linux電源管理
1.概述
雖然 linux 可以在任何一臺 386 以上的 PC 上運(yùn)行，目前大多數(shù)人使用的都是新型的，帶有各種外設(shè)的桌面PC或者筆記本電腦，這樣，電源管理功能(PM)就逐漸變得越來越重要。在筆記本電腦上電源管理可以節(jié)能，延長電池壽命，而在桌面PC上它可以降低幅射，降溫，延長外設(shè)使用壽命?，F(xiàn)在的操作系統(tǒng)大都內(nèi)置了電源管理支持，例如 Windows 和 Linux。
2.PC機(jī)實(shí)現(xiàn)電源管理的方法
要實(shí)現(xiàn)電源管理，最重要的有兩點(diǎn)：第一是需要設(shè)備本身支持節(jié)電功能，比如硬盤，可以通過指令暫時關(guān)閉；第二是需要操作系統(tǒng)支持電源管理，這樣就可以在空閑一段時間之后調(diào)用驅(qū)動的電源管理功能關(guān)閉設(shè)備。
兩種電源管理標(biāo)準(zhǔn)：APM和ACPI
傳統(tǒng)的APM(Advanced Power Management)是一種基于bios的電源管理標(biāo)準(zhǔn)，目前的最新版本是1.2，它提供了CPU和設(shè)備電源管理的功能，但是由于這種電源管理方式主要是由bios實(shí)現(xiàn)，所以有些缺陷，比如對bios的過度依賴，新老bios之間的不兼容性，以及無法判斷電源管理命令是由用戶發(fā)起的還是由bios發(fā)起的，對某些新硬件如USB和1394的不支持性。
為了彌補(bǔ)APM的缺陷，新的電源管理ACPI應(yīng)運(yùn)而生，這就是ACPI(Advanced Configuration and Power InteRFace)，它主要是將電源管理的主要執(zhí)行者由bios轉(zhuǎn)換成為操作系統(tǒng)，這樣可以提供更大的靈活性以及可擴(kuò)展性。
目前的PC機(jī)主板一般同時支持APM和ACPI兩種標(biāo)準(zhǔn)。
3.linux對電源管理的支持
內(nèi)核模塊
針對APM和ACPI兩種不同的標(biāo)準(zhǔn)，linux內(nèi)核提供了兩個不同的模塊來實(shí)現(xiàn)電源管理功能，這就是apm和acpi。需要注意，apm和acpi是互相沖突的兩個模塊，用戶在同一時間內(nèi)只能加載其中之一，如果當(dāng)他們在加載的時候發(fā)現(xiàn)二者之一已經(jīng)加載，就會自動退出。
在官方發(fā)布的內(nèi)核中APM是較為成熟的電源管理方式，可以完成在Windows下ACPI所能完成的大部分功能。由于官方內(nèi)核中ACPI的功能比較有限，目前還處于開發(fā)版狀態(tài)。所以當(dāng)前的大多數(shù)distribution，如紅帽子默認(rèn)就使用了apm作為電源管理方式。但是值得注意的是linux中的ACPI實(shí)際上是由一個單獨(dú)的項(xiàng)目小組模塊進(jìn)行維護(hù)的，當(dāng)前內(nèi)核ACPI的版本實(shí)際上已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于最新的版本。由于linux穩(wěn)定版中對任何新特性的加入都非常謹(jǐn)慎小心，所以我們也許只能等到2.6.x版本的linux誕生后才能看到ACPI的穩(wěn)定全功能版了。不過我們也可以自己對內(nèi)核打最新的ACPI補(bǔ)丁來獲得這些功能。
下面對電源管理的介紹以APM為主。
用戶態(tài)Daemon
為了讓linux內(nèi)核中的電源管理功能夠更好的被利用，我們還需要用戶態(tài)daemon程序的配合。針對APM和ACPI，分別有apmd和acpid兩個不同軟件。他們實(shí)現(xiàn)的功能比較類似，都是允許用戶預(yù)先定義某些策略，然后跟蹤電源狀態(tài)，執(zhí)行特定的操作。在apmd軟件包中還有一個工具apm，用戶可以用它使機(jī)器主動進(jìn)入standby和suspend狀態(tài)，還可以查詢bios的apm版本號。在使用acpi時直接對proc文件系統(tǒng)進(jìn)行操作即可完成同樣的功能。
4.linux下驅(qū)動的電源管理機(jī)制
在linux下不必為驅(qū)動分別編寫與APM和ACPI相對應(yīng)的代碼，linux與Windows類似，為驅(qū)動提供了統(tǒng)一的電源管理接口。驅(qū)動只要實(shí)現(xiàn)了這些接口，就可以實(shí)現(xiàn)電源管理的功能。操作系統(tǒng)在它認(rèn)為合適的時候就會通知驅(qū)動完成這些操作。
實(shí)現(xiàn)設(shè)備電源管理接口主要需要實(shí)現(xiàn)以下5點(diǎn)：
1)使用pm_register對設(shè)備的每個實(shí)例(instance)進(jìn)行注冊；
2)在對硬件進(jìn)行操作之前調(diào)用pm_access(這樣會保證設(shè)備已被喚醒并且處于ready狀態(tài))；
