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1. 前言

Linux核心提供了三種Suspend: Freeze、Standby和STR(Suspend to RAM)，在使用者空間向”/sys/power/state”檔案分別寫入”freeze”、”standby”和”mem”，即可觸發它們。

核心中，Suspend及Resume過程涉及到PM Core、Device PM、各個裝置的驅動、Platform dependent PM、CPU control等多個模組，涉及了console switch、process freeze、CPU hotplug、wakeup處理等過個知識點。就讓我們跟著核心程式碼，一一見識它們吧。

2. Suspend功能有關的程式碼分佈

核心中Suspend功能有關的程式碼包括PM core、Device PM、Platform PM等幾大塊，具體如下：

1）PM Core

kernel/power/main.c----提供使用者空間介面(/sys/power/state)

kernel/power/suspend.c----Suspend功能的主邏輯

kernel/power/suspend_test.c----Suspend功能的測試邏輯

kernel/power/console.c----Suspend過程中對控制檯的處理邏輯

kernel/power/process.c----Suspend過程中對程序的處理邏輯

2）Device PM

裝置驅動----具體裝置驅動的位置，不再涉及。

3）Platform dependent PM

include/linux/suspend.h----定義platform dependent PM有關的操作函式集

arch/xxx/mach-xxx/xxx.c或者

arch/xxx/plat-xxx/xxx.c----平臺相關的電源管理操作

3. suspend&resume過程概述

下面圖片對Linux suspend&resume過程做了一個概述，讀者可以順著這個流程閱讀核心原始碼。具體的說明，可以參考後面的程式碼分析。

4. 程式碼分析

4.1 suspend入口

在使用者空間執行如下操作：

echo "freeze" > /sys/power/state

echo "standby" > /sys/power/state

echo "mem" > /sys/power/state

會通過sysfs觸發suspend的執行，相應的處理程式碼如下：

1. staticssize_t state_store(struct kobject *kobj,struct kobj_attribute *attr,
2. constchar*buf,size_t n)
3. {
4. suspend_state_t state;
5. int error;
6. error = pm_autosleep_lock();
7. if(error)
8. return error;
9. if(pm_autosleep_state()> PM_SUSPEND_ON){
10. error =-EBUSY;
11. goto out;
12. }
13. state = decode_state(buf, n);
14. if(state < PM_SUSPEND_MAX)
15. error = pm_suspend(state);
16. elseif(state == PM_SUSPEND_MAX)
17. error = hibernate();
18. else
19. error =-EINVAL;
20. out:
21. pm_autosleep_unlock();
22. return error ? error : n;
23. }
24. power_attr(state);

power_attr定義了一個名稱為state的attribute檔案，該檔案的store介面為state_store，該介面在lock住autosleep功能後，解析使用者傳入的buffer（freeze、standby or mem），轉換成state引數。

state引數的型別為suspend_state_t，在include\linux\suspend.h中定義，為電源管理狀態在核心中的表示。具體如下：

1. typedefint __bitwise suspend_state_t;
2. #define PM_SUSPEND_ON ((__force suspend_state_t)0)
3. #define PM_SUSPEND_FREEZE ((__force suspend_state_t)1)
4. #define PM_SUSPEND_STANDBY ((__force suspend_state_t)2)
5. #define PM_SUSPEND_MEM ((__force suspend_state_t)3)
6. #define PM_SUSPEND_MIN PM_SUSPEND_FREEZE
7. #define PM_SUSPEND_MAX ((__force suspend_state_t)4)

根據state的值，如果不是（PM_SUSPEND_MAX，對應hibernate功能），則呼叫pm_suspend介面，進行後續的處理。 

pm_suspend在kernel/power/suspend.c定義，處理所有的suspend過程。  

4.2 pm_suspend & enter_state

pm_suspend的實現非常簡單，簡單的做一下引數合法性判斷，直接呼叫enter_state介面，如下：

1. int pm_suspend(suspend_state_t state)
2. {
3. int error;
4. if(state <= PM_SUSPEND_ON || state >= PM_SUSPEND_MAX)
5. return-EINVAL;
6. error = enter_state(state);
7. if(error){
8. suspend_stats.fail++;
9. dpm_save_failed_errno(error);
10. }else{
11. suspend_stats.success++;
12. }
13. return error;
14. }

