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Linux動態調頻系統CPUFreq之一：概述【轉】

阿新 • • 發佈：2018-12-27

轉自：https://blog.csdn.net/zhangyongfeiyong/article/details/53506362

隨著技術的發展，我們對CPU的處理能力提出了越來越高的需求，晶片廠家也對製造工藝不斷地提升。現在的主流PC處理器的主頻已經在3GHz左右，就算是智慧手機的處理器也已經可以工作在1.5GHz以上，可是我們並不是時時刻刻都需要讓CPU工作在最高的主頻上，尤其是移動裝置和膝上型電腦，大部分時間裡，CPU其實工作在輕負載狀態下，我們知道：主頻越高，功耗也越高。為了節省CPU的功耗和減少發熱，我們有必要根據當前CPU的負載狀態，動態地提供剛好足夠的主頻給CPU。在Linux中，核心的開發者定義了一套框架模型來完成這一目的，它就是CPUFreq系統。

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宣告：本博內容均由http://blog.csdn.NET/droidphone原創，轉載請註明出處，謝謝！
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1.  sysfs介面

 

我們先從CPUFreq提供的sysfs介面入手，直觀地看看它提供了那些功能。以下是我的電腦輸出的結果：

 

[plain]  view plain  copy      
  1. [email protected]:~$ cd /sys/devices/system/cpu  
  2. [email protected]:/sys/devices/system/cpu$ ls  
  3. cpu0  cpu3  cpu6     cpuidle     offline   power    release  
  4. cpu1  cpu4  cpu7     kernel_max  online    present  uevent  
  5. cpu2  cpu5  cpufreq  modalias    possible  probe  
[email protected]:~$ cd /sys/devices/system/cpu
[email protected]:/sys/devices/system/cpu$ ls
cpu0  cpu3  cpu6     cpuidle     offline   power    release
cpu1  cpu4  cpu7     kernel_max  online    present  uevent
cpu2  cpu5  cpufreq  modalias    possible  probe

 

所有與CPUFreq相關的sysfs介面都位於：/sys/devices/system/cpu下面，我們可以看到，8個cpu分別建立了一個自己的目錄，從cpu0到cpu7，我們再看看offline和online以及present的內容：

 

[plain]  view plain  copy      
  1. [email protected]:/sys/devices/system/cpu$ cat online  
  2. 0-7  
  3. [email protected]:/sys/devices/system/cpu$ cat offline  
  4. 8-15  
  5. [email protected]:/sys/devices/system/cpu$ cat present  
  6. 0-7  
  7. [email protected]:/sys/devices/system/cpu$  
[email protected]:/sys/devices/system/cpu$ cat online
0-7
[email protected]:/sys/devices/system/cpu$ cat offline
8-15 [email protected]:/sys/devices/system/cpu$ cat present 0-7 [email protected]:/sys/devices/system/cpu$

online代表目前正在工作的cpu，輸出顯示編號為0-7這8個cpu在工作，offline代表目前被關掉的cpu，present則表示主機板上已經安裝的cpu，由輸出可以看到，我的主機板可以安裝16個cpu（因為intel的超執行緒技術，其實物理上只是8個），第8-15號cpu處於關閉狀態（實際上不存在，因為present只有0-7）。

 

接著往下看：

 

[plain]  view plain  copy      
  1. [email protected]:/sys/devices/system/cpu/cpu0$ ls  
  2. cache    cpuidle      microcode  power      thermal_throttle  uevent  
  3. cpufreq  crash_notes  node0      subsystem  topology  
  4. [email protected]:/sys/devices/system/cpu/cpu0$ cd cpufreq/  
  5. [email protected]:/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq$ ls  
  6. affected_cpus               related_cpus                   scaling_max_freq  
  7. bios_limit                  scaling_available_frequencies  scaling_min_freq  
  8. cpuinfo_cur_freq            scaling_available_governors    scaling_setspeed  
  9. cpuinfo_max_freq            scaling_cur_freq               stats  
  10. cpuinfo_min_freq            scaling_driver  
  11. cpuinfo_transition_latency  scaling_governor  
  12. [email protected]:/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq$   
[email protected]:/sys/devices/system/cpu/cpu0$ ls
cache    cpuidle      microcode  power      thermal_throttle  uevent
cpufreq  crash_notes  node0      subsystem  topology
[email protected]:/sys/devices/system/cpu/cpu0$ cd cpufreq/
[email protected]:/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq$ ls
affected_cpus               related_cpus                   scaling_max_freq
bios_limit                  scaling_available_frequencies  scaling_min_freq
cpuinfo_cur_freq            scaling_available_governors    scaling_setspeed
cpuinfo_max_freq            scaling_cur_freq               stats
cpuinfo_min_freq            scaling_driver
cpuinfo_transition_latency  scaling_governor
[email protected]:/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq$

