Linux的电源管理架构分析 （高清文字pdf）

Linux的源代码里，大部分都属于设备驱动程序的代码，因此，大多数电源管理（PM）的代码也是存在于驱动程序当中。很多驱动程序可能只做了少量的工作，另外一些，例如使用电池供电的硬件平台（移动电话等）则会在电源管理上做了大量的工作。 ### Linux的电源管理架构分析 #### 一、概述 Linux作为一个强大的开源操作系统，其灵活性和扩展性得到了广泛的认可。在众多的功能中，电源管理（Power Management, PM）是确保系统能够在不同工作负载下高效节能的关键技术之一。由于Linux内核的大部分代码都是设备驱动程序，因此电源管理的主要实现逻辑也位于这些驱动程序中。针对不同类型的硬件平台，如使用电池供电的移动设备等，电源管理的重要性尤为突出。 #### 二、设备电源管理的两种模型 Linux的电源管理系统支持两种主要的模型：系统睡眠模型和运行时电源管理模型。 ##### 1. 系统睡眠模型 该模型允许驱动程序跟随系统级别的低功耗状态，如“suspend”（挂起到内存）或“hibernation”（挂起到磁盘）。在这个过程中，驱动程序、总线、设备类驱动共同协作，通过特定的suspend和resume方法，有序地关闭硬件设备和相关软件子系统，并在数据不丢失的情况下重新激活硬件设备。此外，一些驱动程序还可以管理硬件的唤醒事件，通过设置`/sys/devices/.../power/wakeup`文件或通过ethtool接口来开启和关闭这些事件，从而在不增加过多功耗的情况下，让系统更容易进入低功耗状态。 ##### 2. 运行时电源管理模型 该模型允许设备在系统运行阶段进入低功耗状态。尽管理论上它能够独立于其他电源管理活动，但在实际应用中，通常需要考虑到设备之间的依赖关系（例如，父设备不能进入低功耗状态，除非所有子设备都已经进入该状态）。此外，根据不同的总线类型，可能还需要执行一些特殊操作。如果设备在系统运行阶段进入了低功耗状态，在系统级别的电源状态迁移时（如suspend或hibernation）就需要特别处理。 #### 三、进入系统睡眠状态的接口 内核为各个子系统（总线类型、设备类型、设备类别）和驱动程序提供了相应的编程接口，以便它们参与到所关心的设备的电源管理中。这些接口既包括系统级别的睡眠管理，也包括运行时级别的电源管理。 #### 四、设备电源管理操作 子系统和驱动程序的设备电源管理操作主要定义在`dev_pm_ops`结构中，该结构包括以下成员函数： - `prepare(struct device *dev)`：准备设备进入低功耗状态前的任何必要的准备工作。 - `complete(struct device *dev)`：在设备恢复到正常状态后执行的任何必要的完成动作。 - `suspend(struct device *dev)`：将设备置于低功耗状态。 - `resume(struct device *dev)`：将设备从低功耗状态恢复到正常状态。 - `freeze(struct device *dev)`：将设备置于冻结状态，即一个比suspend更深的低功耗状态。 - `thaw(struct device *dev)`：将设备从冻结状态恢复。 - `poweroff(struct device *dev)`：将设备完全关闭。 - `shutdown(struct device *dev)`：在系统关闭前执行的任何必要的清理操作。 - `runtime_suspend(struct device *dev)`：将设备置于运行时低功耗状态。 - `runtime_resume(struct device *dev)`：将设备从运行时低功耗状态恢复。 - `runtime_idle(struct device *dev)`：当设备空闲时执行的任何必要的操作。 这些操作为驱动程序提供了灵活的方式来管理设备的电源状态，从而实现更高效的能耗控制。 #### 五、总结 Linux的电源管理架构设计得相当灵活且强大，通过支持多种模型和提供丰富的接口，使得开发者可以根据具体的硬件需求来定制电源管理策略。无论是针对移动设备还是服务器环境，都能够有效地实现能源效率和性能之间的平衡。通过对这些机制的理解和运用，可以显著提升系统的稳定性和能效表现。