3. Cgroups CPU子系统：cgroups v1与v2概述、cpu.shares与cpu.weight、cpu.cfs_period_us与cpu.cfs_quota_us

CPU 子系统是 cgroups 中控制容器 CPU 资源分配的核心模块。理解 cgroups v1 与 v2 的架构差异、权重分配机制以及带宽控制参数，是进行容器 CPU 绑核与性能调优的基础。本节将系统梳理这些关键概念。

3.1 cgroups v1 与 v2 概述

cgroups（Control Groups）自 Linux 2.6.24 引入以来，经历了从 v1 到 v2 的重大演进。v1 采用多层级、多挂载点的树形结构，每个子系统独立挂载；v2 则统一为单层级树，所有子系统挂载在同一根目录下，解决了 v1 中进程在不同子系统间不一致的问题。

3.2 cpu.shares 与 cpu.weight：CPU 权重分配

CPU 权重决定了多个 cgroup 在 CPU 资源竞争时的分配比例。v1 使用 cpu.shares，v2 使用 cpu.weight，两者本质都是相对权重，而非限制。

3.2.1 cpu.shares（cgroups v1）

cpu.shares 的默认值为 1024，取值范围为 2~262144。当多个 cgroup 中的进程同时争用 CPU 时，调度器按 shares 比例分配 CPU 时间。如果只有一个 cgroup 有进程运行，它可以占用全部 CPU 资源。

# 创建两个 cgroup 并设置不同的 shares
mkdir -p /sys/fs/cgroup/cpu/group_high /sys/fs/cgroup/cpu/group_low
echo 2048 > /sys/fs/cgroup/cpu/group_high/cpu.shares
echo 512  > /sys/fs/cgroup/cpu/group_low/cpu.shares

# 将进程 PID 加入对应 cgroup
echo $PID_HIGH > /sys/fs/cgroup/cpu/group_high/tasks
echo $PID_LOW  > /sys/fs/cgroup/cpu/group_low/tasks

# 此时 group_high 与 group_low 的 CPU 分配比例为 2048:512 = 4:1

3.2.2 cpu.weight（cgroups v2）

cpu.weight 的默认值为 100，取值范围为 1~10000。v2 使用线性权重模型，计算更直观。v2 还提供了 cpu.weight.nice 接口，允许通过 nice 值（-20~19）映射到权重。

# cgroups v2 设置权重
mkdir -p /sys/fs/cgroup/group_high /sys/fs/cgroup/group_low
echo 200 > /sys/fs/cgroup/group_high/cpu.weight
echo 50  > /sys/fs/cgroup/group_low/cpu.weight

# 将进程写入 cgroup.procs
echo $PID_HIGH > /sys/fs/cgroup/group_high/cgroup.procs
echo $PID_LOW  > /sys/fs/cgroup/group_low/cgroup.procs

# 分配比例 200:50 = 4:1

3.3 cpu.cfs_period_us 与 cpu.cfs_quota_us：CPU 带宽控制

CFS（Completely Fair Scheduler）带宽控制提供了 CPU 使用的硬限制。通过 cpu.cfs_period_us 和 cpu.cfs_quota_us 两个参数，可以精确限制一个 cgroup 在指定周期内最多使用的 CPU 时间。

3.3.1 参数含义

• cpu.cfs_period_us：带宽控制周期，单位微秒（µs），默认 100000（100ms），取值范围 1000~1000000。
• cpu.cfs_quota_us：在每个周期内允许使用的 CPU 时间，单位微秒（µs），默认 -1（不限制）。

通过这两个参数可以计算出 cgroup 能使用的 CPU 核心数上限：

CPU 核心数上限 = cpu.cfs_quota_us / cpu.cfs_period_us

示例：
  period = 100000 µs（100ms）
  quota  = 200000 µs（200ms）
  → 可使用 2 个 CPU 核心

  period = 100000 µs
  quota  =  50000 µs（50ms）
  → 可使用 0.5 个 CPU 核心

3.3.2 实际配置示例

# 限制 cgroup 最多使用 1.5 个 CPU 核心
echo 100000 > /sys/fs/cgroup/cpu/mycontainer/cpu.cfs_period_us
echo 150000 > /sys/fs/cgroup/cpu/mycontainer/cpu.cfs_quota_us

# 限制 cgroup 最多使用 4 个 CPU 核心
echo 100000 > /sys/fs/cgroup/cpu/mycontainer/cpu.cfs_period_us
echo 400000 > /sys/fs/cgroup/cpu/mycontainer/cpu.cfs_quota_us

# 取消限制（恢复为不限制）
echo -1 > /sys/fs/cgroup/cpu/mycontainer/cpu.cfs_quota_us

3.3.3 cgroups v2 中的对应接口

在 cgroups v2 中，带宽控制通过 cpu.max 文件统一管理，格式为 $MAX $PERIOD：

# 限制最多使用 1.5 个 CPU 核心
echo "150000 100000" > /sys/fs/cgroup/mycontainer/cpu.max

# 取消限制
echo "max 100000" > /sys/fs/cgroup/mycontainer/cpu.max

3.4 权重与带宽的协同使用

在实际容器编排中，权重和带宽控制通常配合使用：

• 带宽控制（硬限制）：通过 cfs_quota_us 设定容器 CPU 使用上限，防止单个容器抢占过多资源。
• 权重分配（软保证）：通过 cpu.shares 或 cpu.weight 设定容器在 CPU 争用时的优先级。

3.5 性能调优注意事项