使用工作队列进行粗略并行处理

在这个示例中，您将运行一个具有多个并行工作进程的 Kubernetes Job。

在这个示例中，随着每个 Pod 的创建，它会从任务队列中获取一个工作单元，完成它，从队列中删除它，然后退出。

以下是此示例中步骤的概述

启动消息队列服务。 在这个示例中，您使用 RabbitMQ，但您也可以使用其他服务。在实际应用中，您只需设置一次消息队列服务，然后在多个作业中重复使用它。
创建一个队列，并用消息填充它。 每个消息代表一项需要完成的任务。在这个示例中，消息是一个整数，我们将在其上进行冗长的计算。
启动一个从队列中处理任务的 Job。 Job 启动多个 Pod。每个 Pod 从消息队列中获取一个任务，处理它，然后退出。

开始之前

您应该已经熟悉基本的非并行 Job 使用方法。

您需要有一个 Kubernetes 集群，并且 kubectl 命令行工具必须配置为与您的集群通信。建议在至少有两个节点（不充当控制平面主机）的集群上运行本教程。如果您还没有集群，可以使用 minikube 创建一个，或者您可以使用以下 Kubernetes 游乐场之一

您需要一个容器镜像仓库，您可以在其中上传要在集群中运行的镜像。

此任务示例还假定您在本地安装了 Docker。

启动消息队列服务

此示例使用 RabbitMQ，但是，您可以将示例调整为使用其他 AMQP 类型的消息服务。

在实际应用中，您可以在集群中设置一次消息队列服务，并在多个作业中重复使用它，以及用于长期运行的服务。

按如下步骤启动 RabbitMQ

# make a Service for the StatefulSet to use
kubectl create -f https://kubernetes.ac.cn/examples/application/job/rabbitmq/rabbitmq-service.yaml

service "rabbitmq-service" created

kubectl create -f https://kubernetes.ac.cn/examples/application/job/rabbitmq/rabbitmq-statefulset.yaml

statefulset "rabbitmq" created

测试消息队列服务

现在，我们可以尝试访问消息队列。我们将创建一个临时交互式 Pod，在其中安装一些工具，并尝试使用队列。

首先创建一个临时交互式 Pod。

# Create a temporary interactive container
kubectl run -i --tty temp --image ubuntu:22.04

Waiting for pod default/temp-loe07 to be running, status is Pending, pod ready: false
... [ previous line repeats several times .. hit return when it stops ] ...

请注意，您的 Pod 名称和命令提示符会有所不同。

接下来安装 amqp-tools，以便您可以使用消息队列。以下命令展示了您需要在该 Pod 中的交互式 Shell 中运行的内容

apt-get update && apt-get install -y curl ca-certificates amqp-tools python3 dnsutils

稍后，您将创建一个包含这些包的容器镜像。

接下来，您将检查是否可以发现 RabbitMQ 的服务

# Run these commands inside the Pod
# Note the rabbitmq-service has a DNS name, provided by Kubernetes:
nslookup rabbitmq-service

Server:        10.0.0.10
Address:    10.0.0.10#53

Name:    rabbitmq-service.default.svc.cluster.local
Address: 10.0.147.152

(IP 地址会有所不同)

如果 kube-dns 附加组件配置不正确，则上一步可能对您不起作用。您也可以在环境变量中找到该服务的 IP 地址

# run this check inside the Pod
env | grep RABBITMQ_SERVICE | grep HOST

RABBITMQ_SERVICE_SERVICE_HOST=10.0.147.152

(IP 地址会有所不同)

接下来，您将验证是否可以创建队列，以及发布和消费消息。

# Run these commands inside the Pod
# In the next line, rabbitmq-service is the hostname where the rabbitmq-service
# can be reached.  5672 is the standard port for rabbitmq.
export BROKER_URL=amqp://guest:guest@rabbitmq-service:5672
# If you could not resolve "rabbitmq-service" in the previous step,
# then use this command instead:
BROKER_URL=amqp://guest:guest@$RABBITMQ_SERVICE_SERVICE_HOST:5672

