Linux電源管理(10)_autosleep

作者：wowo?發布于：2014-9-18 23:42 分類：電源管理子系統

1. 前言

Autosleep也是從Android wakelocks補丁集中演化而來的（Linux電源管理(9)_wakelocks），用于取代Android wakelocks中的自動休眠功能。它基于wakeup source實現，從代碼邏輯上講，autosleep是一個簡單的功能，但背后卻埋藏著一個值得深思的話題：

計算機的休眠（通常是STR、Standby、Hibernate等suspend操作），應當在什么時候、由誰觸發？

蝸蝸在“Linux電源管理(2)_Generic PM之基本概念和軟件架構”中有提過，在傳統的操作場景下，如PC、筆記本電腦，這個問題很好回答：由用戶、在其不想或不再使用時。

但在移動互聯時代，用戶隨時隨地都可能使用設備，上面的回答就不再成立，怎么辦？這時，Android提出了“Opportunistic suspend（這個詞匯太傳神了，很難用簡潔的中文去翻譯，就不翻譯了）”的理論，通俗的講，就是“逮到機會就睡”。而autosleep功能，無論是基于Android wakelocks的autosleep，還是基于wakeup source的autosleep，都是為了實現“Opportunistic suspend”。

相比較“對多樣的系統組件單獨控制”的電源管理方案（如Linux kernel的Dynamic PM），“Opportunistic suspend”是非常簡單的，只要檢測到系統沒有事情在做（逮到機會），就suspend整個系統。這對系統的開發人員（特別是driver開發者）來說，很容易實現，幾乎不需要特別處理。

但困難的是，“系統沒有事情在做”的判斷依據是什么？能判斷準確嗎？會不會浪費過多的資源在"susend->resume-supsend…”的無聊動作上？如果只有一個設備在做事情，其它設備豈不是也得陪著耗電？等等…

所以，實現“Opportunistic suspend”機制的autosleep功能，是充滿爭議的。說實話，也是不優雅的。但它可以解燃眉之急，因而雖然受非議，卻在Android設備中廣泛使用。

其實Android中很多機制都是這樣的（如wakelocks，如binder，等等），可以這樣比方：Android是設計中的現實主義，Linux kernel是設計中的理想主義，當理想和現實沖突時，怎么調和？不只是Linux kernel，其它的諸如設計、工作和生活，都會遇到類似的沖突，怎么對待？沒有答案，但有一個原則：不要偏執，不要試圖追求非黑即白的真理！

我們應該慶幸有Android這樣的開源軟件，讓我們可以對比，可以思考。偏題有點遠，言歸正傳吧，去看看autosleep的實現。

2. 功能總結和實現原理

經過前言的瞎聊，Autosleep的功能很已經很直白了，“系統沒有事情在做”的時候，就將系統切換到低功耗狀態。

根據使用場景，低功耗狀態可以是Freeze、Standby、Suspend to RAM（STR）和Suspend to disk（STD）中的任意一種。而怎么判斷系統沒有事情在做呢？依賴wakeup events framework。只要系統沒有正在處理和新增的wakeup events，就嘗試suspend，如果suspend的過程中有events產生，再resume就是了。

由于suspend/resume的操作如此頻繁，解決同步問題就越發重要，這也要依賴wakeup events framework及其wakeup count功能。

3. 在電源管理中的位置

autosleep的實現位于kernel/power/autosleep.c中，基于wakeup count和suspend & hibernate功能，并通過PM core的main模塊向用戶空間提供sysfs文件（/sys/power/autosleep）

注1：我們在“Linux電源管理(8)_Wakeup count功能”中，討論過wakeup count功能，本文的autosleep，就是使用wakeup count的一個實例。

4. 代碼分析

4.1 /sys/power/autosleep

/sys/power/autosleep是在kernel/power/main.c中實現的，如下：

1: #ifdef CONFIG_PM_AUTOSLEEP 2: static ssize_t autosleep_show(struct kobject *kobj, 3: struct kobj_attribute *attr, 4: char *buf) 5: { 6: suspend_state_t state = pm_autosleep_state(); 7:? 8: if (state == PM_SUSPEND_ON) 9: return sprintf(buf, "off\n"); 10:? 11: #ifdef CONFIG_SUSPEND 12: if (state < PM_SUSPEND_MAX) 13: return sprintf(buf, "%s\n", valid_state(state) ? 14: pm_states[state] : "error"); 15: #endif 16: #ifdef CONFIG_HIBERNATION 17: return sprintf(buf, "disk\n"); 18: #else 19: return sprintf(buf, "error"); 20: #endif 21: } 22:? 23: static ssize_t autosleep_store(struct kobject *kobj, 24: struct kobj_attribute *attr, 25: const char *buf, size_t n) 26: { 27: suspend_state_t state = decode_state(buf, n); 28: int error; 29:? 30: if (state == PM_SUSPEND_ON 31: && strcmp(buf, "off") && strcmp(buf, "off\n")) 32: return -EINVAL; 33:? 34: error = pm_autosleep_set_state(state); 35: return error ? error : n; 36: } 37:? 38: power_attr(autosleep); 39: #endif /* CONFIG_PM_AUTOSLEEP */

