Kubernetes（k8s）是一种流行的容器编排平台，它允许开发人员在云环境中部署、管理和自动化容器化应用程序。在 Kubernetes 中，CPU 资源的分配是一个关键的问题，它直接影响着应用程序的性能和可靠性。本文将介绍 Kubernetes 中的 CPU 资源分配机制，包括 CPU 请求和限制、CPU Share 机制以及 CPU 调度器等相关概念，以帮助开发人员更好地控制容器的 CPU 分配，从而提高应用程序的性能和可靠性。
CPU 分配单位
在 Kubernetes 中，CPU 的分配单位是 millicpu（毫核），一个 CPU 资源等于 1000 毫核。例如，一个 Pod 请求 0.5 个 CPU 资源，可以表示为 500 毫核。它是基于 Linux 内核的 CPU 分配机制实现的。在 Linux 内核中，CPU 时间是以时间片的形式分配的，每个时间片通常为几毫秒。Kubernetes 利用这个特性，将 CPU 时间片分配单位转换为毫核。
CPU 资源分配机制
在 Kubernetes 中，CPU 资源的分配是通过两种方式来实现的：CPU 请求和限制。CPU 请求用于告诉 Kubernetes 调度器，该 Pod 至少需要多少 CPU 资源才能正常运行；CPU 限制用于告诉 Kubernetes，该 Pod 最多可以使用多少 CPU 资源。如果节点上可用的 CPU 资源不足以满足 Pod 的 CPU 请求，该 Pod 就无法调度到该节点上运行。如果节点上可用的 CPU 资源不足以满足 Pod 的 CPU 限制，该 Pod 仍然可以运行，但可能会受到 CPU 资源的限制，导致运行缓慢或者出现其他问题。
需要注意的是，CPU 请求和限制是 Kubernetes 中的两个独立的概念。通常情况下，应该根据应用程序的实际需求来设置 CPU 请求和限制。如果设置的 CPU 请求过低，可能会导致 Pod 无法正常运行或者运行缓慢；如果设置的 CPU 限制过高，可能会导致节点上的其他 Pod 的 CPU 资源不足，影响整个集群的性能和可用性。
CPU Share 机制
另外，在 Kubernetes 中，CPU Share（CPU份额）是一种用于控制容器 CPU 资源分配的机制。它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。CPU Share 机制是 Linux 内核的一个特性，它被用于控制进程之间的 CPU 时间分配，Kubernetes 利用这个特性为容器分配 CPU 资源。
CPU Share 是一个整数值，表示相对于其他容器的 CPU 使用量。例如，如果一个容器的 CPU Share 值是 1024，另一个容器的 CPU Share 值是 512，那么前者将获得更多的 CPU 时间，约为后者的两倍。如果两个容器的 CPU Share 值相等，它们将按照时间片轮转的方式共享 CPU 资源。
在 Kubernetes 中，可以通过设置容器的 CPU 请求和限制来控制容器的 CPU Share 值。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。Kubernetes 调度器根据容器的 CPU 请求和限制以及节点上的 CPU 资源量来计算容器的 CPU Share 值。如果多个容器的 CPU 请求和限制相等，则它们将获得相等的 CPU Share 值，即按照时间片轮转的方式共享 CPU 资源。
CPU 调度器
在 Kubernetes 中，CPU 调度器是负责将 Pod 调度到节点上的组件之一。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。CPU 调度器还会考虑节点上的其他因素，例如内存、磁盘、网络等资源的使用情况。
当一个 Pod 被调度到节点上时，Kubernetes 会为该 Pod 分配一个 CPU Cgroup。Cgroup 是 Linux 内核的一个特性，它可以将进程（或者容器）分组，并限制它们的资源使用量。在 Kubernetes 中，每个 Pod 都有自己的 CPU Cgroup，用于限制该 Pod 使用的 CPU 资源。
总之，CPU 资源的分配是 Kubernetes 中的一个关键问题。通过设置 CPU 请求和限制、使用 CPU Share 机制以及 CPU 调度器等功能，可以更好地控制容器的 CPU 分配，提高应用程序的性能和可靠性。
