電源管理入門(mén)之CPU熱插拔詳解

之前介紹了電源的開(kāi)機(jī)和關(guān)機(jī)重啟，本小節(jié)開(kāi)始介紹省電的技術(shù)，其中最暴力的省電方法就是直接拔核hotplug處理，就像需要10個(gè)人干活都要吃飯，但是現(xiàn)在活少了最節(jié)省的方法就是砍掉幾個(gè)人，有點(diǎn)像裁員啊。

1. 省電技術(shù)概覽

?對(duì)于省電，我們短時(shí)間不使用設(shè)備的時(shí)候可以進(jìn)行休眠喚醒，長(zhǎng)時(shí)間不使用就直接關(guān)機(jī)了。在使用設(shè)備的時(shí)候可以按照當(dāng)前需要的性能進(jìn)行調(diào)頻處理就是CPUFreq和DevFeq，當(dāng)沒(méi)重度使用或者只運(yùn)行系統(tǒng)必須進(jìn)程的時(shí)候可以進(jìn)行CPU休閑(CPUIdle)、CPU熱插拔(CPU Hotplug)、CPU隔離(Core Isolate)和動(dòng)態(tài)PM(Runtime PM)。

CPUIdle指的是當(dāng)某個(gè)CPU上沒(méi)有進(jìn)程可調(diào)度的時(shí)候可以暫時(shí)局部關(guān)掉這個(gè)CPU的電源，從而達(dá)到省電的目的，當(dāng)再有進(jìn)程需要執(zhí)行的時(shí)候再恢復(fù)電源。

CPU Hotplug指的是我們可以把某個(gè)CPU熱移除，然后系統(tǒng)就不會(huì)再往這個(gè)CPU上派任務(wù)了，這個(gè)CPU就可以放心地完全關(guān)閉電源了，當(dāng)把這個(gè)CPU再熱插入之后，就對(duì)這個(gè)CPU恢復(fù)供電，這個(gè)CPU就可以正常執(zhí)行任務(wù)了。

CPU隔離指的是我們把某個(gè)CPU隔離開(kāi)來(lái)，系統(tǒng)不再把它作為進(jìn)程調(diào)度的目標(biāo)，這樣這個(gè)CPU就可以長(zhǎng)久地進(jìn)入Idle狀態(tài)了，達(dá)到省電的目的。不過(guò)CPU隔離并不是專(zhuān)門(mén)的省電機(jī)制，我們把CPU隔離之后還可以通過(guò)set_affinity把進(jìn)程專(zhuān)門(mén)遷移到這個(gè)CPU上，這個(gè)CPU還會(huì)繼續(xù)運(yùn)行。CPU隔離能達(dá)到一種介于CPUIdle和CPU熱插拔之間的效果。

Runtime PM指的是設(shè)備的動(dòng)態(tài)電源管理，系統(tǒng)中存在很多設(shè)備，但是并不是每種設(shè)備都在一直使用，比如相機(jī)可能在大部分時(shí)間都不會(huì)使用，所以我們可以在大部分時(shí)間把相機(jī)的電源關(guān)閉，在需用相機(jī)的時(shí)候，再給相機(jī)供電。

cpu hotplug和idle的區(qū)別？

hotplug是從硬件上拔掉核下電，idle只是從軟件上進(jìn)行處理，也就是說(shuō)調(diào)度器在idle時(shí)只是不去調(diào)用但是核還是可見(jiàn)的，hotplug直接沒(méi)這個(gè)核了，軟件完全不可見(jiàn)。

?省電管理可以達(dá)到省電的目的，但是也會(huì)降低系統(tǒng)的性能，包括響應(yīng)延遲、帶寬、吞吐量等。所以?xún)?nèi)核又提供了一個(gè)PM QoS框架，QoS是Quality Of Service(服務(wù)質(zhì)量)。PM QoS框架一面向顧客提供接口，顧客可以通過(guò)這些接口對(duì)系統(tǒng)的性能提出要求，一面向各種省電機(jī)制下發(fā)要求，省電機(jī)制在省電的同時(shí)也要滿(mǎn)足這些性能要求。PM QoS的顧客包括內(nèi)核和進(jìn)程：對(duì)于內(nèi)核，PM QoS提供了接口函數(shù)可以直接調(diào)用；對(duì)于進(jìn)程，PM QoS提供了一些設(shè)備文件可以讓用戶(hù)空間進(jìn)行讀寫(xiě)。PM QoS對(duì)某一項(xiàng)性能指標(biāo)的要求叫做一個(gè)約束，約束分為系統(tǒng)級(jí)約束和設(shè)備級(jí)約束。系統(tǒng)級(jí)約束針對(duì)的是整個(gè)系統(tǒng)的性能要求，設(shè)備級(jí)約束針對(duì)的是某個(gè)設(shè)備的性能要求。

