Развёртывание LLM на Kubernetes с GPU-нодами

Деплой LLM на Kubernetes с GPU

Kubernetes с GPU-нодами — стандарт для масштабируемого LLM-деплоя в enterprise. Обеспечивает автоскейлинг, rolling updates, health checks, resource isolation. Сложность выше bare metal, но управляемость и надёжность значительно лучше.

Подготовка Kubernetes кластера для GPU

NVIDIA Device Plugin — обязательный компонент:

# Установка через Helm
helm repo add nvdp https://nvidia.github.io/k8s-device-plugin
helm repo update

helm upgrade -i nvdp nvdp/nvidia-device-plugin \
  --namespace nvidia-device-plugin \
  --create-namespace \
  --set gfd.enabled=true \
  --set devicePlugin.config.sharing.timeSlicing.resources[0].name=nvidia.com/gpu \
  --set devicePlugin.config.sharing.timeSlicing.resources[0].replicas=4  # time-slicing для малых моделей

NVIDIA GPU Operator (для managed K8s или когда нужно управление драйверами):

helm repo add nvidia https://helm.ngc.nvidia.com/nvidia
helm install gpu-operator nvidia/gpu-operator \
  --namespace gpu-operator \
  --create-namespace

Deployment для vLLM

# vllm-deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: vllm-llama3-8b
  namespace: ai-serving
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: vllm-llama3-8b
  template:
    metadata:
      labels:
        app: vllm-llama3-8b
      annotations:
        prometheus.io/scrape: "true"
        prometheus.io/port: "8080"
        prometheus.io/path: "/metrics"
    spec:
      # GPU ноды
      nodeSelector:
        nvidia.com/gpu.product: "A100-SXM4-80GB"

      tolerations:
        - key: nvidia.com/gpu
          operator: Exists
          effect: NoSchedule

      containers:
        - name: vllm
          image: vllm/vllm-openai:v0.5.0
          command:
            - python3
            - -m
            - vllm.entrypoints.openai.api_server
          args:
            - --model=/models/llama-3-8b-instruct
            - --tensor-parallel-size=1
            - --max-model-len=8192
            - --max-num-seqs=256
            - --gpu-memory-utilization=0.90
            - --port=8000
          ports:
            - containerPort: 8000
              name: http
          resources:
            limits:
              nvidia.com/gpu: "1"
              memory: "32Gi"
              cpu: "8"
            requests:
              nvidia.com/gpu: "1"
              memory: "24Gi"
              cpu: "4"
          volumeMounts:
            - name: model-storage
              mountPath: /models
              readOnly: true
            - name: shm
              mountPath: /dev/shm        # для shared memory torch
          env:
            - name: NCCL_DEBUG
              value: "WARN"
          readinessProbe:
            httpGet:
              path: /health
              port: 8000
            initialDelaySeconds: 60     # загрузка модели занимает время
            periodSeconds: 10
            failureThreshold: 10
          livenessProbe:
            httpGet:
              path: /health
              port: 8000
            initialDelaySeconds: 120
            periodSeconds: 30

      volumes:
        - name: model-storage
          persistentVolumeClaim:
            claimName: model-storage-pvc
        - name: shm
          emptyDir:
            medium: Memory
            sizeLimit: 16Gi

Service и Ingress

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: vllm-llama3-8b
  namespace: ai-serving
spec:
  selector:
    app: vllm-llama3-8b
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 8000
  type: ClusterIP
---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: vllm-ingress
  namespace: ai-serving
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-read-timeout: "300"
    nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-send-timeout: "300"
    nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-buffering: "off"  # для streaming
spec:
  ingressClassName: nginx
  rules:
    - host: llm.company.internal
      http:
        paths:
          - path: /v1
            pathType: Prefix
            backend:
              service:
                name: vllm-llama3-8b
                port:
                  number: 80

HorizontalPodAutoscaler для GPU

Стандартный HPA по CPU не работает для LLM. Используем кастомные метрики:

apiVersion: autoscaling/v2
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: vllm-hpa
  namespace: ai-serving
spec:
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: vllm-llama3-8b
  minReplicas: 1
  maxReplicas: 8
  metrics:
    - type: Pods
      pods:
        metric:
          name: vllm_queue_size   # custom metric из Prometheus
        target:
          type: AverageValue
          averageValue: "10"       # скейлим при > 10 запросов в очереди
  behavior:
    scaleUp:
      stabilizationWindowSeconds: 60
      policies:
        - type: Pods
          value: 1
          periodSeconds: 120       # один новый pod каждые 2 минуты
    scaleDown:
      stabilizationWindowSeconds: 300  # ждём 5 минут перед уменьшением

PersistentVolume для моделей

# Для ReadWriteMany нужен NFS или CSI драйвер (например, AWS EFS)
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: model-storage-pvc
  namespace: ai-serving
spec:
  accessModes: [ReadOnlyMany]
  storageClassName: nfs-fast
  resources:
    requests:
      storage: 200Gi

Multi-GPU с tensor parallelism

# Для 70B модели: pod с 4 GPU
resources:
  limits:
    nvidia.com/gpu: "4"
    memory: "320Gi"
    cpu: "32"
# args добавляем --tensor-parallel-size=4

Важно: pod с 4 GPU должен попасть на один физический хост (affinity rules), иначе NVLink не работает:

affinity:
  podAntiAffinity:
    requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - topologyKey: kubernetes.io/hostname

Сроки внедрения

Неделя 1: Установка NVIDIA Device Plugin, тестовый деплой, проверка GPU access

Неделя 2: Настройка PVC для моделей, Ingress, health checks

Неделя 3: HPA с кастомными метриками, мониторинг, rolling updates

Месяц 2: Multi-model деплой, cost optimization, disaster recovery