Linux电源管理(2)-Generic PM基本概念和软件架构

http://www.wowotech.net/pm_subsystem/generic_pm_architecture.html1. 前言这里的Generic PM,是蜗蜗自己起的名字,指Linux系统中那些常规的电源管理手段,包括关机(Power off)、待机(Standby or Hibernate)、重启(Reboot)等。这些手段是在嵌入式Linux普及之前的PC或者服务器时代使用的。在那个计算机科学的蛮荒时代,人类在摩尔定律的刺激下,孜孜追求的是计算机的计算能力、处理性能,因此并不特别关心Power消耗。在这种背景下发展出来的Linux电源管理机制,都是粗放的、静态的、被动的,具体请参考下面的介绍。2. Generic PM在Linux操作系统中的表现形式Linux操作系统中,和Generic PM有关的操作如下面图片:Generic PM在Linux操作系统中的表现形式该图片截取自蜗蜗使用的“Linux ubuntu 2.6.32-38”系统,共有3部分组成:第1部分是系统关机、重启等操作的界面,共包含Hibernate、Restart、Shutdown三个操作选项;2、3部分是“电源管理属性”设置,所谓的电源管理属性,可以配置系统在不同供电模式下(如AC Power、Battery等,由于蜗蜗的机器是PC机,因此就没有电池供电的选项),处于Inactive状态多久后,系统关闭Display,或者进入Sleep状态。

Shutdown,很好理解,就是关机的意思。同时意味着不再使用计算机。

Restart,也很好理解,就是重启系统的意思。重启的过程,不再使用计算机。

Hibernate,可翻译为冬眠。

听到“冬眠”这个词,您是否眼前一亮?蜗蜗在“Linux电源管理(1)_整体架构”中解释电源管理的概念的时候,提到过,动物冬眠就是大自然所设计的电源管理方式的一种。在动物界,冬眠是指动物们(通常针对温血动物)通过降低体温的方式而进入的类似昏睡的生理状态,在这种状态下,需要消耗的能量较少,从而可以达到省电(能量)的目的。

而在计算机界,设计师们也借用了“冬眠”的概念,在不需要使用计算机时,将它当前的所有现场(执行的程序、显示器显示的图像、正在播放的声音等)保存到一些断电不会丢失的存储器中(如硬盘中),然后将计算机关闭。重新开启后,系统会从存储器中将关闭前的现场读取出来并恢复,此时从使用者的角度看,计算机就像没有关闭过一样。

如果把计算机界的“冬眠”搬到动物界,会是这样的场景:一只恐龙,迈着八字步,吃着香蕉,晃晃悠悠的走在树林中。然后,无聊的孙猴子来了,喊了一声“定!”,恐龙就定在那里了。再然后,一万年过去了,无聊的孙猴子又来了,喊了一声“动!”,恐龙继续迈着八字步,吃着香蕉,就像什么事情都没有发生一样。

Sleep,睡眠。这个词也是从生物界学来的。想象一下“睡眠”和“冬眠”的区别?“睡眠”睡的轻,随时都可以醒来。在计算机中,Hibernate需要把现场保存到断电不丢失的存储器中,并在醒来的时候读回来,这些可能需要较长的时间(因为断电不丢失存储器的访问速度都比较慢)。如果想快点,就把现场保存在内存中就可以了,这就是Sleep。不过这是要付出代价的,内存要保持供电,这就要消耗能量,鱼与熊掌不可兼得啊!

Auto Sleep,查看上面图片第3个部分,可以设置系统“处于Inactive状态多久后,自动进入Sleep状态”。比如我正在写这篇文章,然后被老婆喊去跪搓衣板了,一跪两个小时。这两个小时内,计算机不再被使用,如果不进入Sleep状态,将会消耗很多能量。为了避免这无谓的消耗,可以让系统在符合条件时(如20分钟不使用),自动睡下去。

Auto put display to Sleep,原理类似,只是操作的对象是Display(显示器等)。

 注:不知读者有没有注意到,蜗蜗在解释上面的词汇时,一直在用红色字体强调“计算机不再使用”。这就是Generic PM和Runtime PM的本质区别,即,在使用者的主观意愿上,是否需要暂停使用计算机(哪怕短短的一段时间)。这也是Generic PM在传统的计算机操作系统中被广泛使用的原因,因为那个时候对计算机的使用大多是主动方式。而对当前的移动互联来说,就非常不合时宜了,因为人们需要移动设备实时在线、实时接收被动事件(如来电),也就不可能主观地暂停使用(哪怕短短的一段时间)。这种最终需求的差异,会导致在软件设计上有很大的差别,正因为如此,Runtime PM的出现和尽快成熟,才显得格外重要。3. Generic PM的软件架构在介绍完Generic PM的基本概念后,我们来看一下它在Linux内核中的整体实现,并抽象出简单的软件架构,以便再后续的文章中,对Generic PM的主要组成部分进行更为细致的分析。具体如下:Generic PM Architecture根据上面的描述可知,Generic PM主要处理关机、重启、冬眠(Hibernate)、睡眠(Sleep,在Kernel中也称作Suspend)。在内核中,大致可以分为三个软件层次:

API Layer,用于向用户空间提供接口,其中关机和重启的接口形式是系统调用(在新的内核中,关机接口还有一种新方式,具体讲到的时候再说),Hibernate和Suspend的接口形式是sysfs。

PM Core,位于kernel/power/目录下,主要处理和硬件无关的核心逻辑。

PM Driver,分为两个部分,一是体系结构无关的Driver,提供Driver框架(Framework)。另一部分是具体的体系结构相关的Driver,这也是电源管理驱动开发需要涉及到的内容(图中红色边框的模块)。

另外,电源管理是一个系统级的模块,因而会涉及到设备模型、进程管理等等方方面面的内容,我们可以在后续具体的分析过程中,细细品味。

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