enter_state程式碼為：

1. staticint enter_state(suspend_state_t state)
2. {
3. int error;
4. if(!valid_state(state))
5. return-ENODEV;
6. if(!mutex_trylock(&pm_mutex))
7. return-EBUSY;
8. if(state == PM_SUSPEND_FREEZE)
9. freeze_begin();
10. printk(KERN_INFO "PM: Syncing filesystems ... ");
11. sys_sync();
12. printk("done.\n");
13. pr_debug("PM: Preparing system for %s sleep\n", pm_states[state]);
14. error = suspend_prepare(state);
15. if(error)
16. gotoUnlock;
17. if(suspend_test(TEST_FREEZER))
18. gotoFinish;
19. pr_debug("PM: Entering %s sleep\n", pm_states[state]);
20. pm_restrict_gfp_mask();
21. error = suspend_devices_and_enter(state);
22. pm_restore_gfp_mask();
23. Finish:
24. pr_debug("PM: Finishing wakeup.\n");
25. suspend_finish();
26. Unlock:
27. mutex_unlock(&pm_mutex);
28. return error;
29. }

主要工作包括：

a）呼叫valid_state，判斷該平臺是否支援該電源狀態。

suspend的最終目的，是讓系統進入可恢復的掛起狀態，而該功能必須有平臺相關程式碼的參與才能完成，因此核心PM Core就提供了一系列的回撥函式（封裝在platform_suspend_ops中），讓平臺程式碼（如arch/arm/mach-xxx/pm.c）實現，然後由PM Core在合適的時機呼叫。這些回撥函式包含一個valid函式，就是用來告知PM Core，支援哪些state。

最後看一下valid_state的實現（刪除了無關程式碼）：

1. bool valid_state(suspend_state_t state)
2. {
3. if(state == PM_SUSPEND_FREEZE){
4. returntrue;
5. }
6. /*
7. * PM_SUSPEND_STANDBY and PM_SUSPEND_MEMORY states need lowlevel
8. * support and need to be valid to the lowlevel
9. * implementation, no valid callback implies that none are valid.
10. */
11. return suspend_ops && suspend_ops->valid && suspend_ops->valid(state);
12. }

如果是freeze，無需平臺程式碼參與即可支援，直接返回true。對於standby和mem，則需要呼叫suspend_ops的valid回掉，由底層平臺程式碼判斷是否支援。 

b）加互斥鎖，只允許一個例項處理suspend。

c）如果state是freeze，呼叫freeze_begin，進行suspend to freeze相關的特殊動作。我會在後面統一分析freeze的特殊動作，這裡暫不描述。

d）列印提示資訊，同步檔案系統。

e）呼叫suspend_prepare，進行suspend前的準備，主要包括switch console和process&thread freezing。如果失敗，則終止suspend過程。

f）然後，呼叫suspend_devices_and_enter介面，該介面負責suspend和resume的所有實際動作。前半部分，suspend console、suspend device、關中斷、呼叫平臺相關的suspend_ops使系統進入低功耗狀態。後半部分，在系統被事件喚醒後，處理相關動作，呼叫平臺相關的suspend_ops恢復系統、開中斷、resume device、resume console。

g）最後，呼叫suspend_finish，恢復（或等待恢復）process&thread，還原console。  

4.3 suspend_prepare

suspend_prepare的程式碼如下：

1. staticint suspend_prepare(suspend_state_t state)
2. {
3. int error;
4. if(need_suspend_ops(state)&&(!suspend_ops ||!suspend_ops->enter))
5. return-EPERM;
6. pm_prepare_console();
7. error = pm_notifier_call_chain(PM_SUSPEND_PREPARE);
8. if(error)
9. gotoFinish;
10. error = suspend_freeze_processes();
11. if(!error)
12. return0;
13. suspend_stats.failed_freeze++;
14. dpm_save_failed_step(SUSPEND_FREEZE);
15. Finish:
16. pm_notifier_call_chain(PM_POST_SUSPEND);
17. pm_restore_console();
18. return error;
19. }