在我的電腦上，部分的值如下：

 

cpuinfo_cur_freq:   1600000

cpuinfo_max_freq:  3401000

cpuinfo_min_freq:   1600000

scaling_cur_freq:    1600000

scaling_max_freq:  3401000

scaling_min_freq:   1600000
所以，我的cpu0的最低執行頻率是1.6GHz，最高是3.4GHz，目前正在執行的頻率是1.6GHz，字首cpuinfo代表的是cpu硬體上支援的頻率，而scaling字首代表的是可以通過CPUFreq系統用軟體進行調節時所支援的頻率。cpuinfo_cur_freq代表通過硬體實際上讀到的頻率值，而scaling_cur_freq則是軟體當前的設定值，多數情況下這兩個值是一致的，但是也有可能因為硬體的原因，有微小的差異。scaling_available_frequencies會輸出當前軟體支援的頻率值，看看我的cpu支援那些頻率：

 

[plain]  view plain  copy      
  1. [email protected]:/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq$ cat scaling_available_frequencies   
  2. 3401000 3400000 3000000 2800000 2600000 2400000 2200000 2000000 1800000 1600000   
  3. [email protected]:/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq$   
[email protected]:/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq$ cat scaling_available_frequencies 
3401000 3400000 3000000 2800000 2600000 2400000 2200000 2000000 1800000 1600000 [email protected]:/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq$

Oh，從1.6GHz到3.4GHz，一共支援10擋的頻率可供選擇。scaling_available_governors則會輸出當前可供選擇的頻率調節策略：

 

 

[plain]  view plain  copy      
  1. conservative ondemand userspace powersave performance  
conservative ondemand userspace powersave performance

一共有5中策略供我們選擇，那麼當前系統選用那種策略？讓我們看看：

 

 

[plain]  view plain  copy      
  1. [email protected]:/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq$ cat scaling_governor  
  2. ondemand  
[email protected]990:/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq$ cat scaling_governor
ondemand

OK，我的系統當前選擇ondemand這種策略，這種策略的主要思想是：只要cpu的負載超過某一個閥值，cpu的頻率會立刻提升至最高，然後再根據實際情況降到合適的水平。詳細的情況我們留在後面的章節中討論。scaling_driver則會輸出當前使用哪一個驅動來設定cpu的工作頻率。

 

當我們選擇userspace作為我們的調頻governor時，我們可以通過scaling_setspeed手工設定需要的頻率。powersave則簡單地使用最低的工作頻率進行執行，而performance則一直選擇最高的頻率進行執行。

2.  軟體架構

 

 

通過上一節的介紹，我們可以大致梳理出CPUFreq系統的構成和工作方式。首先，CPU的硬體特性決定了這個CPU的最高和最低工作頻率，所有的頻率調整數值都必須在這個範圍內，它們用cpuinfo_xxx_freq來表示。然後，我們可以在這個範圍內再次定義出一個軟體的調節範圍，它們用scaling_xxx_freq來表示，同時，根據具體的硬體平臺的不同，我們還需要提供一個頻率表，這個頻率表規定了cpu可以工作的頻率值，當然這些頻率值必須要在cpuinfo_xxx_freq的範圍內。有了這些頻率資訊，CPUFreq系統就可以根據當前cpu的負載輕重狀況，合理地從頻率表中選擇一個合適的頻率供cpu使用，已達到節能的目的。至於如何選擇頻率表中的頻率，這個要由不同的governor來實現，目前的核心版本提供了5種governor供我們選擇。選擇好適當的頻率以後，具體的頻率調節工作就交由scaling_driver來完成。CPUFreq系統把一些公共的邏輯和介面程式碼抽象出來，這些程式碼與平臺無關，也與具體的調頻策略無關，核心的文件把它稱為CPUFreq Core（/Documents/cpufreq/core.txt）。另外一部分，與實際的調頻策略相關的部分被稱作cpufreq_policy，cpufreq_policy又是由頻率資訊和具體的governor組成，governor才是具體策略的實現者，當然governor需要我們提供必要的頻率資訊，governor的實現最好能做到平臺無關，與平臺相關的程式碼用cpufreq_driver表述，它完成實際的頻率調節工作。最後，如果其他核心模組需要在頻率調節的過程中得到通知訊息，則可以通過cpufreq notifiers來完成。由此，我們可以總結出CPUFreq系統的軟體結構如下：

