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[26144] 2017-03-06_浅述内核中“挂起到空闲”的实现

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-19
2017-03-06_浅述内核中“挂起到空闲”的实现 - -   A n d y   G r o s s 0 0 % 2 0 % 2 0 % 3 2 % 4 7 % 4 7 % 6 1 % 6 7 % 7 1 % 8 8 % 浅 述 内 核 中 “ 挂 起 到 空 闲 ” 的 实 现 原 创   译 者 b e y o n d w o r l d   L i n u x 中 国   2 0 1 7 - 0 3 - 0 6 它 主 要 通 过 软 件 实 现 。 一 般 平 台 的 挂 起 过 程 包 括 冻 结 用 户 空 间 并 将 外 围 设 备 调 至 低 耗 电 模 式 。 但 是 ， 系 统 并 不 是 直 接 关 闭 和 热 插 拔 掉   C P U ， 而 是 静 静 地 强 制 将   C P U   进 入 空 闲 （ i d l e ） 状 态 。 本 文 导 航 - 简 介 - 先 决 条 件 - p l a t f o r m _ s u s p e n d _ o p s - 唤 醒 中 断 - 实 施 - 冻 结 功 能 - 空 闲 状 态 - 挂 起 / 恢 复 相 关 驱 动 支 持 - 测 试 相 关 - 未 来 的 发 展 编 译 自 ：   h t t p : / / w w w . l i n a r o . o r g / b l o g / s u s p e n d - t o - i d l e /   作 者 ：   A n d y   G r o s s 译 者 ：   b e y o n d w o r l d 简 介 L i n u x   内 核 提 供 了 多 种 睡 眠 状 态 ， 各 个 状 态 通 过 设 置 系 统 中 的 不 同 部 件 进 入 低 耗 电 模 式 来 节 约 能 源 。 目 前 总 共 有 四 种 睡 眠 状 态 ， 分 别 是 ： s u s p e n d   t o   i d l e 挂 起 到 空 闲 、 p o w e r - o n   s t a n d b y （ s t a n d b y ） 加 电 待 机 、 s u s p e n d   t o   r a m 挂 起 到 内 存 和 s u s p e n d   t o   d i s k 挂 起 到 磁 盘 。 这 些 状 态 分 别 对 应   A C P I   的   4   种 状 态 ： S 0 ， S 1 ， S 3   和 S 4 。 s u s p e n d   t o   i d l e 挂 起 到 空 闲 是 纯 软 件 实 现 的 ， 用 于 将   C P U   维 持 在 尽 可 能 深 的   i d l e   状 态 。 p o w e r - o n   s t a n d b y （ s t a n d b y ） 加 电 待 机 则 使 设 备 处 于 低 功 耗 状 态 ， 并 且 关 闭 所 有 非 引 导   C P U 。 s u s p e n d   t o   r a m 挂 起 到 内 存 就 更 进 一 步 ， 关 闭 所 有   C P U   并 且 设 置   R A M   进 入 自 刷 新 模 式 。 s u s p e n d   t o   d i s k 挂 起 到 磁 盘 则 是 最 省 功 耗 的 模 式 ， 关 闭 尽 可 能 多 的 系 统 ， 包 括 关 闭 内 存 。 然 后 内 存 中 的 内 容 会 被 写 到 硬 盘 ， 待 唤 醒 计 算 机 的 时 候 将 硬 盘 中 的 内 容 重 新 恢 复
到 内 存 中 。 这 篇 博 文 主 要 介 绍 s u s p e n d   t o   i d l e 挂 起 到 空 闲 的 实 现 。 如 上 所 说 ， 它 主 要 通 过 软 件 实 现 。 一 般 平 台 的 挂 起 过 程 包 括 冻 结 用 户 空 间 并 将 外 围 设 备 调 至 低 耗 电 模 式 。 但 是 ， 系 统 并 不 是 直 接 关 闭 和 热 插 拔 掉   C P U ， 而 是 静 静 地 强 制 将   C P U   进 入 i d l e 空 闲 状 态 。 随 着 外 围 设 备 进 入 了 低 耗 电 模 式 ， 除 了 唤 醒 相 关 的 中 断 外 不 应 有 其 他 中 断 产 生 。 唤 醒 中 断 包 括 那 些 设 置 用 于 唤 醒 系 统 的 计 时 器 （ 比 如   R T C ， 普 通 计 时 器 等 ） 、 或 者 电 源 开 关 、 U S B   和 其 它 外 围 设 备 等 。 在 冻 结 过 程 中 ， 当 系 统 进 入 空 闲 状 态 时 会 调 用 一 个 特 殊 的   c p u   空 闲 函 数 。 这 个     函 数 可 以 和 调 用 使   c p u   空 闲 的     函 数 一 样 简 单 ， 也 可 以 复 杂 得 多 。 该 函 数 复 杂 的 程 度 由 将   S o C   置 为 低 耗 电 模 式 的 条 件 和 方 法 决 定 。 