Linux：电源管理

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原文链接：http://www.wowotech.net/pm_subsystem/suspend_and_resume.html

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#linux #运维 #服务器

于 2025-05-27 11:57:02 首次发布

Linux电源管理(6)_Generic PM之Suspend功能

1. 前言

Linux内核提供了三种Suspend: Freeze、Standby和STR(Suspend to RAM)，
在用户空间向”/sys/power/state”文件分别写入”freeze”、”standby”和”mem”，即可触发它们。

内核中，Suspend及Resume过程涉及到PM Core、Device PM、各个设备的驱动、Platform dependent PM、CPU control等多个模块，涉及了console switch、process freeze、CPU hotplug、wakeup处理等过个知识点。

2. Suspend功能有关的代码分布

内核中Suspend功能有关的代码包括PM core、Device PM、Platform PM等几大块。

PM Core
kernel/power/main.c----提供用户空间接口(/sys/power/state)
kernel/power/suspend.c----Suspend功能的主逻辑
kernel/power/suspend_test.c----Suspend功能的测试逻辑
kernel/power/console.c----Suspend过程中对控制台的处理逻辑
kernel/power/process.c----Suspend过程中对进程的处理逻辑
Device PM
drivers/base/power/*----具体可参考“Linux电源管理(4)_Power Management Interface”的描述。
设备驱动----具体设备驱动的位置，不再涉及。
Platform dependent PM
include/linux/suspend.h----定义platform dependent PM有关的操作函数集
arch/xxx/mach-xxx/xxx.c或者
arch/xxx/plat-xxx/xxx.c----平台相关的电源管理操作

3. suspend&resume过程概述

4. 代码分析

4.1 suspend入口

在用户空间执行如下操作：
        echo "freeze" > /sys/power/state
        echo "standby" > /sys/power/state
        echo "mem" > /sys/power/state

根据state的值，如果不是（PM_SUSPEND_MAX，对应hibernate功能），则调用pm_suspend接口，进行后续的处理。
pm_suspend在kernel/power/suspend.c定义，处理所有的suspend过程。

4.2 pm_suspend & enter_state

pm_suspend的实现非常简单，简单的做一下参数合法性判断

4.3 suspend_devices_and_enter

a）再次检查平台代码是否需要提供以及是否提供了suspend_ops。
b）调用suspend_ops的begin回调（有的话），通知平台代码，以便让其作相应的处理（需要的话）。可能失败，需要跳至Close处执行恢复操作（suspend_ops->end）。
c）调用suspend_console，挂起console。该接口由"kernel\printk.c"实现，主要是hold住一个lock，该lock会阻止其它代码访问console。
d）调用ftrace_stop，停止ftrace功能。
e）调用dpm_suspend_start，调用所有设备的->prepare和->suspend回调函数
f）以上都是suspend前的准备工作，此时，调用suspend_enter接口，使系统进入指定的电源状态。

