控制节点上的 CPU 管理策略

特性状态: Kubernetes v1.26 [stable]

按照设计,Kubernetes 对 Pod 执行相关的很多方面进行了抽象,使得用户不必关心。然而,为了正常运行,有些工作负载要求在延迟和/或性能方面有更强的保证。为此,kubelet 提供方法来实现更复杂的负载放置策略,同时保持抽象,避免显式的放置指令。

有关资源管理的详细信息,请参阅 Pod 和容器的资源管理文档。

有关 kubelet 如何实现资源管理的详细信息,请参阅节点资源管理文档。

准备开始

你必须拥有一个 Kubernetes 的集群,且必须配置 kubectl 命令行工具让其与你的集群通信。建议运行本教程的集群至少有两个节点,且这两个节点不能作为控制平面主机。如果你还没有集群,你可以通过 Minikube 构建一个你自己的集群,或者你可以使用下面的 Kubernetes 练习环境之一:

你的 Kubernetes 服务器版本必须不低于版本 v1.26.

要获知版本信息,请输入 kubectl version.

如果你正在运行一个旧版本的 Kubernetes,请参阅与该版本对应的文档。

配置 CPU 管理策略

默认情况下,kubelet 使用 CFS 配额 来执行 Pod 的 CPU 约束。当节点上运行了很多 CPU 密集的 Pod 时,工作负载可能会迁移到不同的 CPU 核,这取决于调度时 Pod 是否被扼制,以及哪些 CPU 核是可用的。许多工作负载对这种迁移不敏感,因此无需任何干预即可正常工作。

然而,有些工作负载的性能明显地受到 CPU 缓存亲和性以及调度延迟的影响。对此,kubelet 提供了可选的 CPU 管理策略,来确定节点上的一些分配偏好。

Windows 支持

特性状态: Kubernetes v1.32 [alpha](默认禁用)

可以通过使用 "WindowsCPUAndMemoryAffinity" 特性门控在 Windows 上启用 CPU 管理器支持。这个能力还需要容器运行时的支持。

配置

CPU 管理策略通过 kubelet 参数 --cpu-manager-policyKubeletConfiguration 中的 cpuManagerPolicy 字段来指定。支持两种策略:

  • none:默认策略。
  • static:允许为节点上具有某些资源特征的 Pod 赋予增强的 CPU 亲和性和独占性。

CPU 管理器定期通过 CRI 写入资源更新,以保证内存中 CPU 分配与 cgroupfs 一致。同步频率通过新增的 Kubelet 配置参数 --cpu-manager-reconcile-period 来设置。如果不指定,默认与 --node-status-update-frequency 的周期相同。

Static 策略的行为可以使用 --cpu-manager-policy-options 参数来微调。该参数采用一个逗号分隔的 key=value 策略选项列表。如果你禁用 CPUManagerPolicyOptions 特性门控,则你不能微调 CPU 管理器策略。这种情况下,CPU 管理器仅使用其默认设置运行。

除了顶级的 CPUManagerPolicyOptions 特性门控,策略选项分为两组:Alpha 质量(默认隐藏)和 Beta 质量(默认可见)。这些组分别由 CPUManagerPolicyAlphaOptionsCPUManagerPolicyBetaOptions 特性门控来管控。不同于 Kubernetes 标准,这里是由这些特性门控来管控选项组,因为为每个单独选项都添加一个特性门控过于繁琐。

更改 CPU 管理器策略

由于 CPU 管理器策略只能在 kubelet 生成新 Pod 时应用,所以简单地从 "none" 更改为 "static"将不会对现有的 Pod 起作用。因此,为了正确更改节点上的 CPU 管理器策略,请执行以下步骤:

  1. 腾空节点。
  2. 停止 kubelet。
  3. 删除旧的 CPU 管理器状态文件。该文件的路径默认为 /var/lib/kubelet/cpu_manager_state。这将清除 CPUManager 维护的状态,以便新策略设置的 cpu-sets 不会与之冲突。
  4. 编辑 kubelet 配置以将 CPU 管理器策略更改为所需的值。
  5. 启动 kubelet。

