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NUMA 対応の VM を構成する

不均一メモリアクセス（NUMA）を使用すると、クラスタと仮想マシン（VM）で高パフォーマンス、低レイテンシのワークロードをサポートできます。クラスタノードで Kubernetes の設定をチューニングし、NUMA アフィニティで VM を構成すると、ワークロードが NUMA ノードで直接スケジューリングされるようになります。

NUMA 対応の VM では、すべての通信が NUMA ノードに対してローカルのままになります。このアーキテクチャにより、パフォーマンスを低下させる可能性があるリモートデータ転送が防止されます。

NUMA を使用するようにノードを構成する

次のセクションでは、重要な Kubernetes コンポーネントを構成してノードを調整し、NUMA 対応のコンテナを確実にスケジューリングできるようにする方法について説明します。これらの NUMA ノードは、CPU とメモリのパフォーマンスを最適化できるように調整されているため、NUMA 対応 VM を実行する各ノードの手順を実施してください。

kubelet 構成を更新する

NUMA ノードアフィニティをサポートするようにノードを構成する一環として、kubelet 構成で次の変更を行う必要があります。

static ポリシーで CPU マネージャーを有効にする
Static ポリシーでメモリマネージャーを有効にする
restricted トポロジでトポロジマネージャーを有効にする

ワーカーノードで kubelet を構成するには:

ワーカーノードで kubelet ファイルを探し、開いて編集します。
```
edit /etc/default/kubelet
```
kubelet ファイルが見つからない場合は、次のコマンドを使用して作成します。
```
echo "KUBELET_EXTRA_ARGS=\"\"" >> /etc/default/kubelet
```
このコマンドは、空の KUBELET_EXTRA_ARGS="" セクションのある kubelet ファイルを作成します。
static ポリシーで CPU マネージャーを有効にするには、このファイルの KUBELET_EXTRA_ARGS="" セクションに --cpu-manager-policy=static フラグを追加します。
```
KUBELET_EXTRA_ARGS="--cpu-manager-policy=static"
```
Static ポリシーでメモリマネージャーを有効にするには、このファイルの KUBELET_EXTRA_ARGS="" セクションに --memory-manager-policy=Static フラグを追加します。
```
KUBELET_EXTRA_ARGS="--cpu-manager-policy=static --memory-manager-policy=Static"
```
restricted ポリシーで Topology Manager を有効にするには、ファイルの KUBELET_EXTRA_ARGS="" セクションに --topology-manager-policy=restricted フラグを追加します。
```
KUBELET_EXTRA_ARGS="--cpu-manager-policy=static --memory-manager-policy=Static --topology-manager-policy=restricted"
```

Google Distributed Cloud によって予約されている現在のメモリ量を確認します。

cat /var/lib/kubelet/kubeadm-flags.env

出力は次のようになります。

KUBELET_KUBEADM_ARGS="--anonymous-auth=false --authentication-token-webhook=true --authorization-mode=Webhook --container-runtime=remote --container-runtime-endpoint=unix:///run/containerd/containerd.sock --feature-gates=SeccompDefault=true --kube-reserved=cpu=100m,memory=3470Mi --max-pods=110 --node-ip=192.168.1.190 --node-labels=baremetal.cluster.gke.io/k8s-ip=192.168.1.190,baremetal.cluster.gke.io/namespace=cluster-user001,baremetal.cluster.gke.io/node-pool=node-pool-1,cloud.google.com/gke-nodepool=node-pool-1 --pod-infra-container-image=gcr.io/anthos-baremetal-release/pause-amd64:3.1-gke.5 --provider-id=baremetal://192.168.1.190 --read-only-port=10255 --rotate-server-certificates=true --seccomp-default=true"

--kube-reserved=cpu=100m,memory=3470Mi 設定は、ノード上で 3,470 メビバイト（MiB）のメモリが Google Distributed Cloud に予約されていることを示します。

