Kubernetes가 cgroup v1에서 v2로 마이그레이션할 때 CPU 우선순위 손실 문제를 해결하기 위해 선형 변환식을 이차함수 변환식으로 개선해 기본값(1024 → 100) 매핑 정확도 향상

Context

Kubernetes는 원래 cgroup v1을 기준으로 설계되어 1 CPU 요청 시 cpu.shares = 1024로 매핑되었으나, cgroup v2로 전환되면서 기존의 선형 변환식(cpu.weight = 1 + ((cpu.shares - 2) * 9999) / 262142)이 1024 CPU 요청을 약 39의 가중치로만 변환하게 되었다. 이는 cgroup v2의 기본값 100에 비해 40% 수준으로, Kubernetes 워크로드가 시스템 프로세스에 대한 CPU 우선순위를 상실하는 문제가 발생했다.

Technical Solution

• CPU 우선순위 기본값 매핑 개선: 이차함수 변환식 도입으로 cgroup v1의 기본값 1024를 cgroup v2의 기본값 100에 근접한 102로 변환
• 변환 함수 설계 방식: 최솟값(2 → 1), 기본값(1024 → 100), 최댓값(262144 → 10000) 세 지점을 정확히 지나는 이차함수 개발 (cpu.weight = ⌈10^(L²/612 + 125L/612 - 7/34)⌉, L = log₂(cpu.shares))
• 세분성 향상: 100m CPU 요청 시 기존 4에서 17로 변환하여 컨테이너 내부 sub-cgroup 리소스 배분 가능성 확대
• OCI 런타임 레이어 구현: runc 1.3.2+, crun 1.23+에서 신규 변환식 적용으로 Kubernetes 자체 수정 없이 도입

Impact

• 1 CPU(1024m) 요청 시 변환값: 약 39 → 102 (기본값 100에 더 근접)
• 100m CPU 요청 시 변환값: 4 → 17

Key Takeaway

레거시 시스템과의 호환성을 유지하면서 새로운 표준으로 마이그레이션할 때, 단순 선형 매핑보다 기존 기본값(default values)을 기준점으로 하는 다항식 변환이 의도된 동작을 보존하는 데 효과적이다. 또한 모니터링 도구와 커스텀 리소스 관리 도구는 새로운 변환식에 맞춰 예상값 검증 로직을 업데이트해야 한다.