3)用戶自己的pm_callback函數(shù)在系統(tǒng)進(jìn)入suspend狀態(tài)(ACPI D1-D3)，或者從suspend狀態(tài)恢復(fù)(ACPI D0)的時候會被調(diào)用；
4)當(dāng)設(shè)備不在被使用的時候調(diào)用pm_dev_idle函數(shù)，這個操作是可選的，可以增強(qiáng)設(shè)備idle狀態(tài)的監(jiān)測能力；
5)當(dāng)被unload的時候，使用pm_unregister來取消設(shè)備的注冊。
下面介紹在實(shí)模式中和在linux下使用APM功能的編程方法：
由于APM是由bios提供的，我們可以直接在實(shí)模式(如DOS下)調(diào)用int 15軟中斷來進(jìn)行電源管理操作。
在實(shí)模式下APM的standby、suspend和Poweroff功能分別可以通過下面的匯編語言實(shí)現(xiàn)：
standby：
mov ax, 5307H
mov bx, 1
mov cx, 1
int 15H
suspend:
改成 mov cx,2
poweroff:
改成 mov cx,3
需要注意的一件事是在linux內(nèi)核中沒有使用和實(shí)模式的一樣的方法來調(diào)用int 15H中斷，而是直接調(diào)用了bios的保護(hù)模式接口。所以我們?nèi)绻薷牧薭ios中的apm相關(guān)代碼并且沒有處理好保護(hù)模式接口的問題，可以出現(xiàn)這樣的情況：在實(shí)模式DOS下使用apm功能一切正常，但是在linux下調(diào)用apm功能發(fā)生內(nèi)核一般保護(hù)性錯誤。
在linux下我們可以通過對apm_bios設(shè)備的操作來完成同樣的功能。
下面的代碼可以實(shí)現(xiàn)APM的suspend功能，等價于apm -s
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <asm/fcntl.h>
#include <linux/types.h>
#include <sys/types.h>
#include "apm.h"
int main()
{
int fd, res;
fd = open("/dev/apm_bios", O_RDWR);
if (fd < 0) {
printf("open /dev/apm_bios error!n");
exit(-1);
}
sync();
res = ioctl(fd, APM_IOC_SUSPEND, NULL);
if (res != 0) {
printf("ioctl error!n");
close(fd);
exit(-1);
}
close(fd);
return 0;
}
如果我們把上面程序中的SUSPEND改成STANDBY，我們就同樣實(shí)現(xiàn)了apm -S的功能。
在linux下POWEROFF操作有其獨(dú)特的流程，最后根據(jù)內(nèi)核中apm或者ACPI的存在情況來執(zhí)行相應(yīng)不同的流程來關(guān)閉電源。請參見linux內(nèi)核源碼，我寫的《linux關(guān)機(jī)重啟流程分析》中也有一定的介紹。
6.常見問題(FAQ)
1)我的系統(tǒng)不能被suspend，這是怎么回事呢？
系統(tǒng)在suspend之前會向所有的驅(qū)動發(fā)消息，如果這個時候某個傲慢的驅(qū)動返回了一個-EBUSY，那么這次suspend的企圖就被這個驅(qū)動否決了，你只有過一會再試，如果這個驅(qū)動總是否決(真是蠻橫，不過它也許有自己的苦衷也說不定)，你就永遠(yuǎn)都無法suspend了。
2)我按下系統(tǒng)的PowerOFF開關(guān)，在ATX的主板上，系統(tǒng)就會自動關(guān)機(jī)了，這個處理流程是什么樣子的呢？
在內(nèi)核APM模塊中建立了一個核心態(tài)線程不停的監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)，用戶的關(guān)機(jī)動作在這里被截獲后處理。詳細(xì)的流程可以參見本人的《linux關(guān)機(jī)重啟流程分析》。
3)linux中電源管理的文檔在哪里？
在linux/Documentation目錄下的pm.txt中詳細(xì)定義了linux驅(qū)動電源管理接口實(shí)現(xiàn)方式，并且有詳細(xì)的例子，apm和ACPI的實(shí)現(xiàn)流程需要參見linux源碼的實(shí)現(xiàn)。
7.總結(jié)
linux中的電源管理是發(fā)展中的代碼。從目前的趨勢來看ACPI終將取代APM。現(xiàn)在使用APM則是較為成熟和穩(wěn)妥的方案。我們?nèi)绻F(xiàn)在編寫驅(qū)動應(yīng)該嚴(yán)格遵守文檔中的pm.txt所規(guī)定的接口，這樣可以使我們的驅(qū)動有較強(qiáng)電源管理的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。
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