先 决 条 件 一 般 情 况 ， 为 了 支 持   S 2 I ， 系 统 必 须 实 现     并 提 供 最 低 限 度 的 挂 起 支 持 。 这 意 味 着 至 少 要 完 成     中 的     函 数 。 如 果 s u s p e n d   t o   i d l e 挂 起 到 空 闲 和 s u s p e n d   t o   r a m 挂 起 到 内 存 都 要 支 持 ， v a l i d   函 数 中 应 使 用   。 不 过 ， 最 近 内 核 增 加 了 对   S 2 I   的 自 动 支 持 。 S u d e e p   H o l l a   提 出 了 一 个 变 更 ， 可 以 让 系 统 不 需 要 满 足     条 件 也 能 提 供   S 2 I   支 持 。 这 个 补 丁 已 经 被 接 收 并 将 合 并 在   4 . 9   版 本 中 ， 该 补 丁 可 从 这 里 获 取 ：   h t t p s : / / l k m l . o r g / l k m l / 2 0 1 6 / 8 / 1 9 / 4 7 4 。 如 果 定 义 了   ， 那 么 可 以 通 过 查 看     文 件 得 知 系 统 具 体 支 持 哪 些 挂 起 状 态 。 如 下 操 作 ： 这 个 示 例 的 结 果 显 示 该 平 台 支 持   S 0 （ s u s p e n d   t o   i d l e 挂 起 到 空 闲 ） 和   S 3 （ s u s p e n d   t o   r a m 挂 起 到 内 存 ） 。 按   S u d e e p   的 变 更 ， 那 些 没 有 实 现     的 平 台 将 只 显 示   f r e e z e   状 态 。 e n t e r _ f r e e z e ( ) e n t e r ( ) p l a t f o r m _ s u s p e n d _ o p s p l a t f o r m _ s u s p e n d _ o p s p l a t f o r m _ s u s p e n d _ o p s v a l i d ( ) s u s p e n d _ v a l i d _ o n l y _ m e m p l a t f o r m _ s u s p e n d _ o p s s u s p e n d _ o p s / s y s / p o w e r / s t a t e 1 .   #   c a t   / s y s / p o w e r / s t a t e 2 .   f r e e z e   m e m p l a t f o r m _ s u s p e n d _ o p s
唤 醒 中 断 一 旦 系 统 处 于 某 种 睡 眠 状 态 ， 系 统 必 须 要 接 收 某 个 唤 醒 事 件 才 能 恢 复 系 统 。 这 些 唤 醒 事 件 一 般 由 系 统 的 设 备 产 生 。 因 此 一 定 要 确 保 这 些 设 备 驱 动 使 用 唤 醒 中 断 ， 并 且 将 自 身 配 置 为 接 收 唤 醒 中 断 后 产 生 唤 醒 事 件 。 如 果 没 有 正 确 识 别 唤 醒 设 备 ， 系 统 收 到 中 断 后 会 继 续 保 持 睡 眠 状 态 而 不 会 恢 复 。 一 旦 设 备 正 确 实 现 了 唤 醒 接 口 的 调 用 ， 就 可 用 来 生 成 唤 醒 事 件 。 请 确 保   D T   文 件 正 确 配 置 了 唤 醒 源 。 下 面 是 一 个 配 置 唤 醒 源 示 例 ， 该 文 件 来 自 （ ） : 6 .   1 3 .   如 上 所 示 ， 有 两 个   g p i o   键 被 配 置 为 唤 醒 源 ， 在 系 统 挂 起 期 间 ， 其 中 任 何 一 个 键 被 按 下 都 会 产 生 一 个 唤 醒 事 件 。 可 替 代   D T   文 件 配 置 的 另 一 个 唤 醒 源 配 置 就 是 设 备 驱 动 ， 如 果 设 备 驱 动 自 身 在 代 码 里 面 配 置 了 唤 醒 支 持 ， 那 么 就 会 使 用 该 默 认 a r c h / a r m / b o o t / d s t / a m 3 3 5 x - e v m . d t s 1 .             g p i o _ k e y s :   v o l u m e _ k e y s @ 0   { 2 .                                 c o m p a t i b l e   =   “ g p i o - k e y s ” ; 3 .                                 # a d d r e s s - c e l l s   =   < 1 > ; 4 .                                 # s i z e - c e l l s   =   < 0 > ; 5 .                                 a u t o r e p e a t ; 7 .                                 