 

3.  cpufreq_policy

 

一種調頻策略的各種限制條件的組合稱之為policy，程式碼中用cpufreq_policy這一資料結構來表示：

 

[cpp]  view plain  copy      
  1. struct cpufreq_policy {  
  2.           
  3.         cpumask_var_t           cpus;     
  4.         cpumask_var_t           related_cpus;   
  5.   
  6.         unsigned int            shared_type;   
  7.                                                   
  8.         unsigned int            cpu;      
  9.         unsigned int            last_cpu;   
  10.                                             
  11.         struct cpufreq_cpuinfo  cpuinfo;  
  12.   
  13.         unsigned int            min;    /* in kHz */  
  14.         unsigned int            max;    /* in kHz */  
  15.         unsigned int            cur;      
  16.                                            
  17.         unsigned int            policy;   
  18.         struct cpufreq_governor *governor;   
  19.         void                    *governor_data;  
  20.   
  21.         struct work_struct      update;   
  22.                                            
  23.   
  24.         struct cpufreq_real_policy      user_policy;  
  25.   
  26.         struct kobject          kobj;  
  27.         struct completion       kobj_unregister;  
  28. };  
  1.   struct cpufreq_policy {
  2.    
  3.   cpumask_var_t cpus;
  4.   cpumask_var_t related_cpus;
  5.    
  6.   unsigned int shared_type;
  7.    
  8.   unsigned int cpu;
  9.   unsigned int last_cpu;
  10.    
  11.   struct cpufreq_cpuinfo cpuinfo;
  12.    
  13.   unsigned int min; /* in kHz */
  14.   unsigned int max; /* in kHz */
  15.   unsigned int cur;
  16.    
  17.   unsigned int policy;
  18.   struct cpufreq_governor *governor;
  19.   void *governor_data;
  20.    
  21.   struct work_struct update;
  22.    
  23.    
  24.   struct cpufreq_real_policy user_policy;
  25.    
  26.   struct kobject kobj;
  27.   struct completion kobj_unregister;
  28.   };

其中的各個欄位的解釋如下：

 

 

  • cpus和related_cpus    這兩個都是cpumask_var_t變數，cpus表示的是這一policy控制之下的所有還出於online狀態的cpu，而related_cpus則是online和offline兩者的合集。主要是用於多個cpu使用同一種policy的情況，實際上，我們平常見到的大多數系統中都是這種情況：所有的cpu同時使用同一種policy。我們需要related_cpus變數指出這個policy所管理的所有cpu編號。
  • cpu和last_cpu    雖然一種policy可以同時用於多個cpu，但是通常一種policy只會由其中的一個cpu進行管理，cpu變數用於記錄用於管理該policy的cpu編號，而last_cpu則是上一次管理該policy的cpu編號（因為管理policy的cpu可能會被plug out，這時候就要把管理工作遷移到另一個cpu上）。
  • cpuinfo    儲存cpu硬體所能支援的最大和最小的頻率以及切換延遲資訊。
  • min/max/cur  該policy下的可使用的最小頻率，最大頻率和當前頻率。
  • policy    該變數可以取以下兩個值：CPUFREQ_POLICY_POWERSAVE和CPUFREQ_POLICY_PERFORMANCE，該變數只有當調頻驅動支援setpolicy回撥函式的時候有效，這時候由驅動根據policy變數的值來決定系統的工作頻率或狀態。如果調頻驅動（cpufreq_driver）支援target回撥，則頻率由相應的governor來決定。
  • governor和governor_data    指向該policy當前使用的cpufreq_governor結構和它的上下文資料。governor是實現該policy的關鍵所在，調頻策略的邏輯由governor實現。
  • update    有時在中斷上下文中需要更新policy，需要利用該工作佇列把實際的工作移到稍後的程序上下文中執行。
  • user_policy    有時候因為特殊的原因需要修改policy的引數，比如溫度過高時，最大可允許的執行頻率可能會被降低，為了在適當的時候恢復原有的執行引數，需要使用user_policy儲存原始的引數（min，max，policy，governor）。
  • kobj    該policy在sysfs中對應的kobj的物件。

 

 

4.  cpufreq_governor

 