主要工作為：

a）檢查suspend_ops是否提供了.enter回撥，沒有的話，返回錯誤。

b）呼叫pm_prepare_console，將當前console切換到一個虛擬console並重定向核心的kmsg（需要的話）。該功能稱作VT switch，後面我會在稍微詳細的介紹一下，但Linux控制檯子系統是相當複雜的，更具體的分析，要在控制檯子系統的分析文章中說明。

c）呼叫pm_notifier_call_chain，傳送suspend開始的訊息（PM_SUSPEND_PREPARE），後面會詳細描述。

d）呼叫suspend_freeze_processes，freeze使用者空間程序和一些核心執行緒。該功能稱作freezing-of-tasks，我會專門用一篇文章去分析它。本文就不再詳細說明了。

e）如果freezing-of-tasks失敗，呼叫pm_restore_console，將console切換回原來的console，並返回錯誤，以便能終止suspend。  

4.4 suspend_devices_and_enter

suspend_devices_and_enter的過程較為複雜，程式碼實現如下：

1. int suspend_devices_and_enter(suspend_state_t state)
2. {
3. int error;
4. bool wakeup =false;
5. if(need_suspend_ops(state)&&!suspend_ops)
6. return-ENOSYS;
7. trace_machine_suspend(state);
8. if(need_suspend_ops(state)&& suspend_ops->begin){
9. error = suspend_ops->begin(state);
10. if(error)
11. gotoClose;
12. }
13. suspend_console();
14. ftrace_stop();
15. suspend_test_start();
16. error = dpm_suspend_start(PMSG_SUSPEND);
17. if(error){
18. printk(KERN_ERR "PM: Some devices failed to suspend\n");
19. gotoRecover_platform;
20. }
21. suspend_test_finish("suspend devices");
22. if(suspend_test(TEST_DEVICES))
23. gotoRecover_platform;
24. do{
25. error = suspend_enter(state,&wakeup);
26. }while(!error &&!wakeup && need_suspend_ops(state)
27. && suspend_ops->suspend_again && suspend_ops->suspend_again());
28. Resume_devices:
29. suspend_test_start();
30. dpm_resume_end(PMSG_RESUME);
31. suspend_test_finish("resume devices");
32. ftrace_start();
33. resume_console();
34. Close:
35. if(need_suspend_ops(state)&& suspend_ops->end)
36. suspend_ops->end();
37. trace_machine_suspend(PWR_EVENT_EXIT);
38. return error;
39. Recover_platform:
40. if(need_suspend_ops(state)&& suspend_ops->recover)
41. suspend_ops->recover();
42. gotoResume_devices;
43. }

a）再次檢查平臺程式碼是否需要提供以及是否提供了suspend_ops。

b）呼叫suspend_ops的begin回撥（有的話），通知平臺程式碼，以便讓其作相應的處理（需要的話）。可能失敗，需要跳至Close處執行恢復操作（suspend_ops->end）。

c）呼叫suspend_console，掛起console。該介面由"kernel\printk.c"實現，主要是hold住一個lock，該lock會阻止其它程式碼訪問console。

d）呼叫ftrace_stop，停止ftrace功能。ftrace是一個很有意思的功能，後面再介紹。

e）呼叫dpm_suspend_start，呼叫所有裝置的->prepare和->suspend回撥函式（具體可參考“Linux電源管理(4)_Power Management Interface”的描述），suspend需要正常suspend的裝置。suspend device可能失敗，需要跳至 Recover_platform，執行recover操作（suspend_ops->recover）。

