随着人工智能技术的发展，计算资源需求不断增长，GPU服务器的价格也居高不下，这导致许多团队和个人难以承受单独购买GPU服务器的成本。因此，多人共用GPU服务器的需求变得越来越迫切。然而，多人共用GPU服务器的实现面临一个大问题：如何在保证各个用户隔离操作系统的同时，高效地共享计算资源和数据资源？

为解决这一问题，我们向大家推荐一种高效、安全、灵活的工具——LXD。LXD作为一种高效的容器管理工具，可以实现容器级别的隔离和高效的资源共享，非常适用于多人共用GPU服务器的场景。下面我们将探讨LXD相比于其他方案的优势，并详细介绍如何使用LXD搭建多人共用GPU服务器，希望能为读者提供一种高效、安全的多人共用GPU服务器方案。

一、多人共用GPU服务器方案对比

为了在隔离操作系统的同时实现高效的资源共享，当前已经有多种方案被提出，包括Linux多用户方案、虚拟机、Docker、OpenPAI和LXD。

Linux多用户方案是指多个Linux用户共用一台GPU服务器。这种方案的优点是可以充分利用GPU的计算能力，因为多个用户可以共享一块或多块GPU。但是，这种方案在调度和管理上存在问题，同时需要解决多用户之间的隔离问题。此外，Linux多用户方案可能存在安全问题，因为不同用户之间可以访问同一台服务器上的文件和数据。

虚拟机方案是指使用虚拟机技术来实现多用户共用一台GPU服务器。这种方案可以实现GPU资源的隔离和调度，同时也可以兼容不同操作系统。但是，虚拟机方案存在性能损失和资源利用率低的问题。

Docker方案可以实现GPU资源的隔离和调度，同时也可以实现轻量级的容器管理。但是，由于Docker使用的是共享内核的方式，容器之间的隔离性较差，容易出现安全问题。

OpenPAI是一个提供完整的人工智能模型训练和资源管理能力的开源平台，它易于扩展，支持各种规模的on-premise、on-cloud和混合环境。但是OpenPAI方案需要相当复杂的配置，不适合小规模使用的场景。

而LXD是一种轻量级的容器管理系统，是Linux容器的一种实现。与虚拟机不同，容器可以在同一台服务器上运行多个操作系统实例，同时共享主机的内核和硬件资源。LXD提供了管理容器的工具和API，可以轻松地启动、停止、管理和监控容器，以及在多个容器之间移动应用程序和数据。LXD的容器具备隔离性且能够做到轻量级管理，使LXD可以在多用户共用的GPU服务器上实现容器级别的隔离，让多个用户在共享GPU服务器计算资源的同时，不会相互影响。

二、LXD安装与配置

我们将以Ubuntu18.04为例简要介绍LXD的安装步骤和配置。在开始之前，需要先完成以下前期准备工作：

（1）在宿主机上安装好GPU对应的Nvidia显卡驱动。请注意：尽量不要安装最新版的驱动，能用上对应的CUDA版本即可。

（2）在宿主机上安装所需的CUDA和Cudnn加速文件。宿主机装好CUDA后，LXC容器只需要挂载宿主机CUDA的目录就能实现动态切换CUDA版本的效果，且能随着宿主机CUDA版本的改变而更新。

完成以上准备后，LXD安装和配置的详细步骤如下：

• 获取root权限，使用snap直接安装lxd

• 初始化lxd

• 使用`lxc profile`进行默认配置，这些配置适用于所有LXC容器

• 配置国内镜像，加快下载镜像的速度，并配置一个共享挂载卷

• 创建一个模板容器，后续所有用户容器都是基于该模板创建的

• 将`/etc/apt/sources.list`修改为清华源，然后使用`apt update`命令更新源，并安装一些必要工具

• 安装Miniconda3，并配置好pip源和conda源

• 安装与宿主机版本一致的Nvidia驱动，nvidia-container-runtime和Docker

• 修改`~/.bashrc`下的环境变量，动态配置CUDA版本

• 删除容器内的缓存并退出容器，在宿主机中将模板容器保存为模板镜像

• 为新用户启动容器

三、LXD容器管理

在LXD中，宿主机会给每个使用者创建一个Linux用户，每个Linux用户都对应一个容器，容器内是一个完整的操作系统，用户可在容器中进行任意操作而不影响宿主机和其他容器。为了方便管理Linux用户和容器，我们提供了一系列脚本，用于创建、删除用户与容器以及动态分配GPU等。

脚本代码的仓库为：https://github.com/SCUT-IAL/lxd-scripts。将脚本克隆至宿主机的`/var/scripts/`目录下即可使用。为了方便使用脚本，也可以在`~/.bashrc`下配置命令别称。

管理员管理用户和容器的步骤如下：

• 创建用户和容器：输入`add_user`，然后输入使用者的用户名、邮箱、公钥

• 删除用户和容器：输入`del_user {USERNAME}`

• 配置cron定时任务，定时监控GPU使用情况

四、LXD容器使用方法

在管理员创建用户和容器后，用户可使用Linux用户名并通过ssh命令登录至宿主机来进行容器操作。下面以用户test为例：

• ssh登陆后，用户会看到操作菜单，可根据菜单提示进行操作

• 用户输入1，可进入容器内部

• 用户输入2，可进入容器管理子菜单，可以启动和停止容器，查看容器配置信息等

• 用户输入3，可进入端口映射菜单，可将容器内的端口映射到宿主机上

• 用户输入4，可进入GPU分配菜单，GPU分配的规则如下：

（1）GPU是抢占式的，一旦分配给某个用户后，不能再分配给其他人；

（2）GPU分配有时长限制，时间以小时为单位，最长分配96小时；

（3）GPU分配到期后，系统会每4小时发送提醒邮件，若超过24小时仍不释放，系统会强制释放；

（4）系统会定时检查GPU使用情况，若连续多次发现GPU分配后闲置的情况，也会强制释放GPU资源。

• 用户输入5，可修改当前用户的公钥

五、总结

在本文中，我们详细介绍了使用LXD搭建多人共用GPU服务器的方法，以及LXD相较于其他方案的优势。通过使用LXD，我们可以在保证容器级别隔离的前提下，高效地共享计算资源和数据资源，从而满足多人共用GPU服务器的需求。此外，LXD在灵活性和安全性方面具有优势，可以保证数据隔离和安全性，同时提供更好的用户体验。

总编：黄翰

责任编辑：刘廷辉

文字：刘浩龙

图片：刘浩龙

校稿：何莉怡

时间：2023年7月16日