4.4 suspend_enter接口

f1）该接口处理完后，会通过返回值告知是否enter成功，同时通过wakeup指针，告知调用者，是否有wakeup事件发生，导致电源状态切换失败。
f2）调用suspend_ops的prepare回调（有的话），通知平台代码，以便让其在即将进行状态切换之时，再做一些处理（需要的话）。该回调可能失败（平台代码出现意外），失败的话，需要跳至Platform_finish处，调用suspend_ops的finish回调，执行恢复操作。
f3）调用dpm_suspend_end，调用所有设备的->suspend_late和->suspend_noirq回调函数,suspend late suspend设备和需要在关中断下suspend的设备。需要说明的是，这里的noirq，是通过禁止所有的中断线的形式，而不是通过关全局中断的方式。同样，该操作可能会失败，失败的话，跳至Platform_finish处，执行恢复动作。
f4）调用suspend_ops的prepare_late回调（有的话），通知平台代码，以便让其在最后关头，再做一些处理（需要的话）。该回调可能失败（平台代码出现意外），失败的话，需要跳至Platform_wake处，调用suspend_ops的wake回调，执行device的resume、调用suspend_ops的finish回调，执行恢复操作。
f5）如果是suspend to freeze，执行相应的操作，包括冻结进程、suspended devices（参数为PM_SUSPEND_FREEZE）、cpu进入idle。如果有任何事件使CPU从idle状态退出，跳至Platform_wake处，执行wake操作。
f6）调用disable_nonboot_cpus，禁止所有的非boot cpu。也会失败，执行恢复操作即可
f7）调用arch_suspend_disable_irqs，关全局中断。如果无法关闭，则为bug。
f8）调用syscore_suspend，suspend system core。同样会失败，执行恢复操作即可。有关syscore，我会在另一篇文章中详细描述。
f9）如果很幸运，以上操作都成功了，那么，切换吧。不过，别高兴太早，还得调用pm_wakeup_pending检查一下，这段时间内，是否有唤醒事件发生，如果有就要终止suspend。
f10）如果一切顺利，调用suspend_ops的enter回调，进行状态切换。这时，系统应该已经suspend了…
f11）suspend过程中，唤醒事件发生，系统唤醒，该函数接着执行resume动作，并最终返回。resume动作基本上是suspend的反动作。
resume操作，resume device、start ftrace、resume console、suspend_ops->end等等。
f12）或者，由于意外，suspend终止，该函数也会返回。
f13）该函数返回后，表示系统已经resume。

4.5 suspend_finish

a）恢复所有的用户空间进程和内核线程。
b）发送suspend结束的通知。
c）将console切换回原来的。

5. 知识点回顾

5.1 PM notifier

PM notifier是基于内核blocking notifier功能实现的。
一种kernel内部的消息通知机制，消息接受者通过notifier注册的方式，注册一个回调函数，关注消息发送者发出的notifier。当消息产生时，消息产生者通过调用回调函数的形式，通知消息接受者。

5.2 device PM ops 和platform PM ops的调用时机

device PM ops和platform PM ops就是电源管理（suspend）的全部，只要在合适的地方，实现合适的回调函数，即可实现系统的电源管理。

5.3 suspend过程的同步和PM wakeup

Android用suspend作日常的待机（操作就相当频繁了），这时问题就大了。那怎么解决呢？得靠system wakeup framework，也就是suspend过程中所调用的pm_wakeup_pending接口所在的模块。

Linux电源管理(7)_Wakeup events framework

1. 前言

wakeup events framework是这个话题的一个临时性的解决方案，包括wake lock、wakeup count、autosleep等机制。它们就是本文的话题。

2. wakeup events framework要解决的问题

系统处于suspend状态，可通过wakeup events唤醒。具体的wakeup events可以是按键按下，可以是充电器插入，等等。但是，如果在suspend的过程中，产生了wakeup events，怎么办？答案很肯定，"wakeup"系统。由于此时系统没有真正suspend，所以这的"wakeup"是个假动作，实际上只是终止suspend。

但由于系统在suspend的过程中，会进行process freeze、 device suspend等操作，而这些操作可能导致内核或用户空间程序不能及时获取wakeup events，从而使系统不能正确wakeup，这就是wakeup events framework要解决的问题：system suspend和system wakeup events之间的同步问题。

3. wakeup events framework的功能总结

情况1：内核空间的同步

wakeup events产生后，通常是以中断的形式通知device driver。driver会处理events，处理的过程中，系统不能suspend。
注1：同步问题只存在于中断开启的情况，因为若中断关闭，就不会产生wakeup events，也就不存在同步的概念。

情况2：用户空间的同步

一般情况下，driver对wakeup events处理后，会交给用户空间程序继续处理，处理的过程，也不允许suspend。这又可以分为两种情况

wakeup events framework就包括3大功能：

解决内核空间同步问题（framework的核心功能）；
解决用户空间同步问题的情景1（wakeup count功能）；
解决用户空间同步问题的情景2（wake lock功能）。