对需要更改其 CPU 管理器策略的每个节点重复此过程。跳过此过程将导致 kubelet crashlooping 并出现以下错误:

could not restore state from checkpoint: configured policy "static" differs from state checkpoint policy "none", please drain this node and delete the CPU manager checkpoint file "/var/lib/kubelet/cpu_manager_state" before restarting Kubelet

说明:

如果节点上的在线 CPU 集发生变化,则必须腾空该节点,并通过删除 kubelet根目录中的状态文件 cpu_manager_state 来手动重置 CPU 管理器。

none 策略配置

该策略没有额外的配置项。

static 策略配置

此策略管理一个 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 --kube-reserved--system-reserved 参数保留的 CPU 资源。从 1.17 版本开始,可以通过 kubelet --reserved-cpus 参数显式地指定 CPU 预留列表。由 --reserved-cpus 指定的显式 CPU 列表优先于由 --kube-reserved--system-reserved 指定的 CPU 预留。通过这些参数预留的 CPU 是以整数方式,按物理核心 ID 升序从初始共享池获取的。共享池是 BestEffortBurstable Pod 运行的 CPU 集合。Guaranteed Pod 中的容器,如果声明了非整数值的 CPU requests,也将运行在共享池的 CPU 上。只有 Guaranteed Pod 中,指定了整数型 CPU requests 的容器,才会被分配独占 CPU 资源。

说明:

当启用 static 策略时,要求使用 --kube-reserved 和/或 --system-reserved--reserved-cpus 来保证预留的 CPU 值大于零。这是因为零预留 CPU 值可能使得共享池变空。

Static 策略选项

你可以使用以下特性门控根据成熟度级别打开或关闭选项组:

  • CPUManagerPolicyBetaOptions 默认启用。禁用以隐藏 beta 级选项。
  • CPUManagerPolicyAlphaOptions 默认禁用。启用以显示 alpha 级选项。你仍然必须使用 CPUManagerPolicyOptions kubelet 选项启用每个选项。

静态 CPUManager 策略存在以下策略选项:

  • full-pcpus-only(GA,默认可见)(1.33 或更高版本)
  • distribute-cpus-across-numa(Beta,默认可见)(1.33 或更高版本)
  • align-by-socket(Alpha,默认隐藏)(1.25 或更高版本)
  • distribute-cpus-across-cores (Alpha,默认隐藏) (1.31 或更高版本)
  • strict-cpu-reservation (GA,默认可见) (1.35 或更高版本)
  • prefer-align-cpus-by-uncorecache (Beta, 默认可见) (1.34 或更高版本)

可以通过将 full-pcpus-only=true 添加到 CPUManager 策略选项来启用 full-pcpus-only 选项。同样地,可以通过将 distribute-cpus-across-numa=true 添加到 CPUManager 策略选项来启用 distribute-cpus-across-numa 选项。当两者都设置时,它们是“累加的”,因为 CPU 将分布在 NUMA 节点的 full-pcpus 块中,而不是单个核心。可以通过将 align-by-socket=true 添加到 CPUManager 策略选项来启用 align-by-socket 策略选项。同样,也能够将 distribute-cpus-across-numa=true 添加到 full-pcpus-onlydistribute-cpus-across-numa 策略选项中。

可以通过将 distribute-cpus-across-cores=true 添加到 CPUManager 策略选项中来启用 distribute-cpus-across-cores 选项。当前,该选项不能与 full-pcpus-onlydistribute-cpus-across-numa 策略选项同时使用。

可以通过将 strict-cpu-reservation=true 添加到 CPUManager 策略选项中,然后删除 /var/lib/kubelet/cpu_manager_state 文件并重新启动 kubelet来启用 strict-cpu-reservation 选项。

可以通过将 prefer-align-cpus-by-uncorecache 添加到 CPUManager 策略选项来启用prefer-align-cpus-by-uncorecache 选项。如果使用不兼容的选项,kubelet 将无法启动,并在日志中解释所出现的错误。

有关你可以配置的各个选项的行为的模式详细信息,请参阅节点资源管理文档。


最后修改 December 22, 2025 at 2:18 PM PST: [zh-cn]sync cpu-management-policies (6166e8f53c)