Kubernetes和ZStack分配CPU的机制

在 Kubernetes (k8s) 环境中限制 CPU 资源与在 ZStack 虚拟机中分配 CPU 资源的机制存在一些关键差异。以下是这两种环境下 CPU 分配机制的详细对比:

Kubernetes 中的 CPU 管理

  1. 资源请求与限制:Kubernetes 允许你为每个容器指定 CPU 请求(requests)和限制(limits)。CPU 请求是容器启动所需的最小 CPU 资源量,而 CPU 限制是容器可以使用的最大 CPU 资源量。

  2. 服务质量(QoS):Kubernetes 根据 CPU 请求和限制将 Pod 分为不同的服务质量等级,包括 Guaranteed、Burstable 和 BestEffort。这影响 Pod 在资源紧张时的调度和处理方式。

  3. CPU 管理策略:Kubernetes 提供了不同的 CPU 管理策略,如 nonestaticstatic 策略允许为具有整数型 CPU 请求的 Pod 提供增强的 CPU 亲和性和独占性,通过 cpuset cgroup 控制器实现。

  4. CFS 配额:Kubernetes 使用完全公平调度算法(CFS)和 Cgroup 来管理 CPU 资源。如果 Pod 使用的 CPU 超过设置的 CPU 限制,它可能会被 Kubernetes 系统终止或节流。

ZStack 中的 CPU 分配

  1. CPU 绑定:ZStack 支持将虚拟机的虚拟 CPU(vCPU)与物理机的物理 CPU(pCPU)严格关联,为虚拟机分配特定的 pCPU。这可以通过 CPU 绑定功能实现,允许用户按照业务需求高效精准配置。

  2. vNUMA 配置:ZStack 支持基于 CPU 绑定实现的 vNUMA 配置,允许云主机的 vCPU 优先访问所在节点的本地内存,从而提高系统性能和运行效率。

  3. CPU 超分:ZStack 支持 CPU 超分,即 vCPU 数量可以大于 pCPU 数量。但如果在 CPU 绑定规则中设置 vCPU 数量大于 pCPU 数量,可能会大幅影响云主机性能。

  4. 性能优化:ZStack 的 CPU 绑定和 vNUMA 配置可以优化云主机的性能,特别是在 CPU 密集型应用场景中。

总结

Kubernetes 的 CPU 管理更侧重于容器层面的资源请求和限制,以及通过 Cgroup 和 CFS 进行资源隔离和调度。而 ZStack 的 CPU 分配则更侧重于虚拟机层面的 CPU 绑定和超分管理,以及通过 vNUMA 配置优化性能。两者在资源分配的粒度和调度策略上有所不同。Kubernetes 的 CPU 管理策略允许更细粒度的控制和优化容器性能,而 ZStack 提供了虚拟机层面的 CPU 资源优化和性能提升。

在 Kubernetes 中,要查看 Pod 正在使用哪个 CPU 核心,通常需要查看 Pod 的 CPU 亲和性设置。Kubernetes 本身不直接显示 Pod 使用的具体 CPU 核心,但是你可以通过以下方法来获取相关信息:

  1. 查看 Pod 的 CPU 亲和性配置:如果 Pod 有设置 CPU 亲和性(affinity),可以通过 kubectl describe pod <pod-name> 命令查看 Pod 的详细描述,其中包括亲和性设置。

  2. 使用 cAdvisor:cAdvisor 是 Kubernetes 集群中的一个容器资源监控工具,它可以提供容器的 CPU 使用情况。通过 cAdvisor,你可以获取容器的 CPU 使用率,但不会显示具体的核心编号。

  3. 使用 Metrics Server:Metrics Server 为 Kubernetes 提供了资源使用情况的度量,包括 CPU 和内存。通过 kubectl top pod <pod-name> 命令,你可以查看 Pod 的 CPU 使用情况,但这也不会显示具体的核心编号。

  4. 查看 Pod 的 cgroup:Kubernetes 使用 cgroup 来限制和记录容器的资源使用。你可以通过查看 Pod 在宿主机上的 cgroup 配置来获取更多信息。这通常涉及到在宿主机上执行命令,如 cat /sys/fs/cgroup/cpu/cpu.cfs_quota_uscat /sys/fs/cgroup/cpu/cpu.cfs_period_us 来获取 CPU 限制的配额和周期,但这也不会直接显示核心编号。

