前言

随着人工智能技术的飞速发展，CANN（Compute Architecture for Neural Networks）作为异构计算架构的核心，在算力底座中扮演着至关重要的角色。本文基于CANN开源仓库（https://gitcode.com/cann/）的深度解读，将详细介绍如何利用云原生生态中的oam-tools，为CANN应用构建一套标准化的自动化故障诊断与运维可观测性体系。

1. CANN架构与运维挑战

CANN作为连接上层深度学习框架与底层算力（如昇腾NPU）的桥梁，其部署环境往往复杂多变。在2026年的今天，随着大模型训练与推理需求的爆发，CANN集群的规模呈指数级增长。运维人员面临着以下核心挑战：

• 异构硬件监控盲区：NPU的健康状态、利用率及温度波动难以通过传统手段实时捕获。
• 故障定位困难：算子编译失败或通信超时时，缺乏自动化的日志聚合与分析机制。
• 交付标准不一：不同团队交付的CANN应用配置差异大，缺乏统一的运维模型。

引入开放应用模型（OAM）及其配套工具集oam-tools，可以将CANN应用的部署规范与运维能力解耦，通过标准化的Trait（特征）注入可观测性能力。

2. 环境准备：oam-tools的集成

在开始实战之前，我们需要在CANN运行环境中集成oam-tools。假设你的CANN环境基于Kubernetes构建，首先需要安装OAM的CLI控制台。

代码示例：安装oam-tools

# 下载并安装适用于Linux x86_64架构的oam-tools (版本 v1.8.0)
wget https://github.com/oam-dev/trait-inventory/releases/download/v1.8.0/oam-linux-amd64 -O oam
chmod +x oam
mv oam /usr/local/bin/oam

# 初始化OAM Kubernetes运行时
oam init

3. 定义CANN应用的OAM组件

使用oam-tools的第一步是将CANN应用抽象为OAM标准的Component（组件）。我们定义一个基础的CANNService组件，包含NPU驱动依赖与核心运行库。

代码示例：CANN组件定义 (cann-component.yaml)

apiVersion: core.oam.dev/v1beta1
kind: Component
metadata:
  name: cann-inference-component
  annotations:
    description: "CANN 7.0 推理服务组件，依赖昇腾NPU驱动"
spec:
  workload:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    spec:
      template:
        spec:
          hostNetwork: true
          containers:
          - name: cann-runtime
            image: ascend/cann:7.0.RC1
            command: ["/bin/bash", "-c", "sleep 3600"]
            resources:
              limits:
                huawei.com/Ascend310P: 1 # 申明NPU资源
            volumeMounts:
            - mountPath: /usr/local/Ascend
              name: driver-path
          volumes:
          - name: driver-path
            hostPath:
              path: /usr/local/Ascend

4. 构建自动化故障诊断体系

利用oam-tools的Trait机制，我们可以在不修改CANN组件定义的情况下，动态注入故障诊断能力。我们将定义一个CANNHealthCheck Trait，用于监控NPU状态和关键进程。

代码示例：故障诊断 Trait 定义 (diagnosis-trait.yaml)

apiVersion: core.oam.dev/v1beta1
kind: TraitDefinition
metadata:
  name: cann-diagnosis-trait
spec:
  appliesToWorkloads:
    - apps.v1.Deployment
  schematic:
    cue:
      template: |
        patch: spec: template: spec: {
          // 注入诊断Sidecar容器
          containers: [{
            name: "cann-diagnoser"
            image: "oam-dev/cann-diagnoser:v1.0"
            env: [
              {
                name: "NPU_ID"
                value: parameter.npu_id
              },
              {
                name: "TARGET_PROCESS"
                value: "python"
              }
            ]
            volumeMounts: [{
              name: "sys-dir"
              mountPath: "/sys"
            }]
          }]
          volumes: [{
            name: "sys-dir"
            hostPath: { path: "/sys", type: "Directory" }
          }]
        }
        parameter: {
          npu_id: *0 | int
        }

5. 实战：应用与可观测性验证

现在，我们将上述组件和诊断特性结合，创建一个Application，并利用oam-tools进行验证。

代码示例：部署应用并绑定诊断特性

# 部署组件
oam apply -f cann-component.yaml

# 部署诊断特性定义
oam apply -f diagnosis-trait.yaml

# 创建应用并启用诊断
cat <<EOF | oam apply -f -
apiVersion: core.oam.dev/v1beta1
kind: Application
metadata:
  name: cann-app-with-observability
spec:
  components:
    - name: cann-inference
      type: cann-inference-component
      traits:
        - type: cann-diagnosis-trait
          properties:
            npu_id: 0
EOF

应用部署后，oam-tools会自动注入诊断容器。我们可以通过查看诊断容器的日志来获取NPU的健康状态。以下是一个模拟的诊断脚本输出示例，展示了如何自动化判断故障：

代码示例：自动化诊断逻辑 (Python模拟)

import json

def check_npu_health(log_output):
    """
    解析诊断Sidecar输出的JSON日志，判断NPU状态
    """
    try:
        data = json.loads(log_output)
        npu_temp = data.get('temperature', 0)
        memory_usage = data.get('memory_usage', 0)
        health_status = data.get('status', 'unknown')
        
        if npu_temp > 85:
            return {"alert": True, "reason": f"High Temperature: {npu_temp}°C"}
        if memory_usage > 0.95:
            return {"alert": True, "reason": "HBM Memory Exhausted"}
        if health_status != 'OK':
            return {"alert": True, "reason": f"NPU Device Error: {health_status}"}
            
        return {"alert": False, "reason": "System Healthy"}
        
    except Exception as e:
        return {"alert": True, "reason": f"Parser Error: {str(e)}"}

# 模拟日志输入
sample_log = '{"status": "OK", "temperature": 45, "memory_usage": 0.4}'
result = check_npu_health(sample_log)

if result['alert']:
    print(f"[CRITICAL] {result['reason']}")
    # 触发自动修复或告警流程
else:
    print(f"[INFO] {result['reason']}")

6. 总结

通过结合CANN强大的算力基础设施与oam-tools标准化的运维模型，我们成功构建了一套自动化的故障诊断与可观测性体系。这种方法不仅统一了CANN应用的交付标准，还通过Trait（特性）实现了运维能力的复用与插拔。随着CANN社区的进一步发展，这种云原生的运维范式将成为大规模AI算力集群管理的最佳实践。

cann组织链接：https://atomgit.com/cann
ops-nn仓库链接：https://atomgit.com/cann/ops-nn