1. 课程导论：CFS 调度器概述、cgroup v1 与 v2 对比、容器化环境中的 CPU 资源隔离挑战
1.1 CFS 调度器概述
完全公平调度器（Completely Fair Scheduler, CFS）是 Linux 内核默认的 CPU 调度器，自 2.6.23 版本引入。其核心设计理念是：为每个可运行的线程分配一个“虚拟运行时间”（vruntime），调度器始终选择 vruntime 最小的线程来执行，从而在宏观上实现所有线程对 CPU 时间的公平共享。
CFS 摒弃了传统的时间片轮转模型，采用基于红黑树（Red-Black Tree）的调度队列。每个就绪线程的 vruntime 作为红黑树的键值，调度操作即从树的最左节点取出最小 vruntime 的线程。
关键指标： CFS 通过
sched_latency_ns（调度延迟）、min_granularity_ns（最小粒度）和 targeted_preemption_latency（目标抢占延迟）三个参数控制调度行为。默认调度延迟为 6ms，最小粒度为 0.75ms。
1.2 cgroup v1 与 v2 对比
cgroup（Control Groups）是 Linux 内核提供的资源隔离机制。在容器化环境中，cgroup 用于限制、统计和隔离进程组的 CPU 使用。cgroup v1 和 v2 在 CPU 子系统的设计上有显著差异。
| 对比维度 | cgroup v1 | cgroup v2 |
|---|---|---|
| 层次结构 | 多层级树，每个子系统独立挂载 | 统一层级树，所有子系统共用一个挂载点 |
| CPU 控制器 | cpu 和 cpuacct 分离 |
cpu 控制器统一管理调度和统计 |
| 权重配置 | cpu.shares（相对权重） |
cpu.weight（归一化权重，范围 1-10000） |
| 带宽限制 | cpu.cfs_quota_us + cpu.cfs_period_us |
cpu.max（格式：quota period） |
| CPU 亲和性 | cpuset.cpus（独立 cpuset 子系统） |
cpuset.cpus（集成在统一层级） |
| 压力通知 | 不支持 | cpu.pressure 提供 PSI 指标 |
| 线程级控制 | 仅支持进程级 | 支持线程级（threaded mode） |
迁移建议： 主流容器运行时（Docker 20.10+、containerd 1.5+）已默认使用 cgroup v2。如果仍在使用 cgroup v1，建议规划迁移，以获得更一致的资源视图和更丰富的监控能力。
1.3 容器化环境中的 CPU 资源隔离挑战
在容器化环境中，多个容器共享同一宿主机内核，CPU 资源隔离面临以下核心挑战：
- 公平性保障： 多个容器争抢 CPU 时，需要确保每个容器获得其承诺的份额，避免“吵闹邻居”效应。
- 突发流量处理： 容器在空闲后突然爆发请求，需要允许其使用闲置 CPU，但不能影响其他容器的保证份额。
- 延迟敏感型与批处理型混合部署： 低延迟业务（如 Web 服务）与高吞吐业务（如离线计算）共享 CPU 时，需要差异化调度策略。
- CPU 绑定与 NUMA 亲和性： 容器需要绑定特定 CPU 核心或 NUMA 节点，以优化缓存命中率和内存访问延迟。
- 监控与反馈： 实时获取容器的 CPU 使用率、节流时间、压力指标，用于自动扩缩容和异常检测。
常见陷阱： 仅配置
cpu.shares（或 cpu.weight）而不设置 cpu.cfs_quota_us（或 cpu.max），在 CPU 争抢时无法限制容器的最大使用量，可能导致高负载容器侵占其他容器的资源。