Linux系統(tǒng)中那些常規(guī)的電源管理手段

1. 前言

這里的Generic PM，是蝸蝸?zhàn)约浩鸬拿?，?a href="http://www.wenjunhu.com/v/tag/538/" target="_blank">Linux系統(tǒng)中那些常規(guī)的電源管理手段，包括關(guān)機(jī)（Power off）、待機(jī)（Standby or Hibernate）、重啟（Reboot）等。這些手段是在嵌入式Linux普及之前的PC或者服務(wù)器時(shí)代使用的。在那個(gè)計(jì)算機(jī)科學(xué)的蠻荒時(shí)代，人類在 摩爾定律的刺激下，孜孜追求的是計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力、處理性能，因此并不特別關(guān)心Power消耗。

在這種背景下發(fā)展出來的Linux電源管理機(jī)制，都是粗放的、靜態(tài)的、被動(dòng)的，具體請(qǐng)參考下面的介紹。

2. Generic PM在Linux操作系統(tǒng)中的表現(xiàn)形式

Linux操作系統(tǒng)中，和Generic PM有關(guān)的操作如下面圖片：

該圖片截取自蝸蝸使用的“Linux ubuntu 2.6.32-38”系統(tǒng)，共有3部分組成：

第1部分是系統(tǒng)關(guān)機(jī)、重啟等操作的界面，共包含Hibernate、Restart、Shutdown三個(gè)操作選項(xiàng)；

2、3部分是“電源管理屬性”設(shè)置，所謂的電源管理屬性，可以配置系統(tǒng)在不同供電模式下（如AC Power、Battery等，由于蝸蝸的機(jī)器是PC機(jī)，因此就沒有電池供電的選項(xiàng)），處于Inactive狀態(tài)多久后，系統(tǒng)關(guān)閉Display，或者進(jìn)入Sleep狀態(tài)。

本文將會(huì)圍繞上面提到的各個(gè)名詞，講述它們的意義、在內(nèi)核中的實(shí)現(xiàn)方式。開始之前，先解釋一下這些詞匯的意義。

Shutdown，很好理解，就是關(guān)機(jī)的意思。同時(shí)意味著不再使用計(jì)算機(jī)。

Restart，也很好理解，就是重啟系統(tǒng)的意思。重啟的過程，不再使用計(jì)算機(jī)。

Hibernate，可翻譯為冬眠。

聽到“冬眠”這個(gè)詞，您是否眼前一亮？蝸蝸在“Linux電源管理（1）_整體架構(gòu)”中解釋電源管理的概念的時(shí)候，提到過，動(dòng)物冬眠就是大自然所設(shè)計(jì)的電源管理方式的一種。在動(dòng)物界，冬眠是指動(dòng)物們（通常針對(duì)溫血?jiǎng)游铮┩ㄟ^降低體溫的方式而進(jìn)入的類似昏睡的生理狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，需要消耗的能量較少，從而可以達(dá)到省電（能量）的目的。

而在計(jì)算機(jī)界，設(shè)計(jì)師們也借用了“冬眠”的概念，在不需要使用計(jì)算機(jī)時(shí)，將它當(dāng)前的所有現(xiàn)場(chǎng)（執(zhí)行的程序、顯示器顯示的圖像、正在播放的聲音等）保存到一些斷電不會(huì)丟失的存儲(chǔ)器中（如硬盤中），然后將計(jì)算機(jī)關(guān)閉。重新開啟后，系統(tǒng)會(huì)從存儲(chǔ)器中將關(guān)閉前的現(xiàn)場(chǎng)讀取出來并恢復(fù)，此時(shí)從使用者的角度看，計(jì)算機(jī)就像沒有關(guān)閉過一樣。

如果把計(jì)算機(jī)界的“冬眠”搬到動(dòng)物界，會(huì)是這樣的場(chǎng)景：一只恐龍，邁著八字步，吃著香蕉，晃晃悠悠的走在樹林中。然后，無聊的孫猴子來了，喊了一聲 “定！”，恐龍就定在那里了。再然后，一萬年過去了，無聊的孫猴子又來了，喊了一聲“動(dòng)！”，恐龍繼續(xù)邁著八字步，吃著香蕉，就像什么事情都沒有發(fā)生一 樣。