整體上電源管理也是策略和機(jī)制分離的，例如：

hotplug是一個(gè)機(jī)制，誰(shuí)去用？可以用戶(hù)App制定的策略、溫控策略、系統(tǒng)suspend時(shí)需要等。

CPUFreq是策略和機(jī)制都包含的。

2. 熱插拔代碼介紹

cpu的狀態(tài)包括：possible、present、online、active。

possible狀態(tài)的cpu：可理解為存在這個(gè)CPU資源，但還沒(méi)有納入Kernel的管理范圍。

present狀態(tài)的cpu：表示已經(jīng)被kernel接管。

online狀態(tài)的cpu：表示可以被調(diào)度器使用。

active狀態(tài)的cpu：表示可以被遷移migrate。

?Linux內(nèi)核在初始的時(shí)候，會(huì)創(chuàng)建虛擬總線cpu_subsys，每個(gè)cpu調(diào)用register_cpu注冊(cè)時(shí)，都會(huì)將cpu設(shè)備掛在這個(gè)總線下。cpu的拔插是通過(guò)操作文件節(jié)點(diǎn)online實(shí)現(xiàn)的，具體拔插操作如下（以cpu1為例）：

echo0>/sys/devices/system/cpu/cpu1/online//拔核操作
echo1>/sys/devices/system/cpu/cpu1/online//插核操作

為什么以cpu1為例?

Linux CPU熱插拔，支持在系統(tǒng)啟動(dòng)后，關(guān)閉任意一個(gè)secondary cpu（在ARM架構(gòu)中，CPU0為boot cpu，不能被關(guān)閉），并在需要時(shí)重新打開(kāi)它。

當(dāng)操作/sys/devices/system/cpu/cpu1/online文件的時(shí)候，會(huì)執(zhí)行drivers/base/core.c中online_store（）函數(shù)

staticssize_tonline_store(structdevice*dev,structdevice_attribute*attr,
constchar*buf,size_tcount
)
{
boolval;
intret;

ret=strtobool(buf,&val);
if(ret

	

	?這塊有一個(gè)sysfs的知識(shí)點(diǎn)，就是DEVICE_ATTR_RW(online);聲明了這個(gè)宏，就可以在文件系統(tǒng)里面為這個(gè)設(shè)備熟悉添加一個(gè)文件，當(dāng)向這個(gè)文件寫(xiě)入字符串的時(shí)候就會(huì)調(diào)用拼接出來(lái)的online_store（）函數(shù)，讀這個(gè)文件的時(shí)候就會(huì)調(diào)用online_show（）函數(shù)

	
#define__ATTR(_name,_mode,_show,_store){
.attr={.name=__stringify(_name),
.mode=VERIFY_OCTAL_PERMISSIONS(_mode)},
.show=_show,
.store=_store,
}

#define__ATTR_RW(_name)__ATTR(_name,0644,_name##_show,_name##_store)

#defineDEVICE_ATTR_RW(_name)
structdevice_attributedev_attr_##_name=__ATTR_RW(_name)


	

	在online_store（）函數(shù)中，拔核就執(zhí)行device_offline(dev)函數(shù)

	device_offline中dev->bus->offline(dev);

	drivers/base/cpu.c中

	
structbus_typecpu_subsys={
.name="cpu",
.dev_name="cpu",
.match=cpu_subsys_match,
#ifdefCONFIG_HOTPLUG_CPU
.online=cpu_subsys_online,
.offline=cpu_subsys_offline,
#endif
};
cpu_device_down
cpu_down
cpu_down_maps_locked
_cpu_down
cpuhp_down_callbacks
takedown_cpu

[CPUHP_TEARDOWN_CPU]={
.name="cpu:teardown",
.startup.single=NULL,
.teardown.single=takedown_cpu,
.cant_stop=true,
},


	

	do_idle狀態(tài)機(jī)會(huì)調(diào)用

	
arch_cpu_idle_dead
cpu_die
cpu_die
psci_cpu_die
psci_ops.cpu_off
psci_0_2_cpu_off


	

	?psci_0_2_cpu_off會(huì)調(diào)用__psci_cpu_off(PSCI_0_2_FN_CPU_OFF, state);最終發(fā)送smc指令給ATF，上面的cpu down流程匯總?cè)缦聢D：

	

	cpu up流程：

	

	具體代碼自己加log，或者打斷點(diǎn)看好些。

	3. ATF中處理

	之前在電源管理入門(mén)-1關(guān)機(jī)重啟詳解中介紹的PSCI協(xié)議部分，這里會(huì)發(fā)送smc指令到ATF。在ATF中同理,會(huì)處理這些PSCI協(xié)議，這里不詳細(xì)介紹了。

	后記

	?本篇文章嘗試用markdown進(jìn)行編寫(xiě)，圖片用Midjourney生成，感覺(jué)效果還可以，之前每篇文章的排版很費(fèi)時(shí)間。markdown可以只保留最小的一些格式，把注意力關(guān)注到文章內(nèi)容本身，提高效率才能多寫(xiě)一些文章進(jìn)行更新。

	審核編輯：湯梓紅