f）以上都是suspend前的準備工作，此時，呼叫suspend_enter介面，使系統進入指定的電源狀態。該介面的內容如下：

1. staticint suspend_enter(suspend_state_t state,bool*wakeup)
2. {
3. int error;
4. if(need_suspend_ops(state)&& suspend_ops->prepare){
5. error = suspend_ops->prepare();
6. if(error)
7. gotoPlatform_finish;
8. }
9. error = dpm_suspend_end(PMSG_SUSPEND);
10. if(error){
11. printk(KERN_ERR "PM: Some devices failed to power down\n");
12. gotoPlatform_finish;
13. }
14. if(need_suspend_ops(state)&& suspend_ops->prepare_late){
15. error = suspend_ops->prepare_late();
16. if(error)
17. gotoPlatform_wake;
18. }
19. if(suspend_test(TEST_PLATFORM))
20. gotoPlatform_wake;
21. /*
22. * PM_SUSPEND_FREEZE equals
23. * frozen processes + suspended devices + idle processors.
24. * Thus we should invoke freeze_enter() soon after
25. * all the devices are suspended.
26. */
27. if(state == PM_SUSPEND_FREEZE){
28. freeze_enter();
29. gotoPlatform_wake;
30. }
31. error = disable_nonboot_cpus();
32. if(error || suspend_test(TEST_CPUS))
33. gotoEnable_cpus;
34. arch_suspend_disable_irqs();
35. BUG_ON(!irqs_disabled());
36. error = syscore_suspend();
37. if(!error){
38. *wakeup = pm_wakeup_pending();
39. if(!(suspend_test(TEST_CORE)||*wakeup)){
40. error = suspend_ops->enter(state);
41. events_check_enabled =false;
42. }
43. syscore_resume();
44. }
45. arch_suspend_enable_irqs();
46. BUG_ON(irqs_disabled());
47. Enable_cpus:
48. enable_nonboot_cpus();
49. Platform_wake:
50. if(need_suspend_ops(state)&& suspend_ops->wake)
51. suspend_ops->wake();
52. dpm_resume_start(PMSG_RESUME);
53. Platform_finish:
54. if(need_suspend_ops(state)&& suspend_ops->finish)
55. suspend_ops->finish();
56. return error;
57. }

        f1）該介面處理完後，會通過返回值告知是否enter成功，同時通過wakeup指標，告知呼叫者，是否有wakeup事件發生，導致電源狀態切換失敗。

        f2）呼叫suspend_ops的prepare回撥（有的話），通知平臺程式碼，以便讓其在即將進行狀態切換之時，再做一些處理（需要的話）。該回調可能失敗（平臺程式碼出現意外），失敗的話，需要跳至Platform_finish處，呼叫suspend_ops的finish回撥，執行恢復操作。

        f3）呼叫dpm_suspend_end，呼叫所有裝置的->suspend_late和->suspend_noirq回撥函式（具體可參考“Linux電源管理(4)_Power Management Interface”的描述），suspend late suspend裝置和需要在關中斷下suspend的裝置。需要說明的是，這裡的noirq，是通過禁止所有的中斷線的形式，而不是通過關全域性中斷的方式。同樣，該操作可能會失敗，失敗的話，跳至Platform_finish處，執行恢復動作。

        f4）呼叫suspend_ops的prepare_late回撥（有的話），通知平臺程式碼，以便讓其在最後關頭，再做一些處理（需要的話）。該回調可能失敗（平臺程式碼出現意外），失敗的話，需要跳至Platform_wake處，呼叫suspend_ops的wake回撥，執行device的resume、呼叫suspend_ops的finish回撥，執行恢復操作。

        f5）如果是suspend to freeze，執行相應的操作，包括凍結程序、suspended devices（引數為PM_SUSPEND_FREEZE）、cpu進入idle。如果有任何事件使CPU從idle狀態退出，跳至Platform_wake處，執行wake操作。

        f6）呼叫disable_nonboot_cpus，禁止所有的非boot cpu。也會失敗，執行恢復操作即可。

        f7）呼叫arch_suspend_disable_irqs，關全域性中斷。如果無法關閉，則為bug。

        f8）呼叫syscore_suspend，suspend system core。同樣會失敗，執行恢復操作即可。有關syscore，我會在另一篇文章中詳細描述。

        f9）如果很幸運，以上操作都成功了，那麼，切換吧。不過，別高興太早，還得呼叫pm_wakeup_pending檢查一下，這段時間內，是否有喚醒事件發生，如果有就要終止suspend。

        f10）如果一切順利，呼叫suspend_ops的enter回撥，進行狀態切換。這時，系統應該已經suspend了……

        f11）suspend過程中，喚醒事件發生，系統喚醒，該函式接著執行resume動作，並最終返回。resume動作基本上是suspend的反動作，就不再繼續分析了。

        f12）或者，由於意外，suspend終止，該函式也會返回。

g）suspend_enter返回，如果返回原因不是發生錯誤，且不是wakeup事件。則呼叫suspend_ops的suspend_again回撥，檢查是否需要再次suspend。再什麼情況下要再次suspend呢？需要看具體的平臺了，誰知道呢。

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