s w i t c h @ 9   { 8 .                                                 l a b e l   =   “ v o l u m e - u p ” ; 9 .                                                 l i n u x , c o d e   =   < 1 1 5 > ; 1 0 .                                                 g p i o s   =   < & g p i o 0   2   G P I O _ A C T I V E _ L O W > ; 1 1 .                                                 w a k e u p - s o u r c e ; 1 2 .                                 } ; 1 4 .                                 s w i t c h @ 1 0   { 1 5 .                                                 l a b e l   =   “ v o l u m e - d o w n ” ; 1 6 .                                                 l i n u x , c o d e   =   < 1 1 4 > ; 1 7 .                                                 g p i o s   =   < & g p i o 0   3   G P I O _ A C T I V E _ L O W > ; 1 8 .                                                 w a k e u p - s o u r c e ; 1 9 .                                 } ; 2 0 .                 } ;
唤 醒 配 置 。 实 施 冻 结 功 能 如 果 系 统 希 望 能 够 充 分 使 用 s u s p e n d   t o   i d l e 挂 起 到 空 闲 ， 那 么 应 该 在   C P U   空 闲 驱 动 代 码 中 定 义     函 数 。   与     的 函 数 原 型 略 有 不 同 。 因 此 ， 不 能 将     同 时 指 定 给     和   。 至 少 ， 系 统 会 直 接 调 用   。 如 果 没 有 定 义   ， 系 统 会 挂 起 ， 但 是 不 会 触 发 那 些 只 有 当     定 义 了 才 会 触 发 的 函 数 ， 比 如     和     都 不 会 发 生 。 这 会 导 致 计 时 器 中 断 唤 醒 系 统 ， 但 不 会 导 致 系 统 恢 复 ， 因 为 系 统 处 理 完 中 断 后 会 继 续 挂 起 。 在 挂 起 过 程 中 ， 中 断 越 少 越 好 （ 最 好 一 个 也 没 有 ） 。 下 图 显 示 了 能 耗 和 时 间 的 对 比 。 图 中 的 两 个 尖 刺 分 别 是 挂 起 和 恢 复 。 挂 起 前 后 的 能 耗 尖 刺 是 系 统 退 出 空 闲 态 进 行 记 录 操 作 ， 进 程 调 度 ， 计 时 器 处 理 等 。 因 延 迟 的 缘 故 ， 系 统 进 入 更 深 层 次 空 闲 状 态 需 要 花 费 一 段 时 间 。 e n t e r _ f r e e z e ( ) e n t e r _ f r e e z e ( ) e n t e r ( ) e n t e r ( ) e n t e r e n t e r _ f r e e z e e n t e r ( ) e n t e r _ f r e e z e ( ) e n t e r _ f r e e z e ( ) t i c k _ f r e e z e ( ) s t o p _ c r i t i c a l _ t i m i n g ( )
能 耗 使 用 时 序 图 下 图 为   f t r a c e   抓 取 的   4   核   C P U   在 系 统 挂 起 和 恢 复 操 作 之 前 、 之 中 和 之 后 的 活 动 。 可 以 看 到 ， 在 挂 起 期 间 ， 没 有 请 求 或 者 中 断 被 处 理 。 F t r a c e   抓 取 的 挂 起 / 恢 复 活 动 图 空 闲 状 态 你 必 须 确 定 哪 个 空 闲 状 态 支 持 冻 结 。 在 冻 结 期 间 ， 电 源 相 关 代 码 会 决 定 用 哪 个 空 闲 状 态 来 实 现 冻 结 。 这 个 过 程 是 通 过 在 每 个 空 闲 状 态 中 查 找 谁 定 义 了   e n t e r _ f r e e z e ( )
