05｜容器CPU（1）：怎么限制容器的CPU使用？

李程远

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该思维导图由 AI 生成，仅供参考

你好，我是程远。从这一讲开始，我们进入容器 CPU 这个模块。
我在第一讲中给你讲过，容器在 Linux 系统中最核心的两个概念是 Namespace 和 Cgroups。我们可以通过 Cgroups 技术限制资源。这个资源可以分为很多类型，比如 CPU，Memory，Storage，Network 等等。而计算资源是最基本的一种资源，所有的容器都需要这种资源。
那么，今天我们就先聊一聊，怎么限制容器的 CPU 使用？
我们拿 Kubernetes 平台做例子，具体来看下面这个 pod/container 里的 spec 定义，在 CPU 资源相关的定义中有两项内容，分别是 Request CPU 和 Limit CPU。
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: frontend
spec:
  containers:
  - name: app
    image: images.my-company.example/app:v4
    env:
    resources:
      requests:
        memory: "64Mi"
        cpu: "1"
      limits:
        memory: "128Mi"
        cpu: "2"
…
很多刚刚使用 Kubernetes 的同学，可能一开始并不理解这两个参数有什么作用。
这里我先给你说结论，在 Pod Spec 里的"Request CPU"和"Limit CPU"的值，最后会通过 CPU Cgroup 的配置，来实现控制容器 CPU 资源的作用。
那接下来我会先从进程的 CPU 使用讲起，然后带你在 CPU Cgroup 子系统中建立几个控制组，用这个例子为你讲解 CPU Cgroup 中的三个最重要的参数"cpu.cfs_quota_us""cpu.cfs_period_us""cpu.shares"。

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总结

本文深入介绍了如何在Kubernetes平台中限制容器的CPU使用，以及Linux系统中的CPU使用分类和CPU Cgroup的工作原理。文章详细讲解了CPU Cgroup中的三个重要参数"cpu.cfs_quota_us"、"cpu.cfs_period_us"和"cpu.shares"的作用，以及如何通过这些参数来限制容器的CPU使用。通过实际例子和操作步骤，读者可以快速了解如何在容器中限制CPU使用，并对CPU Cgroup的工作原理有了深入的了解。文章还提出了思考题，引发读者思考和讨论。整体而言，本文内容丰富，涵盖了CPU资源管理的关键知识点，适合技术人员深入学习和交流。

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Action
为什么说“云平台里呢，大部分程序都不是实时调度的进程，而是普通调度（SCHED_NORMAL）类型进程”？这块不是很明白
作者回复: 进程如果设置为SCHED_FIFO 或者SCHED_RR实时调度类型，那么只要进程任务不结束，就不会把cpu资源让给SCHED_NORMAL进程。这种实时的进程，在实时性要比较高的嵌入式系统中会用到，但是云平台中提供互联网服务的应用中不太会去用实时调度。
2020-12-25

13
海盗船长
老师，不太明白 “Request CPU就是无论其他容器申请多少 CPU 资源，即使运行时整个节点的 CPU 都被占满的情况下，我的这个容器还是可以保证获得需要的 CPU 数目”，这句话改怎么理解呢？当节点cpu都被占满的情况下，我的这个容器会去抢占吗？另外cpu.shares是个权重，如何去保证Request CPU的数量？
作者回复: 首先这个容器已经在节点上运行了，并且其他的容器也都配置了cpu.shares。比如shares比例， group4: group3=3:1，在一个4个CPU的节点上，我们先不用考虑limit, 对于group4,如果没有group3的程序运行，那么group4里的4个线程运行的时候可以占用4个CPU。当group3里的2个线程也运行起来了，即使2个线程最大可以消耗2个CPU,但是由于有了shares比例分配，那么group4里的线程仍然可以保证有3个CPU, 而分配给group3的只有1个CPU。 cpu.shares是个相对值，但是在Linux节点上一般的约定是以值1024为1个CPU的比例，当所有的配置都遵守这个约定的时候，那么给值N*1024, 就表示N个CPU的数量了。
2020-11-25
2
5
言希
请问老师，我在环境上遇到 cpu.cfs_quota_us 取值为 -1 的，这种是不是代表的不限制CPU的使用？
作者回复: 对的，不限制。
2021-04-29

3
Action
老师，假如我有10个节点，每个节点的cpu核心数是40，只是调度pod，那么limit.cpu 可以设置为400吧？
作者回复: 一个pod只能在一个节点上运行，如果一个节点上的cpu是40，那么limit.cpu最大只能是40
2020-12-25

3
兜兜
请问下关于wa和hi/si的问题： 1. 例子中，wa是等待磁盘IO的状态，那等待网络IO时，是不是wa呢？ 2. 例子中，hi/si是收到网卡中断，那收到磁盘中断时，是不是也是hi/si？
作者回复: 网络I/O 没有wa状态部分。 hi/si 对于磁盘都是有的。
2020-11-29

3
谦寻
老师，您好，如果一个容器里面有多个进程，这个限制是针对所有进程，还是只是pid是1的进程？
作者回复: 一般对于容器，是一个cgroup控制组里限制容器中的所有进程。
2020-12-07

2
不二
请问老师，cpu.rt_runtime_us一般是不是用不上，Linux系统中哪些程序会被配置为实时调度程序呢？如果没有实时调度程序这个参数也就没有了存在的必要吧
作者回复: 一些嵌入式实时的程序需要实时调度的
2021-01-14

1
*
老师， threads-cpu这个脚本能提供吗
作者回复: 文稿里有链接的。 https://github.com/chengyli/training/tree/main/cpu/cgroup_cpu
2022-02-27
2
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Geek_ce0af4
评论区太精彩
编辑回复: 后面高能更多～加油
2021-08-30


马成
软中断我理解就是内部中断，系统调用是其中的一种。那么sy内核时间指的是系统调用时间么？si软中断时间包含系统调用时间么？我被搞糊涂了……
作者回复: softirq 指 bottom half of interrupt, 是中断处理的一部分，和系统调用是两个概念。可以找一本Linux kernel的书籍看一下，比如Linux kernel development.
2021-07-22
2


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