# Now create a queue:

/usr/bin/amqp-declare-queue --url=$BROKER_URL -q foo -d

foo

发布一条消息到队列中

/usr/bin/amqp-publish --url=$BROKER_URL -r foo -p -b Hello

# And get it back.

/usr/bin/amqp-consume --url=$BROKER_URL -q foo -c 1 cat && echo 1>&2

Hello

在最后一个命令中，amqp-consume 工具从队列中获取了一条消息 (-c 1)，并将该消息传递给任意命令的标准输入。在这种情况下，cat 程序打印从标准输入读取的字符，echo 添加一个回车符，以便示例可读。

用任务填充队列

现在，用一些模拟任务填充队列。在这个示例中，任务是需要打印的字符串。

在实际应用中，消息的内容可能是

需要处理的文件名称
程序的额外标志
数据库表中的键范围
模拟的配置参数
需要渲染的场景的帧编号

如果存在大量数据需要 Job 的所有 Pod 以只读模式读取，您通常将这些数据放在共享文件系统（例如 NFS）中，并在所有 Pod 上挂载为只读，或者在 Pod 中编写程序，以便它可以从集群文件系统（例如：HDFS）本机读取数据。

对于此示例，您将使用 AMQP 命令行工具创建队列并用数据填充它。在实际应用中，您可能会编写一个程序使用 AMQP 客户端库来填充队列。

# Run this on your computer, not in the Pod
/usr/bin/amqp-declare-queue --url=$BROKER_URL -q job1  -d

job1

向队列添加项

for f in apple banana cherry date fig grape lemon melon
do
  /usr/bin/amqp-publish --url=$BROKER_URL -r job1 -p -b $f
done

您已向队列添加了 8 条消息。

创建容器镜像

现在您已准备好创建一个将作为 Job 运行的镜像。

Job 将使用 amqp-consume 实用程序从队列中读取消息并运行实际工作。这是一个非常简单的示例程序

application/job/rabbitmq/worker.py

#!/usr/bin/env python

# Just prints standard out and sleeps for 10 seconds.
import sys
import time
print("Processing " + sys.stdin.readlines()[0])
time.sleep(10)

赋予脚本执行权限

chmod +x worker.py

现在，构建一个镜像。创建一个临时目录，更改到该目录，下载 Dockerfile 和 worker.py。无论哪种情况，都使用以下命令构建镜像

docker build -t job-wq-1 .

对于 Docker Hub，使用您的用户名标记您的应用程序镜像，并使用以下命令将其推送到 Hub。将 <username> 替换为您的 Hub 用户名。

docker tag job-wq-1 <username>/job-wq-1
docker push <username>/job-wq-1

如果您使用的是其他容器镜像仓库，请标记镜像并将其推送到那里。

定义 Job

这是一个 Job 的清单文件。您需要复制 Job 清单文件（将其命名为 ./job.yaml），并编辑容器镜像的名称以匹配您使用的名称。

application/job/rabbitmq/job.yaml

apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: job-wq-1
spec:
  completions: 8
  parallelism: 2
  template:
    metadata:
      name: job-wq-1
    spec:
      containers:
      - name: c
        image: gcr.io/<project>/job-wq-1
        env:
        - name: BROKER_URL
          value: amqp://guest:guest@rabbitmq-service:5672
        - name: QUEUE
          value: job1
      restartPolicy: OnFailure

在这个示例中，每个 Pod 处理队列中的一个项目，然后退出。因此，Job 的完成计数对应于完成的工作项数量。这就是为什么示例清单文件将 .spec.completions 设置为 8 的原因。