  来 决 定 的 。 C P U   空 闲 驱 动 代 码 或 者   S o C   挂 起 相 关 代 码 必 须 确 定 哪 种 空 闲 状 态 实 现 冻 结 操 作 ， 并 通 过 给 每 个   C P U   的 可 应 用 空 闲 状 态 指 定 冻 结 功 能 来 进 行 配 置 。 例 如 ，   Q u a l c o m m   会 在 平 台 挂 起 代 码 的 挂 起 初 始 化 函 数 处 定 义     函 数 。 这 个 工 作 是 在   C P U   空 闲 驱 动 已 经 初 始 化 后 进 行 ， 以 便 所 有 结 构 已 经 定 义 就 位 。 挂 起 / 恢 复 相 关 驱 动 支 持 你 可 能 会 在 第 一 次 成 功 挂 起 操 作 后 碰 到 驱 动 相 关 的   b u g 。 很 多 驱 动 开 发 者 没 有 精 力 完 全 测 试 挂 起 和 恢 复 相 关 的 代 码 。 你 甚 至 可 能 会 发 现 挂 起 操 作 并 没 有 多 少 工 作 可 做 ， 因 为     已 经 做 了 你 要 做 的 挂 起 相 关 的 一 切 工 作 。 由 于 用 户 空 间 已 经 被 冻 结 ， 设 备 此 时 已 经 处 于 休 眠 状 态 并 且     已 经 被 禁 止 。 测 试 相 关 测 试 s u s p e n d   t o   i d l e 挂 起 到 空 闲 可 以 手 动 进 行 ， 也 可 以 使 用 脚 本 / 进 程 等 实 现 自 动 挂 起 、 自 动 睡 眠 ， 或 者 使 用 像   A n d r o i d   中 的     来 让 系 统 挂 起 。 如 果 手 动 测 试 ， 下 面 的 操 作 会 将 系 统 冻 结 。 e n t e r _ f r e e z e p m _ r u n t i m e p m _ r u n t i m e w a k e l o c k 1 .   /   #   e c h o   f r e e z e   >   / s y s / p o w e r / s t a t e 2 .   [     1 4 2 . 5 8 0 8 3 2 ]   P M :   S y n c i n g   f i l e s y s t e m s   …   d o n e . 3 .   [     1 4 2 . 5 8 3 9 7 7 ]   F r e e z i n g   u s e r   s p a c e   p r o c e s s e s   …   ( e l a p s e d   0 . 0 0 1   s e c o n d s )   d o n e . 4 .   [     1 4 2 . 5 9 1 1 6 4 ]   D o u b l e   c h e c k i n g   a l l   u s e r   s p a c e   p r o c e s s e s   a f t e r   O O M   k i l l e r   d i s a b l e …   ( e l a p s e d   0 . 0 0 0   s e c o n d s ) 5 .   [     1 4 2 . 6 0 0 4 4 4 ]   F r e e z i n g   r e m a i n i n g   f r e e z a b l e   t a s k s   …   ( e l a p s e d   0 . 0 0 1   s e c o n d s )   d o n e . 6 .   [     1 4 2 . 6 0 8 0 7 3 ]   S u s p e n d i n g   c o n s o l e ( s )   ( u s e   n o _ c o n s o l e _ s u s p e n d   t o   d e b u g ) 7 .   [     1 4 2 . 7 0 8 7 8 7 ]   m m c 1 :   R e s e t   0 x 1   n e v e r   c o m p l e t e d . 8 .   [     1 4 2 . 7 1 0 6 0 8 ]   m s m _ o t g   7 8 d 9 0 0 0 . p h y :   U S B   i n   l o w   p o w e r   m o d e 9 .   [     1 4 2 . 7 1 1 3 7 9 ]   P M :   s u s p e n d   o f   d e v i c e s   c o m p l e t e   a f t e r   1 0 2 . 8 8 3   m s e c s 1 0 .   [     1 4 2 . 7 1 2 1 6 2 ]   P M :   l a t e   s u s p e n d   o f   d e v i c e s   c o m p l e t e   a f t e r   0 . 7 7 3   m s e c s 1 1 .   [     1 4 2 . 7 1 2 6 0 7 ]   P M :   n o i r q   s u s p e n d   o f   d e v i c e s   c o m p l e t e   a f t e r   0 . 4 3 8   m s e c s 1 2 .   <   s y s t e m   s u s p e n d e d   > 1 3 .   … . 1 4 .   <   w a k e   i r q   t r i g g e r e d   > 1 5 .   [     1 4 7 . 7 0 0 5 2 2 ]   P M :   n o i r q   r e s u m e   o f   d e v i c e s   c o m p l e t e   a f t e r   0 . 2 1 6   m s e c s 1 6 .   [     1 4 7 . 7 0 1 0 0 4 ]   P M :   e a r l y   r e s u m e   o f   d e v i c e s   c o m p l e t e   a f t e r   0 . 3 5 3   m s e c s