Sleep，睡眠。這個(gè)詞也是從生物界學(xué)來的。想象一下“睡眠”和“冬眠”的區(qū)別？“睡眠”睡的輕，隨時(shí)都可以醒來。在計(jì)算機(jī)中，Hibernate需要 把現(xiàn)場(chǎng)保存到斷電不丟失的存儲(chǔ)器中，并在醒來的時(shí)候讀回來，這些可能需要較長(zhǎng)的時(shí)間（因?yàn)閿嚯姴粊G失存儲(chǔ)器的訪問速度都比較慢）。如果想快點(diǎn)，就把現(xiàn)場(chǎng)保 存在內(nèi)存中就可以了，這就是Sleep。不過這是要付出代價(jià)的，內(nèi)存要保持供電，這就要消耗能量，魚與熊掌不可兼得?。?/p>

Auto Sleep，查看上面圖片第3個(gè)部分，可以設(shè)置系統(tǒng)“處于Inactive狀態(tài)多久后，自動(dòng)進(jìn)入Sleep狀態(tài)”。比如我正在寫這篇文章，然后被老婆喊去跪搓衣板了，一跪兩個(gè)小時(shí)。這兩個(gè)小時(shí)內(nèi)，計(jì)算機(jī)不再被使用，如果不進(jìn)入Sleep狀態(tài)，將會(huì)消耗很多能量。為了避免這無謂的消耗，可以讓系統(tǒng)在符合條件時(shí)（如20分鐘不使用），自動(dòng)睡下去。

Auto put display to Sleep，原理類似，只是操作的對(duì)象是Display（顯示器等）。

注：

不知讀者有沒有注意到，蝸蝸在解釋上面的詞匯時(shí)，一直在用紅色字體強(qiáng)調(diào)“計(jì)算機(jī)不再使用”。這就是Generic PM和Runtime PM的本質(zhì)區(qū)別，即，在使用者的主觀意愿上，是否需要暫停使用計(jì)算機(jī)（哪怕短短的一段時(shí)間）。

這也是Generic PM在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中被廣泛使用的原因，因?yàn)槟莻€(gè)時(shí)候?qū)τ?jì)算機(jī)的使用大多是主動(dòng)方式。而對(duì)當(dāng)前的移動(dòng)互聯(lián)來說，就非常不合時(shí)宜了，因?yàn)槿藗冃枰?動(dòng)設(shè)備實(shí)時(shí)在線、實(shí)時(shí)接收被動(dòng)事件（如來電），也就不可能主觀地暫停使用（哪怕短短的一段時(shí)間）。這種最終需求的差異，會(huì)導(dǎo)致在軟件設(shè)計(jì)上有很大的差別， 正因?yàn)槿绱耍琑untime PM的出現(xiàn)和盡快成熟，才顯得格外重要。

3. Generic PM的軟件架構(gòu)

在介紹完Generic PM的基本概念后，我們來看一下它在Linux內(nèi)核中的整體實(shí)現(xiàn)，并抽象出簡(jiǎn)單的軟件架構(gòu)，以便再后續(xù)的文章中，對(duì)Generic PM的主要組成部分進(jìn)行更為細(xì)致的分析。具體如下：

根據(jù)上面的描述可知，Generic PM主要處理關(guān)機(jī)、重啟、冬眠（Hibernate）、睡眠（Sleep，在Kernel中也稱作Suspend）。在內(nèi)核中，大致可以分為三個(gè)軟件層次：

API Layer，用于向用戶空間提供接口，其中關(guān)機(jī)和重啟的接口形式是系統(tǒng)調(diào)用（在新的內(nèi)核中，關(guān)機(jī)接口還有一種新方式，具體講到的時(shí)候再說），Hibernate和Suspend的接口形式是sysfs。

PM Core，位于kernel/power/目錄下，主要處理和硬件無關(guān)的核心邏輯。

PM Driver，分為兩個(gè)部分，一是體系結(jié)構(gòu)無關(guān)的Driver，提供Driver框架（Framework）。另一部分是具體的體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的Driver，這也是電源管理驅(qū)動(dòng)開發(fā)需要涉及到的內(nèi)容（圖中紅色邊框的模塊）。

另外，電源管理是一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的模塊，因而會(huì)涉及到設(shè)備模型、進(jìn)程管理等等方方面面的內(nèi)容，我們可以在后續(xù)具體的分析過程中，細(xì)細(xì)品味。