エビクションしきい値を考慮して、kubelet ファイルの KUBELET_EXTRA_ARGS セクションの --reserved-memory フラグを現在の予約済みメモリよりも 100 メビバイト大きく設定します。予約済みのメモリがない場合は、この手順をスキップできます。

たとえば、前の手順の例での 3470Mi の予約済みメモリの場合は、kubelet ファイルで 3570Mi のメモリを予約します。
```
KUBELET_EXTRA_ARGS="--cpu-manager-policy=static --memory-manager-policy=Static --topology-manager-policy=restricted --reserved-memory=0:memory=3570Mi"
```
/var/lib ディレクトリから CPU とメモリの状態ファイルを削除します。
```
rm /var/lib/cpu_manager_state
rm /var/lib/memory_manager_state
```
kubelet を再起動します。
```
systemctl start kubelet
```

これらのポリシー設定の詳細については、次の Kubernetes ドキュメントをご覧ください。

hugepages を使用するようにノードを構成する

Static ポリシーでメモリマネージャーを有効にしたら、hugepages を追加することで NUMA ノードでのコンテナワークロードのパフォーマンスをさらに向上できます。hugepages は、その名前が示すように、標準の 4 キビバイト（KiB）よりも大きいメモリページを指定できます。GDC 上の VM ランタイムは、2 メビバイト（MiB）と 1 ギビバイト（GiB）の hugepages をサポートします。ランタイムにノードを設定するか、ノードマシンの起動時に hugepages を設定できます。NUMA 対応の VM を実行させる予定の各ノードで、hugepages を構成することをおすすめします。

実行時の NUMA ノードで使用される特定サイズの hugepages の数を構成するには、次のコマンドを使用します。
```
echo HUGEPAGE_QTY > \
    /sys/devices/system/node/NUMA_NODE/hugepages/hugepages-HUGEPAGE_SIZEkB/nr_hugepages
```
次のように置き換えます。
- HUGEPAGE_QTY: 指定サイズの hugepages の割り当て数。
- NUMA_NODE: node0 など hugepages を割り当てる NUMA ノード。
- HUGEPAGE_SIZE: hugepages のサイズ。KiB 単位で 2048（2 MiB）または 1048576（1 GiB）。

NUMA ノードを使用するように VM を構成する

NUMA 用にクラスタノードを調整したら、NUMA 対応の VM を作成できます。NUMA 対応の VM は、NUMA ノードでスケジューリングされます。

NUMA 対応の VM を作成するには:

手順に沿って、マニフェストから VM を作成します。

次の compute 設定を使用して、VM を NUMA 対応に構成します。
- spec.compute.guaranteed: guaranteed を true に設定します。この設定では、virt-launcher Pod は Kubernetes の Guaranteed Quality of Service（QoS）クラスに配置されるように構成されます。
- spec.compute.advancedCompute:
  - dedicatedCPUPlacement: dedicatedCPUPlacement を true に設定します。この設定により、仮想 CPU がノードの物理 CPU に固定されます。
  - hugePageSize: hugePageSize を 2Mi と 1Gi のいずれかに設定して、VM で使用する hugepages のサイズを 2 MiB または 1 GiB で指定します。
  - numaGuestMappingPassthrough: この設定の空の構造（{}）を含めます。この設定により NUMA アフィニティが確立され、VM が NUMA ノードでのみスケジューリングされるようになります。
次の VirtualMachine マニフェストの例は、NUMA 対応の VM 構成の例を示しています。
```
apiVersion: vm.cluster.gke.io/v1
kind: VirtualMachine
metadata:
  name: vm1
spec:
  compute:
    cpu:
      vcpus: 2
    guaranteed: true
    advancedCompute:
      dedicatedCPUPlacement: true
      hugePageSize: 2Mi
      numaGuestMappingPassthrough: {}
    memory:
      capacity: 256Mi
  interfaces:
  - name: eth0
    networkName: pod-network
    default: true
  disks:
  - virtualMachineDiskName: disk-from-gcs
    boot: true
    readOnly: true
```