版本：v1.4

CPU QoS

简介

Kubernetes支持将多种类型的应用以容器化的方式部署在同一台宿主机上运行，不同优先级的应用可能会竞争CPU资源，导致应用服务受损。Koordinator支持基于容器的QoS等级，优先保障高优先级应用的CPU性能。本文介绍如何使用容器CPU QoS功能。

背景

为了充分利用机器中的资源，通常会将高优先延迟敏感性LS（Latency-Sensitive）和低优先级BE（Best-Effort）的任务部署在同一台机器上，导致两种不同优先级任务之间存在资源竞争问题。Kubernetes根据应用的CPU Request/Limit，为容器设置物理资源限制，但仍存在容器间对CPU资源的竞争。例如，BE应用和LS应用共享物理核或逻辑核时，当BE应用负载较高时，会干扰LS应用的运行，导致服务响应延迟变高。

为了提高LS应用使用CPU资源的稳定性，降低BE应用的干扰，Koordinator基于Alibaba Cloud Linux 2和Anolis OS，提供了容器CPU QoS功能。Koordinator基于Group Identity提供的Linux调度优先级，差异化保障不同优先级应用的CPU调度，将LS应用标识为高优，BE应用标识为低优，在混合部署场景中有效改善LS应用的服务质量。更多信息，请参见Group Identity功能说明。

通过启用CPU QoS功能，您可以获取以下功能特性：

LS应用的任务唤醒延迟最小化。
BE应用的任务唤醒不会对LS容器造成性能影响。
BE应用的任务不会通过同时多线程SMT（Simultaneous MultiThreading）调度器共享物理核而对LS应用造成性能影响。

设置

前提条件

Kubernetes >= 1.18
Koordinator >= 0.4
操作系统：
- Alibaba Cloud Linux 2（版本号详情，请参见Group Identity功能说明）
- Anolis OS >= 8.6
- CentOS 7.9 (需要安装龙蜥社区的 CPU 混部调度器插件，请参阅最佳实践)

安装

请确保Koordinator组件已正确安装在你的集群中。如果没有，请参考安装文档。

使用CPU QoS

使用以下ConfigMap，创建configmap.yaml文件。

#ConfigMap slo-controller-config 样例。
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: slo-controller-config
  namespace: koordinator-system
data:
  #开启容器CPU QoS功能。
  resource-qos-config: |
    {
      "clusterStrategy": {
        "lsClass": {
          "cpuQOS": {
            "enable": true,
            "groupIdentity": 2
          }
        },
        "beClass": {
          "cpuQOS": {
            "enable": true,
            "groupIdentity": -1
          }
        }
      }
    }

lsClass、beClass分别用于配置QoS等级为LS、BE的Pod，cpuQOS用于配置容器CPU QoS功能。关键参数说明如下：

参数	类型	取值范围	说明
`enable`	Boolean	truefalse	true：集群全局开启容器CPU QoS功能。false：集群全局关闭容器CPU QoS功能。
`groupIdentity`	Int	-1~2	表示CPU Group Identity的优先级。默认值依据QoS，LS对应2，BE对应-1。0表示关闭。`groupIdentity`值越大，表示容器在内核调度的优先级越高。例如，按默认配置，QoS等级为LS的容器Group Identity接口配置为`cpu.bvt_warp_ns=2`，BE容器配置为`cpu.bvt_warp_ns=-1`。更多信息，请参见Group Identity功能说明。

说明对于未指定koordinator.sh/qosClass的Pod，Koordinator将参考Pod原生的QoSClass来设置参数，其中Besteffort使用ConfigMap中BE的配置，其他QoSClass使用ConfigMap中LS的配置。

查看命名空间koordinator-system下是否存在ConfigMap slo-controller-config。
- 若存在ConfigMap slo-controller-config，请使用PATCH方式进行更新，避免干扰ConfigMap中其他配置项。
```
kubectl patch cm -n koordinator-system slo-controller-config --patch "$(cat configmap.yaml)"
```
- 若不存在ConfigMap slo-controller-config，请执行以下命令进行创建Configmap。
```
kubectl apply -f configmap.yaml
```

使用以下YAML内容，创建ls-pod-demo.yaml文件。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: ls-pod-demo
  labels:
    koordinator.sh/qosClass: 'LS' #指定Pod的QoS级别为LS。
spec:  
  containers:
  - command:
    - "nginx"
    - "-g"
    - "daemon off; worker_processes 4;"
    image: docker.io/koordinatorsh/nginx:v1.18-koord-example
    imagePullPolicy: Always
    name: nginx
    resources:
      limits:
        cpu: "4"
        memory: 10Gi
      requests:
        cpu: "4"
        memory: 10Gi
  restartPolicy: Never
  schedulerName: default-scheduler

执行以下命令，将ls-pod-demo部署到集群。
```
kubectl apply -f ls-pod-demo.yaml
```

执行以下命令，在单机端的Cgroup分组中查看LS Pod的内核Group Identity生效情况。

cat /sys/fs/cgroup/cpu/kubepods.slice/kubepods-pod1c20f2ad****.slice/cpu.bvt_warp_ns

预期输出：

#LS Pod的Group Identity优先级为2（高优）。
2

使用以下YAML内容，创建be-pod-demo.yaml文件。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: be-pod-demo
  labels:
    koordinator.sh/qosClass: 'BE' #指定Pod的QoS级别为BE。
spec:
  containers:
    - args:
        - '-c'
        - '1'
        - '--vm'
        - '1'
      command:
        - stress
      image: polinux/stress
      imagePullPolicy: Always
      name: stress
  restartPolicy: Always
  schedulerName: default-scheduler
  # 当ColocationProfile功能开启时（默认启用），priorityClassName是必填的
  priorityClassName: koord-batch

执行以下命令，将be-pod-demo部署到集群。
```
kubectl apply -f be-pod-demo.yaml
```
执行以下命令，在单机端的Cgroup分组中查看BE Pod的内核Group Identity生效情况。
```
cat /sys/fs/cgroup/cpu/kubepods.slice/kubepods-besteffort.slice/kubepods-besteffort-pod4b6e96c8****.slice/cpu.bvt_warp_ns
```
预期输出：
```
#BE Pod的Group Identity优先级为-1（低优）。
-1
```
由预期输出得到，LS容器为Group Identity高优先级，BE容器为Group Identity低优先级，表示LS容器的CPU服务质量将被优先保障。

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