4. wakeup events framework architecture

下面图片描述了wakeup events framework的architecture：

图片中红色边框的block是wakeup events相关的block：

1）wakeup events framework core，在drivers/base/power/wakeup.c中实现，提供了wakeup events framework的核心功能，包括：

抽象wakeup source和wakeup event的概念；
向各个device driver提供wakeup source的注册、使能等接口；
向各个device driver提供wakeup event的上报、停止等接口；
向上层的PM core（包括wakeup count、auto sleep、suspend、hibernate等模块）提供wakeup event的查询接口，以判断是否可以suspend、是否需要终止正在进行的suspend。

2）wakeup events framework sysfs，将设备的wakeup信息，以sysfs的形式提供到用户空间，供用户空间程序查询、配置。在drivers/base/power/sysfs.c中实现。

3）wake lock/unlock，为了兼容Android旧的wakeup lock机制而留下的一个后门，扩展wakeup events framework的功能，允许用户空间程序报告/停止wakeup events。换句话说，该后门允许用户空间的任一程序决定系统是否可以休眠。

4）wakeup count，基于wakeup events framework，解决用户空间同步的问题。

5）auto sleep，允许系统在没有活动时（即一段时间内，没有产生wakeup event），自动休眠。

5. 代码分析

5.1 wakeup source和wakeup event

介绍struct device结构时，涉及到一个struct dev_pm_info类型的power变量。
该结构中有一个power变量，保存了和wakeup event相关的信息，让我们接着看一下struct dev_pm_info数据结构。

can_wakeup，标识本设备是否具有唤醒能力。只有具备唤醒能力的设备，才会在sysfs中有一个power目录，用于提供所有的wakeup信息，这些信息是以struct wakeup_source的形式组织起来的。也就是上面wakeup指针。

一个wakeup source代表了一个具有唤醒能力的设备，也称该设备为一个wakeup source。。该结构中各个字段的意义如下：

一个wakeup source产生了wakeup event，称作wakeup source activate，wakeup event处理完毕后（不再需要系统为此保持active），称作deactivate。
activate和deactivate的操作可以由driver亲自设置，也可以在activate时，指定一个timeout时间，时间到达后，由wakeup events framework自动将其设置为deactivate状态。这里的timer以及expires时间，就是用来实现该功能；
event_count，wakeup source产生的wakeup event的个数；
active，产生wakeup event时，wakeup source需要切换到activate状态。
active_count，wakeup source activate的次数；
relax_count， wakeup source deactivate的次数；
wakeup_count，wakeup source终止suspend过程的次数；

wakeup source代表一个具有唤醒能力的设备，该设备产生的可以唤醒系统的事件，就称作wakeup event。当wakeup source产生wakeup event时，需要将wakeup source切换为activate状态；当wakeup event处理完毕后，要切换为deactivate状态。

5.3 wakeup events framework的核心功能

wakeup events framework的核心功能体现在它向底层的设备驱动所提供的用于上报wakeup event的接口，这些接口根据操作对象可分为两类，具体如下。
类型一（操作对象为wakeup source，编写设备驱动时，一般不会直接使用）：
类型二（操作对象为device，为设备驱动的常用接口）：

1: /* include/linux/pm_wakeup.h */   
2: extern int device_wakeup_enable(struct device *dev);   
3: extern int device_wakeup_disable(struct device *dev);   
4: extern void device_set_wakeup_capable(struct device *dev, bool capable);
5: extern int device_init_wakeup(struct device *dev, bool val);
6: extern int device_set_wakeup_enable(struct device *dev, bool enable);
7: extern void pm_stay_awake(struct device *dev);
8: extern void pm_relax(struct device *dev);
9: extern void pm_wakeup_event(struct device *dev, unsigned int msec);

5.3.1 device_set_wakeup_capable
1）wakeup
2）wakeup_count

5.3.2 device_wakeup_enable/device_wakeup_disable/device_set_wakeup_enable
该接口位于在drivers/base/power/wakeup.c中，代码

5.3.4 pm_relax
5.3.5 pm_wakeup_event
5.3.6 pm_wakeup_pending