所謂的governor，我把它翻譯成：調節器。governor負責檢測cpu的使用狀況，從而在可用的範圍中選擇一個合適的頻率，程式碼中它用cpufreq_governor結構來表示：

 

[cpp]  view plain  copy      
  1. struct cpufreq_governor {  
  2.         char    name[CPUFREQ_NAME_LEN];  
  3.         int     initialized;  
  4.         int     (*governor)     (struct cpufreq_policy *policy,  
  5.                                  unsigned int event);  
  6.         ssize_t (*show_setspeed)        (struct cpufreq_policy *policy,  
  7.                                          char *buf);  
  8.         int     (*store_setspeed)       (struct cpufreq_policy *policy,  
  9.                                          unsigned int freq);  
  10.         unsigned int max_transition_latency; /* HW must be able to switch to 
  11.                         next freq faster than this value in nano secs or we 
  12.                         will fallback to performance governor */  
  13.         struct list_head        governor_list;  
  14.         struct module           *owner;  
  15. };  
  1.   struct cpufreq_governor {
  2.   char name[CPUFREQ_NAME_LEN];
  3.   int initialized;
  4.   int (*governor) (struct cpufreq_policy *policy,
  5.   unsigned int event);
  6.   ssize_t (*show_setspeed) (struct cpufreq_policy *policy,
  7.   char *buf);
  8.   int (*store_setspeed) (struct cpufreq_policy *policy,
  9.   unsigned int freq);
  10.   unsigned int max_transition_latency; /* HW must be able to switch to
  11.   next freq faster than this value in nano secs or we
  12.   will fallback to performance governor */
  13.   struct list_head governor_list;
  14.   struct module *owner;
  15.   };


其中的各個欄位的解釋如下：

 

 

  • name    該governor的名字。
  • initialized    初始化標誌。
  • governor    指向一個回撥函式，CPUFreq Core會在不同的階段呼叫該回調函式，用於該governor的啟動、停止、初始化、退出動作。
  • list_head    所有註冊的governor都會利用該欄位連結在一個全域性連結串列中，以供系統查詢和使用。

 

5.  cpufreq_driver

 

上一節提到的gonvernor只是負責計算並提出合適的頻率，但是頻率的設定工作是平臺相關的，這需要cpufreq_driver驅動來完成，cpufreq_driver的結構如下：

 

[cpp]  view plain  copy      
  1. struct cpufreq_driver {  
  2.         struct module           *owner;  
  3.         char                    name[CPUFREQ_NAME_LEN];  
  4.         u8                      flags;  
  5.        
  6.         bool                    have_governor_per_policy;  
  7.   
  8.         /* needed by all drivers */  
  9.         int     (*init)         (struct cpufreq_policy *policy);  
  10.         int     (*verify)       (struct cpufreq_policy *policy);  
  11.   
  12.         /* define one out of two */  
  13.         int     (*setpolicy)    (struct cpufreq_policy *policy);  
  14.         int     (*target)       (struct cpufreq_policy *policy,  
  15.                                  unsigned int target_freq,  
  16.                                  unsigned int relation);  
  17.   
  18.         /* should be defined, if possible */  
  19.         unsigned int    (*get)  (unsigned int cpu);  
  20.   
  21.         /* optional */  
  22.         unsigned int (*getavg)  (struct cpufreq_policy *policy,  
  23.                                  unsigned int cpu);  
  24.         int     (*bios_limit)   (int cpu, unsigned int *limit);  
  25.   
  26.         int     (*exit)         (struct cpufreq_policy *policy);  
  27.         int     (*suspend)      (struct cpufreq_policy *policy);  
  28.         int     (*resume)       (struct cpufreq_policy *policy);  
  29.         struct freq_attr        **attr;  
  30. };  
  1.   struct cpufreq_driver {
  2.   struct module *owner;
  3.   char name[CPUFREQ_NAME_LEN];
  4.   u8 flags;
  5.    
  6.   bool have_governor_per_policy;
  7.    
  8.   /* needed by all drivers */
  9.   int (*init) (struct cpufreq_policy *policy);
  10.   int (*verify) (struct cpufreq_policy *policy);
  11.    
  12.   /* define one out of two */
  13.   int (*setpolicy) (struct cpufreq_policy *policy);
  14.   int (*target) (struct cpufreq_policy *policy,
  15.   unsigned int target_freq,
  16.   unsigned int relation);
  17.    
  18.   /* should be defined, if possible */
  19.   unsigned int (*get) (unsigned int cpu);
  20.    
  21.   /* optional */
  22.   unsigned int (*getavg) (struct cpufreq_policy *policy,
  23.   unsigned int cpu);
  24.   int (*bios_limit) (int cpu, unsigned int *limit);
  25.    
  26.   int (*exit) (struct cpufreq_policy *policy);
  27.   int (*suspend) (struct cpufreq_policy *policy);
  28.   int (*resume) (struct cpufreq_policy *policy);
  29.   struct freq_attr **attr;
  30.   };


