采集间隔（单位：ms）	30000
kubernetes	k	DCGM_EXPORTER_KUBERNETES	支持kubernetes指标映射到pod	false
kubernetes-gpu-id-type		DCGM_EXPORTER_KUBERNETES_GPU_ID_TYPE	GPU ID类型，用于映射kubernetes自由到pods。可选值为uid或device-name	uid
use-old-namespace	o	DCGM_EXPORTER_USE_OLD_NAMESPACE	Use old 1.x namespace	false
remote-hostengine-info	r	DCGM_REMOTE_HOSTENGINE_INFO	连接到远程的 hostengine <HOST>:<PORT>	localhost:5555
devices	d	DCGM_EXPORTER_DEVICES_STR	要监控的设备 f：监控所有的GPUs和GPU实例 g：只监控GPUs i：只监控GPU实例，如果不支持MIG，则不能指定为该值	f
no-hostname	n	DCGM_EXPORTER_NO_HOSTNAME	输出时忽略hostname信息，为了兼容旧版本	false
fake-gpus		DCGM_EXPORTER_USE_FAKE_GPUS	接受虚假GPU，仅用于测试	false
configmap-data	m	DCGM_EXPORTER_CONFIGMAP_DATA	要采集的指标的配置configMap <NAMESPACE>:<NAME>	none

三种启动模式

DCGM 可以通过三种模式来启动：

• Embedded：在当前进程内启动 hostengine。

• Standalone：连接到指定地址的、已经在运行的 nv-hostengine，可以通过 -connect "IP:PORT/Socket" -socket "isSocket" 来指定目标地址。

• StartHostengine：通过打开 Unix socket的方式来启动并连接到 nv-hostengine，并在退出时终止 nv-hostengine。

DeviceOptions

type DeviceOptions struct {
    Flex             bool  // 如果为true，则监听所有不支持MIG的GPU信息，或支持MIG的GPU实例信息
    GpuRange         []int // 要监听的GPU的索引列表，如果是-1，则表示监听所有GPU
    GpuInstanceRange []int // 要监听的GPU实例的索引列表，如果是-1，则表示监听所有GPU实例
}

启动过程

1. 把命令行参数转成*dcgmexporter.Config

2. 如果使用远程hostengine，则采用 Standalone 启动模式，否则以 Embedded 模式启动。

   1. 初始化 DCGM

      1. 加载 libdcgm.so

3. 判断是否需要收集 DCP 相关指标

4. 创建 ch channel用于传递指标数据

5. 创建 *dcgmexporter.MetricsPipeline 实例

   1. 从--configmap-data 指定的 ConfigMap中解析要采集的指标信息

      1. 初始化 kubernetes.Interface

      2. 获取目标ConfigMap，并解析“metrics”配置

   2. 如果从ConfigMap中解析失败，则从 --collectors 指定的 csv 文件中解析要采集的指标信息

   3. 创建 *dcgmexporter.DCGMCollector 实例

      1. 初始化 *dcgmexporter.SystemInfo 实例

         1. 获取 GPU 设备数量

         2. 获取每个 GPU 的详细信息，包括 GPU编号、DCGM可支持、UUID、功率（W）、PCI信息（BusID、BAR1、FBTotal、带宽）、设备标志（品牌、模式、序列号、Vbios、驱动版本等）、P2PLink列表、CPU亲和性

         3. 获取GPU实例的层级结构

         4. 根据层级结构判断GPU是否支持MIG，及关联的 GPU 实例信息

         5. 设置 DeviceOptions

      2. 获取hostname

      3. SetupDcgmFieldsWatch，并返回对应的 cleanup 方法（用于资源回收）

         1. 通过 *dcgmexporter.SystemInfo 信息创建分组

            1. 根据 SystemInfo 和 DeviceOptions 获取要监控的实体（包括GPU和GPU实例）

            2. 创建Group及其cleanup方法

            3. 将被监控实体加入分组

         2. 创建 FileGroup 及其cleanup方法

         3. WatchFieldGroup

   4. 如果需要支持kubernetes指标映射到pod，创建 *dcgmexporter.PodMapper 实例

   5. 封装成 *dcgmexporter.MetricsPipeline 实例

6. 创建 *dcgmexporter.MetricsServer 实例，并将 ch channel 传给 MetricsServer，赋值给 metricsChan 字段

   1. 启动 HTTP 服务，用于处理 /health、/metrics 路径请求

7. 执行 MetricsPipeline.Run() 方法，并将 ch channel 传给 Run() 方法，用于写入指标数据

   1. 启动定时器，定期执行 MetricsPipeline.run() 方法

      1. 执行 gpuCollector.GetMetrics() 方法，获取指标数据

         1. 从 *dcgmexporter.SystemInfo 实例中获取要监控的实体信息（包括GPU、GPU实例）

         2. 遍历目标实体，获取最新的指标数据，并转化成 Prometheus 指标格式

         3. 返回指标数据

      2. 通过 PodMapper 将指标数据和 Pod 进行映射

      3. 对指标数据进行格式化

   2. 将结果写入 ch channel

8. 执行 MetricsServer.Run() 方法

   1. 启动HTTP服务

   2. 从 metricsChan 接收指标数据

9. 监听系统中断信号，如果监听到中断信号，则进行停止或重启操作

参考文档

基于DCGM和Prometheus的GPU监控方案