a）autosleep不是一個必須的功能，可以通過CONFIG_PM_AUTOSLEEP打開或關閉該功能。

b）autosleep文件和state文件類似：

???? 讀取，返回“freeze”，“standby”，“mem”，“disk”， “off”，“error”等6個字符串中的一個，表示當前autosleep的狀態，分別是auto freeze、auto standby、auto STR、auto STD、autosleep功能關閉和當前系統不支持該autosleep的錯誤指示；

???? 寫入freeze”，“standby”，“mem”，“disk”， “off”等5個字符串中的一個，代表將autosleep切換到指定狀態。

c）autosleep的讀取，由pm_autosleep_state實現；autosleep的寫入，由pm_autosleep_set_state實現。這兩個接口為autosleep模塊提供的核心接口，位于kernel/power/autosleep.c中。

4.2 pm_autosleep_init

開始之前，先介紹一下autosleep的初始化函數，該函數在kernel PM初始化時（.\kernel\power\main.c:pm_init）被調用，負責初始化autosleep所需的2個全局參數：

1）一個名稱為“autosleep”的wakeup source（autosleep_ws），在autosleep執行關鍵操作時，阻止系統休眠（我們可以從中理解wakeup source的應用場景和使用方法）。

2）一個名稱為“autosleep”的有序workqueue，用于觸發實際的休眠動作（休眠應由經常或者線程觸發）。這里我們要提出2個問題：什么是有序workqueue？為什么要使用有序workqueue？后面分析代碼時會有答案。

如下：

1: int __init pm_autosleep_init(void) 2: { 3: autosleep_ws = wakeup_source_register("autosleep"); 4: if (!autosleep_ws) 5: return -ENOMEM; 6:? 7: autosleep_wq = alloc_ordered_workqueue("autosleep", 0); 8: if (autosleep_wq) 9: return 0; 10:? 11: wakeup_source_unregister(autosleep_ws); 12: return -ENOMEM; 13: }

4.3 pm_autosleep_set_state

pm_autosleep_set_state負責設置autosleep的狀態，autosleep狀態和“Linux電源管理(5)_Hibernate和Sleep功能介紹”所描述的電源管理狀態一致，共有freeze、standby、STR、STD和off五種（具體依賴于系統實際支持的電源管理狀態）。具體如下：

1: int pm_autosleep_set_state(suspend_state_t state) 2: { 3:? 4: #ifndef CONFIG_HIBERNATION 5: if (state >= PM_SUSPEND_MAX) 6: return -EINVAL; 7: #endif 8:? 9: __pm_stay_awake(autosleep_ws); 10:? 11: mutex_lock(&autosleep_lock); 12:? 13: autosleep_state = state; 14:? 15: __pm_relax(autosleep_ws); 16:? 17: if (state > PM_SUSPEND_ON) { 18: pm_wakep_autosleep_enabled(true); 19: queue_up_suspend_work(); 20: } else { 21: pm_wakep_autosleep_enabled(false); 22: } 23:? 24: mutex_unlock(&autosleep_lock); 25: return 0; 26: }

a）判斷state是否合法。

b）調用__pm_stay_awake，確保系統不會休眠。

c）將state保存在一個全局變量中（autosleep_state）。

d）調用__pm_relax，允許系統休眠。

e）根據state的狀態off還是其它，調用wakeup events framework提供的接口pm_wakep_autosleep_enabled，使能或者禁止autosleep功能。

f）如果是使能狀態，調用內部接口queue_up_suspend_work，將suspend work掛到autosleep workqueue中。

?

注2：由這里的實例可以看出，此時wakeup source不再是wakeup events的載體，而更像一個lock（呵呵，Android wakelocks的影子）。

注3：?
該接口并沒有對autosleep state的當前值做判斷，也就意味著用戶程序可以不停的調用該接口，設置autosleep state，如寫“mem”，寫“freeze”，寫“disk”等等。那么suspend work將會多次queue到wrokqueue上。?
而在多核CPU上，普通的workqueue是可以在多個CPU上并行執行多個work的。這恰恰是autosleep所不能接受的，因此autosleep workqueue就必須是orderd workqueue。所謂ordered workqueue，就是統一時刻最多執行一個work的worqueue（具體可參考include\linux\workqueue.h中的注釋）。?
那我們再問，為什么不判斷一下狀態內？首先，orderd workqueue可以節省資源。其次，這樣已經夠了，何必多費心思呢？簡潔就是美。?