相關的欄位的意義解釋如下：

 

 

  • name    該頻率驅動的名字。
  • init    回撥函式，該回調函式必須實現，CPUFreq Core會通過該回調函式對該驅動進行必要的初始化工作。
  • verify    回撥函式，該回調函式必須實現，CPUFreq Core會通過該回調函式檢查policy的引數是否被驅動支援。
  • setpolicy/target    回撥函式，驅動必須實現這兩個函式中的其中一個，如果不支援通過governor選擇合適的執行頻率，則實現setpolicy回撥函式，這樣系統只能支援CPUFREQ_POLICY_POWERSAVE和CPUFREQ_POLICY_PERFORMANCE這兩種工作策略。反之，實現target回撥函式，通過target回撥設定governor所需要的頻率。
  • get    回撥函式，用於獲取cpu當前的工作頻率。
  • getavg    回撥函式，用於獲取cpu當前的平均工作頻率。

 

6.  cpufreq notifiers

CPUFreq的通知系統使用了核心的標準通知介面。它對外提供了兩個通知事件：policy通知和transition通知。

policy通知用於通知其它模組cpu的policy需要改變，每次policy改變時，該通知鏈上的回撥將會用不同的事件引數被呼叫3次，分別是：

 

  • CPUFREQ_ADJUST    只要有需要，所有的被通知者可以在此時修改policy的限制資訊，比如溫控系統可能會修改在大允許執行的頻率。
  • CPUFREQ_INCOMPATIBLE    只是為了避免硬體錯誤的情況下，可以在該通知中修改policy的限制資訊。
  • CPUFREQ_NOTIFY    真正切換policy前，該通知會發往所有的被通知者。
transition通知鏈用於在驅動實施調整cpu的頻率時，用於通知相關的註冊者。每次調整頻率時，該通知會發出兩次通知事件：
  • CPUFREQ_PRECHANGE    調整前的通知。
  • CPUFREQ_POSTCHANGE    完成調整後的通知。
當檢測到因系統進入suspend而造成頻率被改變時，以下通知訊息會被髮出：
  • CPUFREQ_RESUMECHANGE

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系統安全——軟體健壯性   廢話系統安全 最近一年，飛機失事的事情發生了好多起。於是乎，飛機是否是一種安全的出行工具的討論又再一次燃起了戰火。 我無意對該話題展開討論，只是可以舉個例子說明一下。 如果A城市一年出了10次搶劫事件，B城市一年出了1次殺人事件。那麼可能會有很多人覺得B

Socket伺服器整體架構概述【轉】

http://gad.qq.com/article/detail/33606 Socket伺服器主要用於提供高效、穩定的資料處理、訊息轉發等服務，它直接決定了前臺應用程式的效能。我們先從整體上認識一下Socket伺服器，Socket伺服器從架構上一般分為：網路層、業務邏輯層、會話層、資料訪問層，

Linux中Grep常用的15個例子【轉】

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Linux程序間的通訊方式和原理【轉】

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linux-Tcp IP協議棧原始碼閱讀筆記【轉】

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Linux中目錄proc/net/dev詳解【轉】

版權 min com 訪問 his 緩沖 適配 ack admin 轉自：https://blog.csdn.net/yzy1103203312/article/details/77848192 版權聲明：本文為博主原創文章，未經博主允許不得轉載。 h

linux異步IO的兩種方式【轉】

erro bio 字段 不同 地址 我們 pread 需要 緩存 轉自：https://blog.csdn.net/shixin_0125/article/details/78898146 知道異步IO已經很久了，但是直到最近，才真正用它來解決一下實際問題（在一個CPU密

從基本理解到深入探究 Linux kernel 通知鏈（notifier chain）【轉】

see sta seconds 內核和 一定的 mut 內核模塊 val spa 轉自：https://blog.csdn.net/u014134180/article/details/86563754 版權聲明：本文為博主原創文章，未經博主允許不得轉載。—&