Intel® QuickAssist Technology (QAT) Kubernetes 设备插件

镜像概述和主要用途

Intel® QuickAssist Technology (QAT) Kubernetes 设备插件（以下简称“QAT设备插件”）是一款用于Kubernetes集群的设备插件，旨在将Intel QAT硬件加速资源暴露给集群中的容器化应用。通过该插件，Kubernetes节点可自动发现、管理QAT硬件设备，并将其作为可调度资源提供给Pod，使应用能够直接利用QAT硬件的加密/解密、压缩/解压缩加速能力，提升数据处理性能并降低CPU占用。

核心功能和特性

1. 硬件资源自动发现

• 支持自动扫描节点上的QAT设备（如PCIe QAT加速卡），识别设备型号、数量及驱动状态。
• 兼容Intel QAT Gen3、Gen4等主流硬件平台，适配qatlib驱动框架。

2. Kubernetes资源集成

• 向Kubernetes节点注册QAT资源（资源名称：intel.com/qat），支持通过Pod的resources.requests和resources.limits声明资源需求。
• 支持资源分配粒度控制，可配置单Pod最大QAT设备占用数量。

3. 设备健康检查与故障恢复

• 实时监控QAT设备状态，对故障设备自动标记为不可用并触发节点级资源更新。
• 支持设备热插拔检测，动态更新节点可用QAT资源。

4. 多应用共享与隔离

• 基于QAT设备队列（queue）的细粒度资源分配，支持多Pod共享同一QAT设备硬件资源。
• 通过Kubernetes设备插件框架原生隔离不同Pod的QAT资源访问，避免相互干扰。

5. 配置灵活性

• 支持通过环境变量或配置文件自定义设备发现规则、资源命名、日志级别等参数。
• 兼容Intel QAT驱动的用户态配置（如qat_config工具生成的设备配置文件）。

使用场景和适用范围

适用场景

• 加密/解密加速：HTTPS服务器（如Nginx、Apache）、网关（如Open）、数据库TLS连接（如MySQL、PostgreSQL）等场景，利用QAT加速SSL/TLS握手、AES/GCM等算法运算。
• 压缩/解压缩加速：日志处理（如ELK Stack）、备份工具（如rsync）、CDN内容传输等场景，通过QAT加速zlib/gzip等压缩算法。
• 虚拟化环境加速：Kubernetes集群中运行的虚拟机（如KubeVirt）通过QAT设备插件共享宿主机QAT资源，提升虚拟机内部应用性能。

适用范围

• 硬件要求：搭载Intel QAT加速卡的x86_64架构服务器（如Intel Xeon Scalable处理器集成QAT或独立QAT PCIe卡）。
• 软件环境：
  • Kubernetes集群（版本≥1.18，支持DevicePlugins API v1）；
  • 节点已安装Intel QAT驱动（qatlib ≥ 2.0）及用户态工具（qat-config）；
  • 容器运行时（Docker、containerd等）支持设备插件框架。

详细的使用方法和配置说明

前提条件

1. 节点硬件：确保Kubernetes节点搭载Intel QAT设备，且已通过lspci命令验证设备存在（如00:04.0 Co-processor: Intel Corporation Device 4940 (rev 01)）。
2. 驱动安装：在所有节点安装QAT驱动及依赖（以CentOS为例）：

   # 安装qatlib驱动及工具
   yum install -y qatlib qatlib-service qat-config
   # 启动QAT服务并验证状态
   systemctl start qat.service && systemctl enable qat.service
   qatadm -s  # 确认QAT设备状态为"up"
   

3. Kubernetes配置：确保节点已启用设备插件功能（默认启用，无需额外配置）。

部署设备插件

QAT设备插件以DaemonSet形式部署，确保所有节点均运行插件实例。

1. 通过YAML部署（推荐）

从Intel设备插件仓库获取部署文件：

kubectl apply -f [***]

2. 验证部署状态

# 检查DaemonSet状态
kubectl get daemonset intel-qat-plugin -n kube-system
# 检查节点资源注册情况（需替换节点名称）
kubectl describe node <node-name> | grep "intel.com/qat"

输出示例：intel.com/qat: 8（表示节点可用QAT资源数量为8）。

应用配置示例

Pod需通过resources.requests声明对QAT资源的需求，示例如下：

1. Nginx QAT加速示例

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-qat-demo
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:latest
    resources:
      requests:
        intel.com/qat: 1  # 请求1个QAT资源单元
      limits:
        intel.com/qat: 1  # 限制使用1个QAT资源单元
    volumeMounts:
    - name: qat-dev
      mountPath: /dev/qat
  volumes:
  - name: qat-dev
    hostPath:
      path: /dev/qat  # 挂载主机QAT设备文件

2. 验证应用访问QAT资源

在Pod内执行命令，检查QAT设备是否可用：

# 进入Pod
kubectl exec -it nginx-qat-demo -- bash
# 验证QAT设备文件
ls /dev/qat  # 应显示qat_dev0、qat_dev1等设备文件

配置参数说明

QAT设备插件支持通过环境变量或ConfigMap自定义配置，以下为核心参数：

部署方案示例

1. Docker独立运行（测试用）

在非Kubernetes环境中，可通过Docker直接运行插件二进制（需挂载主机设备和Kubernetes设备插件Socket）：

docker run -d \
  --name qat-plugin-test \
  --privileged \
  -v /dev/qat:/dev/qat \
  -v /var/lib/kubelet/device-plugins:/var/lib/kubelet/device-plugins \
  intel/intel-qat-plugin:latest \
  -log-level=debug

2. Kubernetes DaemonSet自定义配置

通过修改DaemonSet的环境变量调整插件行为（如调整日志级别）：

# 编辑DaemonSet，添加环境变量
kubectl edit daemonset intel-qat-plugin -n kube-system
# 在containers.env中添加
env:
- name: LOG_LEVEL
  value: "debug"

参考链接

• Intel® QuickAssist Technology官方文档
• Intel设备插件GitHub仓库
• Kubernetes设备插件框架文档