  5. 使用 Prometheus 和 Grafana:如果你的 Kubernetes 集群集成了 Prometheus 和 Grafana,你可以设置监控和警报来跟踪 Pod 的 CPU 使用情况。这同样不会显示具体的核心编号,但可以提供详细的性能监控。

  6. 查看宿主机的 CPU 分配:如果你需要查看宿主机上 CPU 的分配情况,可以使用 kubectl get nodes -o wide 命令来查看节点的详细信息,包括分配的资源和节点的状态。

请注意,Kubernetes 的设计初衷是抽象化底层硬件,因此它不会直接显示 Pod 使用的具体 CPU 核心编号。Kubernetes 通过 CPU 请求(requests)和限制(limits)来管理资源分配,而不是通过 CPU 核心的分配。

在 Kubernetes 中,CPU 资源的分配和管理是通过 CPU 请求(requests)和限制(limits)来实现的。这些参数帮助 Kubernetes 调度器做出决策,以确保 Pod 能够获得所需的资源,并且不会消耗超出其分配的资源。以下是 Kubernetes 中 CPU 分配机制的详细解释:

  1. CPU 请求和限制:Kubernetes 允许你为每个容器指定 CPU 请求和限制。CPU 请求是容器启动所需的最小 CPU 资源量,而 CPU 限制是容器可以使用的最大 CPU 资源量。这些参数以毫核(millicores)为单位,1 个 CPU 等于 1000 毫核。例如,一个 Pod 请求 0.5 个 CPU 资源,可以表示为 500 毫核。

  2. 服务质量(QoS):Kubernetes 根据 CPU 请求和限制将 Pod 分为不同的服务质量等级,包括 Guaranteed、Burstable 和 BestEffort。这影响 Pod 在资源紧张时的调度和处理方式。Guaranteed 类的 Pod 具有最高的优先级,因为它们为所有容器指定了 CPU 请求和限制,而 BestEffort 类的 Pod 没有指定任何资源请求或限制。

  3. CPU 管理策略:Kubernetes 提供了不同的 CPU 管理策略,如 nonestaticstatic 策略允许为具有整数型 CPU 请求的 Guaranteed 类 Pod 赋予增强的 CPU 亲和性和独占性,通过 cpuset cgroup 控制器实现。这种策略管理一个 CPU 共享池,该共享池最初包含节点上所有的 CPU 资源。可独占性 CPU 资源数量等于节点的 CPU 总量减去通过 kubelet 参数保留的 CPU 资源。

  4. CFS 配额:Kubernetes 使用完全公平调度算法(CFS)和 Cgroup 来管理 CPU 资源。如果 Pod 使用的 CPU 超过设置的 CPU 限制,它可能会被 Kubernetes 系统终止或节流。CFS 通过两个参数来实现限制:cpu.cfs_quota_us(在一个时间周期内,以微秒为单位,由 Limits 值计算得出的可用于 cgroup 的 CPU 时间)和 cpu.cfs_period_us(以微秒为单位的会计周期,用于重新填充可分配资源,默认为 100 毫秒)。

  5. CPU 调度器:Kubernetes 的 CPU 调度器负责将 Pod 调度到节点上,它会根据节点上的可用 CPU 资源和 Pod 的 CPU 请求来做出调度决策。每个 Pod 都有自己的 CPU Cgroup,用于限制该 Pod 使用的 CPU 资源。

在 Kubernetes 中,CPU 的分配单位是 millicpu(毫核),一个 CPU 资源等于 1000 毫核。Kubernetes 利用 Linux 内核的 CPU 分配机制,将 CPU 时间片分配单位转换为毫核。CPU Share 机制通过为每个容器分配一个相对权重值来控制容器之间的 CPU 分配比例。容器的 CPU 请求用于告诉 Kubernetes 调度器,该容器需要的最小 CPU 资源量;容器的 CPU 限制用于告诉 Kubernetes,该容器最多可以使用多少 CPU 资源。

总的来说,Kubernetes 的 CPU 管理策略允许更细粒度的控制和优化容器性能,而 ZStack 提供了虚拟机层面的 CPU 资源优化和性能提升。两者在资源分配的粒度和调度策略上有所不同。

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