运行 Job

现在，运行 Job

# this assumes you downloaded and then edited the manifest already
kubectl apply -f ./job.yaml

您可以等待 Job 成功，并设置超时时间

# The check for condition name is case insensitive
kubectl wait --for=condition=complete --timeout=300s job/job-wq-1

接下来，检查 Job

kubectl describe jobs/job-wq-1

Name:             job-wq-1
Namespace:        default
Selector:         controller-uid=41d75705-92df-11e7-b85e-fa163ee3c11f
Labels:           controller-uid=41d75705-92df-11e7-b85e-fa163ee3c11f
                  job-name=job-wq-1
Annotations:      <none>
Parallelism:      2
Completions:      8
Start Time:       Wed, 06 Sep 2022 16:42:02 +0000
Pods Statuses:    0 Running / 8 Succeeded / 0 Failed
Pod Template:
  Labels:       controller-uid=41d75705-92df-11e7-b85e-fa163ee3c11f
                job-name=job-wq-1
  Containers:
   c:
    Image:      container-registry.example/causal-jigsaw-637/job-wq-1
    Port:
    Environment:
      BROKER_URL:       amqp://guest:guest@rabbitmq-service:5672
      QUEUE:            job1
    Mounts:             <none>
  Volumes:              <none>
Events:
  FirstSeen  LastSeen   Count    From    SubobjectPath    Type      Reason              Message
  ─────────  ────────   ─────    ────    ─────────────    ──────    ──────              ───────
  27s        27s        1        {job }                   Normal    SuccessfulCreate    Created pod: job-wq-1-hcobb
  27s        27s        1        {job }                   Normal    SuccessfulCreate    Created pod: job-wq-1-weytj
  27s        27s        1        {job }                   Normal    SuccessfulCreate    Created pod: job-wq-1-qaam5
  27s        27s        1        {job }                   Normal    SuccessfulCreate    Created pod: job-wq-1-b67sr
  26s        26s        1        {job }                   Normal    SuccessfulCreate    Created pod: job-wq-1-xe5hj
  15s        15s        1        {job }                   Normal    SuccessfulCreate    Created pod: job-wq-1-w2zqe
  14s        14s        1        {job }                   Normal    SuccessfulCreate    Created pod: job-wq-1-d6ppa
  14s        14s        1        {job }                   Normal    SuccessfulCreate    Created pod: job-wq-1-p17e0

该 Job 的所有 Pod 都成功了！您已完成。

替代方法

这种方法的优点是，您不需要修改“worker”程序以使其知道存在工作队列。您可以将 worker 程序不加修改地包含在您的容器镜像中。

使用这种方法确实需要运行消息队列服务。如果运行队列服务不方便，您可能需要考虑其他作业模式之一。

这种方法为每个工作项创建一个 Pod。但是，如果您的工作项只需要几秒钟，则为每个工作项创建一个 Pod 可能会增加大量开销。请考虑其他设计，例如在细粒度并行工作队列示例中，每个 Pod 执行多个工作项。

在这个示例中，您使用了 amqp-consume 实用程序从队列中读取消息并运行实际程序。这具有不需要修改程序以使其知道队列的优点。细粒度并行工作队列示例展示了如何使用客户端库与工作队列进行通信。

注意事项

如果完成数量设置为小于队列中的项目数量，则不会处理所有项目。

如果完成数量设置为大于队列中的项目数量，则 Job 不会显示已完成，即使队列中的所有项目都已处理完毕。它将启动额外的 Pod，这些 Pod 会阻塞等待消息。您需要创建自己的机制来发现何时有工作要做，并测量队列的大小，并将完成数量设置为匹配。

这种模式下存在一个不太可能的竞争条件。如果容器在 amqp-consume 命令确认消息与容器成功退出之间被杀死，或者节点在 kubelet 能够将 Pod 的成功状态回发到 API 服务器之前崩溃，则 Job 不会显示已完成，即使队列中的所有项目都已处理完毕。

最后修改时间：2024 年 3 月 16 日凌晨 2:39 PST：修复并行处理工作队列任务的文档。(bed970676c)