在 上 面 的 例 子 中 ， 需 要 注 意   M M C   驱 动 的 操 作 占 了   1 0 2 . 8 8 3 m s   中 的   1 0 0 m s 。 有 些 设 备 驱 动 在 挂 起 的 时 候 有 很 多 工 作 要 做 ， 比 如 将 数 据 刷 出 到 硬 盘 ， 或 者 其 他 耗 时 的 操 作 等 。 如 果 系 统 定 义 了 f r e e z e 冻 结 ， 那 么 系 统 将 尝 试 挂 起 操 作 ， 如 果 没 有 冻 结 功 能 ， 那 么 你 会 看 到 下 面 的 提 示 ： 未 来 的 发 展 目 前 在   A R M   平 台 上 的 s u s p e n d   t o   i d l e 挂 起 到 空 闲 有 两 方 面 的 工 作 需 要 做 。 第 一 方 面 工 作 在 前 面     小 节 中 提 到 过 ， 是 总 允 许 接 受 冻 结 状 态 以 及 合 并 到   4 . 9   版 本 内 核 中 的 工 作 。 另 一 方 面 工 作 是 冻 结 功 能 的 支 持 。 如 果 你 希 望 设 备 有 更 好 的 响 应 及 表 现 ， 那 么 应 该 继 续 完 善 冻 结 功 能 的 实 现 。 然 而 ， 由 于 很 多   S o C   会 使 用   A R M   的   C P U   空 闲 驱 动 ， 这 使 得   A R M   的   C P U   空 闲 驱 动 完 善 它 自 己 的 通 用 冻 结 功 能 的 工 作 更 有 意 义 了 。 而 事 实 上 ， A R M   正 在 尝 试 添 加 此 通 用 支 持 。 如 果   S o C   供 应 商 希 望 实 现 他 们 自 己 的   C P U   空 闲 驱 动 或 者 需 要 在 进 入 更 深 层 次 的 冻 结 休 眠 状 态 时 提 供 额 外 的 支 持 ， 那 么 只 有 实 现 自 己 的 冻 结 功 能 。 v i a :   h t t p : / / w w w . l i n a r o . o r g / b l o g / s u s p e n d - t o - i d l e / 作 者 ： A n d y   G r o s s [ 1 ]   译 者 ： b e y o n d w o r l d   校 对 ： j a s m i n e p e n g 本 文 由   L C T T [ 2 ]   原 创 编 译 ， L i n u x 中 国   荣 誉 推 出 相 关 阅 读 [ 1 ] :   A n d y   G r o s s   -   h t t p : / / w w w . l i n a r o . o r g / a u t h o r / a n d y g r o s s / [ 2 ] :   L C T T   -   h t t p s : / / g i t h u b . c o m / L C T T / T r a n s l a t e P r o j e c t 推 荐 文 章 <   左 右 滑 动 查 看 相 关 文 章   > 1 7 .   [     1 4 7 . 7 0 1 6 3 6 ]   m s m _ o t g   7 8 d 9 0 0 0 . p h y :   U S B   e x i t e d   f r o m   l o w   p o w e r   m o d e 1 8 .   [     1 4 7 . 7 0 4 4 9 2 ]   P M :   r e s u m e   o f   d e v i c e s   c o m p l e t e   a f t e r   3 . 4 7 9   m s e c s 1 9 .   [     1 4 7 . 8 3 5 5 9 9 ]   R e s t a r t i n g   t a s k s   …   d o n e . 2 0 .   /   # 1 .   /   #   e c h o   f r e e z e   >   / s y s / p o w e r / s t a t e   2 .   s h :   w r i t e   e r r o r :   I n v a l i d   a r g u m e n t 3 .   /   # p l a t f o r m _ s u s p e n d _ o p s
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