pm_wakep_autosleep_enabled主要用于更新wakeup source中和autosleep有關的信息，代碼和執行邏輯如下：

1: #ifdef CONFIG_PM_AUTOSLEEP 2: /** 3: * pm_wakep_autosleep_enabled - Modify autosleep_enabled for all wakeup sources. 4: * @enabled: Whether to set or to clear the autosleep_enabled flags. 5: */ 6: void pm_wakep_autosleep_enabled(bool set) 7: { 8: struct wakeup_source *ws; 9: ktime_t now = ktime_get(); 10:? 11: rcu_read_lock(); 12: list_for_each_entry_rcu(ws, &wakeup_sources, entry) { 13: spin_lock_irq(&ws->lock); 14: if (ws->autosleep_enabled != set) { 15: ws->autosleep_enabled = set; 16: if (ws->active) { 17: if (set) 18: ws->start_prevent_time = now; 19: else 20: update_prevent_sleep_time(ws, now); 21: } 22: } 23: spin_unlock_irq(&ws->lock); 24: } 25: rcu_read_unlock(); 26: } 27: #endif /* CONFIG_PM_AUTOSLEEP */

a）更新系統所有wakeup souce的autosleep_enabled標志（太浪費了！！）。

b）如果wakeup source處于active狀態（意味著它會阻止autosleep），且當前autosleep為enable，將start_prevent_time設置為當前實現（開始阻止）。

c）如果wakeup source處于active狀態，且autosleep為disable（說明這個wakeup source一直堅持到autosleep被禁止），調用update_prevent_sleep_time接口，更新wakeup source的prevent_sleep_time。

queue_up_suspend_work比較簡單，就是把suspend_work掛到workqueue，等待被執行。而suspend_work的處理函數為try_to_suspend，如下：

1: static DECLARE_WORK(suspend_work, try_to_suspend); 2:? 3: void queue_up_suspend_work(void) 4: { 5: if (autosleep_state > PM_SUSPEND_ON) 6: queue_work(autosleep_wq, &suspend_work); 7: }

4.4 try_to_suspend

try_to_suspend是suspend的實際觸發者，代碼如下：

1: static void try_to_suspend(struct work_struct *work) 2: { 3: unsigned int initial_count, final_count; 4:? 5: if (!pm_get_wakeup_count(&initial_count, true)) 6: goto out; 7:? 8: mutex_lock(&autosleep_lock); 9:? 10: if (!pm_save_wakeup_count(initial_count) || 11: system_state != SYSTEM_RUNNING) { 12: mutex_unlock(&autosleep_lock); 13: goto out; 14: } 15:? 16: if (autosleep_state == PM_SUSPEND_ON) { 17: mutex_unlock(&autosleep_lock); 18: return; 19: } 20: if (autosleep_state >= PM_SUSPEND_MAX) 21: hibernate(); 22: else 23: pm_suspend(autosleep_state); 24:? 25: mutex_unlock(&autosleep_lock); 26:? 27: if (!pm_get_wakeup_count(&final_count, false)) 28: goto out; 29:? 30: /* 31: * If the wakeup occured for an unknown reason, wait to prevent the 32: * system from trying to suspend and waking up in a tight loop. 33: */ 34: if (final_count == initial_count) 35: schedule_timeout_uninterruptible(HZ / 2); 36:? 37: out: 38: queue_up_suspend_work(); 39: }

該接口是wakeup count的一個例子，根據我們在“Linux電源管理(8)_Wakeup count功能”的分析，就是read wakeup count，write wakeup count，suspend，具體為：

a）調用pm_get_wakeup_count（block為true），獲取wakeup count，保存在initial_count中。如果有wakeup events正在處理，阻塞等待。

b）將讀取的count，寫入。如果成功，且當前系統狀態為running，根據autosleep狀態，調用hibernate或者pm_suspend，suspend系統。

d）如果寫count失敗，說明讀寫的過程有events產生，退出，進行下一次嘗試。

e）如果suspend的過程中，或者是suspend之后，產生了events，醒來，再讀一次wakeup count（此時不再阻塞），保存在final_count中。

f）如果final_count和initial_count相同，發生怪事了，沒有產生events，竟然醒了?？赡苡挟惓?#xff0c;不能再立即啟動autosleep（恐怕陷入sleep->wakeup->sleep->wakeup的快速loop中），等待0.5s，再嘗試autosleep。

4.5 pm_autosleep_state

該接口比較簡單，獲取autosleep_state的值返回即可。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux电源管理(10)_autosleep的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。