Kubernetes Pod CPU 使用率计算与常见 Pod 指标

容器 CPU 使用率计算：配额、单位与 PromQL 详解

一、核心公式：使用率 =（实际使用量 / 分配配额）× 100%

表达式的本质是计算：
CPU使用率 = (实际CPU使用速率 / 分配的CPU配额) × 100%
对应到 PromQL 中，就是：
(rate(实际使用指标[5m]) / (配额指标 / 周期指标)) * 100
其核心是通过「实际使用量与分配配额的比值」来反映容器对 CPU 资源的利用效率。

二、公式的底层逻辑：映射 Linux 的 CPU 调度机制

Kubernetes 容器的 CPU 管理直接依赖 Linux 内核的 CFS（Completely Fair Scheduler，完全公平调度器），而公式中的指标正是对 CFS 核心参数的直接映射：

1. rate(container_cpu_usage_seconds_total[5m])：计算容器的实际 CPU 使用速率
   container_cpu_usage_seconds_total 是一个单调递增的计数器，记录容器从启动到当前累计使用的 CPU 时间（单位：秒）。
   rate(..., [5m]) 用于计算该计数器在 5 分钟内的平均增长率（单位：秒/秒），即容器每秒实际使用的 CPU 核心数。 例如：rate(...) = 0.5 表示容器平均每秒使用 0.5 个 CPU 核心（500m或者0.5c或者50ms）。
   核心数和事件的换算
   1c=1000m=100ms
2. (container_spec_cpu_quota / container_spec_cpu_period)：计算容器的 CPU 配额（分配的核心数）
   根据 CFS 调度规则，容器的 CPU 配额（允许使用的最大核心数）计算公式为：
   配额核心数 = 配额时间（quota） / 调度周期（period）
   若容器的 CPU 限制为 1c（1 核心），则： quota = 100000 微秒（100ms），period = 100000 微秒（100ms）， 因此 quota/period = 100000/100000 = 1（即 1 核心）。
   若限制为 500m（0.5 核心），则： quota = 50000 微秒（50ms），period = 100000 微秒， 因此 quota/period = 50000/100000 = 0.5（即 0.5 核心）。
3. 整体公式：计算使用率百分比
   使用率 = (实际使用速率 / 配额核心数) × 100%
   分子是容器实际消耗的 CPU 资源速率（如 0.5 核心/秒）。
   分母是容器最多能使用的 CPU 资源（如 1 核心）。
   结果乘以 100 转换为百分比（如 (0.5 / 1) × 100 = 50%）。

三、为什么这样设计？

贴合 Linux 内核的实际调度逻辑 Kubernetes 容器的 CPU 限制本质是通过 CFS 的 quota 和 period 实现的，公式直接复用这两个参数计算配额，确保结果与内核调度行为一致。
反映资源的实际利用效率 使用率不仅关注“用了多少”，更关注“用了分配量的百分之多少”。
例如： 同样使用 0.5 核心，对配额 1 核心的容器是 50% 使用率，对配额 0.5 核心的容器是 100% 使用率（已达上限），后者更可能出现资源瓶颈。平滑短期波动 使用 rate(..., [5m]) 而非瞬时值，是为了过滤短时间的 CPU 突发（如瞬时峰值），更准确反映容器的长期使用趋势。
四、示例：配额 2 核心的容器
假设某容器的 CPU 限制为 2c（2 核心），则：
container_spec_cpu_quota = 200000 微秒（200ms），container_spec_cpu_period = 100000 微秒（100ms），因此 quota/period = 2（2 核心）。
若 rate(container_cpu_usage_seconds_total[5m]) = 1.2（每秒使用 1.2 核心），则使用率为 (1.2 / 2) × 100 = 60%。
总结
该公式的核心是将容器的实际 CPU 消耗与分配的配额进行对比，本质上是对 Linux 内核 CFS 调度参数的直接计算，既符合底层操作系统的资源管理逻辑，又能直观反映容器对分配资源的利用效率，是 Kubernetes 中监控容器 CPU 负载的标准方式。

PRometheus 的 Pod 维度监控公式

1 Pod CPU使用占request百分比

(
  sum by (pod, namespace,cluster) (
    rate(container_cpu_usage_seconds_total{container!="", container!="POD",container=~".*",cluster=~"prod"}[5m])
  )
)
/
on(cluster,pod, namespace)
(
  sum by (cluster,pod, namespace) (
    kube_pod_container_resource_requests{resource="cpu"}
  )
)
* 100

2 Pod CPU使用占limit百分比

(
  sum by (pod, namespace,cluster) (
    rate(container_cpu_usage_seconds_total{container!="", container!="POD",container=~".*",cluster=~"prod"}[5m])
  )
)
/
on(cluster,pod, namespace)
(
  sum by (cluster,pod, namespace) (
    kube_pod_container_resource_limits{resource="cpu"}
  )
)
* 100

3 Pod MEM使用占limit百分比

(
  sum by (pod, namespace,cluster,container) (
    container_memory_working_set_bytes{container!="", container!="POD",container=~"^$container.*",cluster=~"$cluster"}
  )
)
/
on(cluster,pod, namespace,container)
(
  sum by (cluster,pod, namespace,container) (
    kube_pod_container_resource_limits{resource="memory",cluster="prod",cluster=~"$cluster"}
  )
)
* 100