CPU 的使用率和使用量

在 Linux 使用 top 命令可以动态看到该服务器上一些硬件指标，包括 CPU，一般可以通过查看某个进程的 CPU 使用率分析服务。CPU 使用率以百分比的形式展现，可以比较直观地看出服务 CPU 的使用情况。

而在容器、Kubernetes 环境下，一般以 CPU 使用量来计量，比如一台服务器是 16 核，那么可以分配 4 核给该容器或者 pod，这个 4 核就是 CPU 使用量。

CPU 使用率

CPU 使用率就是某个进程在一段时间内占用的 CPU 时间占总的 CPU 时间的百分比。

比如某个开启多线程的进程 1s 内占用了 CPU0 0.6s，CPU1 0.9s，使用的总时间就是：0.6s（CPU0）+ 0.9s（CPU1） = 1.5s。

使用率就是：1.5s / 1s × 100% = 150%

这个使用率是进程层面的累计 CPU 时间，统计时会加总所有线程在各个 CPU 上的运行时间，所以使用率超过 100% 是正常的，表示它在多个核上并行运行。在 Linux 中，top 这类工具中看到的 %CPU 就是这种含义。

简单理解：假设有 4 台机器（4 个 CPU），每台机器都干活 1 小时，那总计干了 4 小时的活，即使时间只过去了 1 小时，总工时就是 4 小时，对应就是 400%。

CPU 使用量

CPU 使用量是单位时间内进程实际消耗的总 CPU 时间，可以换算为 CPU 核心数（即 vCPU 数），用毫核（millicores）表示，更适合在多核环境下直观反映进程的计算强度。

计算公式如下：

CPU 使用量（毫核，单位为 m） = CPU 使用率 × 1000（1 CPU = 1000m）

比如某个开启多线程的进程 1s 内占用了 CPU0 0.6s，CPU1 0.9s，使用的总时间就是：0.6s（CPU0）+ 0.9s（CPU1） = 1.5s，使用率为 150%。

那么 CPU 的使用量就是：150% * 1000 = 1500m = 1.5CPU

也就是使用了 1.5 核心。

Kubernetes 中的 CPU 资源分配

在 Kubernetes 中定义的 resources 会传递给底层的 CRI，然后调用 Cgroups 为容器定义资源限制。

kubelet 会调用 Linux Kernel CFS（Completely Fair Scheduler，完全公平调度）來限制 Workload 的 CPU time 的使用率，要点如下：

• CPU 使用量的计算周期为 100ms
• CPU limit 决定了每个计算周期（100ms）内容器可以使用的 CPU 时间上限
• 若达到了 CPU limit，就会出现 CPU Throttling，也就是节流
• CPU limit 换算方法如下：
  • 设置为 1 = 每 100ms 可以使用 100ms 的 CPU 时间
  • 设置为 0.5 = 每 100ms 可以使用 50ms 的 CPU 时间
  • 设置为 2 = 每 100ms 可以使用 200ms 的 CPU 时间
• 若容器中的应用是通过多线程运行的，在多个核心的情况下会将所有线程使用的 CPU 时间累加计算，所以整体仍然受到 CFS quota 的限制

一般情况下，如果 Pod 内的应用程序响应变慢了，就可以检查是否出现了 CPU Throttling，是的话说明需要增加 CPU 资源了。