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電源管理入門之CPU熱插拔詳解

yzcdx ? 來源: OS與AUTOSAR研究 ? 2023-10-16 15:28 ? 次閱讀
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之前介紹了電源開機(jī)關(guān)機(jī)重啟,本小節(jié)開始介紹省電的技術(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人,有點(diǎn)像裁員啊。

1. 省電技術(shù)概覽

d5a5e454-68d4-11ee-939d-92fbcf53809c.png

?對于省電,我們短時間不使用設(shè)備的時候可以進(jìn)行休眠喚醒,長時間不使用就直接關(guān)機(jī)了。在使用設(shè)備的時候可以按照當(dāng)前需要的性能進(jìn)行調(diào)頻處理就是CPUFreqDevFeq,當(dāng)沒重度使用或者只運(yùn)行系統(tǒng)必須進(jìn)程的時候可以進(jìn)行CPU休閑(CPUIdle)、CPU熱插拔(CPU Hotplug)、CPU隔離(Core Isolate)和動態(tài)PM(Runtime PM)。

CPUIdle指的是當(dāng)某個CPU上沒有進(jìn)程可調(diào)度的時候可以暫時局部關(guān)掉這個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)行的時候再恢復(fù)電源。

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

CPU隔離指的是我們把某個CPU隔離開來,系統(tǒng)不再把它作為進(jìn)程調(diào)度的目標(biāo),這樣這個CPU就可以長久地進(jìn)入Idle狀態(tài)了,達(dá)到省電的目的。不過CPU隔離并不是專門的省電機(jī)制,我們把CPU隔離之后還可以通過set_affinity把進(jìn)程專門遷移到這個CPU上,這個CPU還會繼續(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)可能在大部分時間都不會使用,所以我們可以在大部分時間把相機(jī)的電源關(guān)閉,在需用相機(jī)的時候,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,也就是說調(diào)度器在idle時只是不去調(diào)用但是核還是可見的,hotplug直接沒這個核了,軟件完全不可見。

?省電管理可以達(dá)到省電的目的,但是也會降低系統(tǒng)的性能,包括響應(yīng)延遲、帶寬、吞吐量等。所以內(nèi)核又提供了一個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,顧客可以通過這些接口對系統(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)制在省電的同時也要滿足這些性能要求。PM QoS的顧客包括內(nèi)核和進(jìn)程:對于內(nèi)核,PM QoS提供了接口函數(shù)可以直接調(diào)用;對于進(jìn)程,PM QoS提供了一些設(shè)備文件可以讓用戶空間進(jìn)行讀寫。PM QoS對某一項(xiàng)性能指標(biāo)的要求叫做一個約束,約束分為系統(tǒng)級約束和設(shè)備級約束。系統(tǒng)級約束針對的是整個系統(tǒng)的性能要求,設(shè)備級約束針對的是某個設(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是一個機(jī)制,誰去用?可以用戶App制定的策略、溫控策略、系統(tǒng)suspend時需要等。

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CPU資源,但還沒有納入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)核在初始的時候,會創(chuàng)建虛擬總線cpu_subsys,每個cpu調(diào)用register_cpu注冊時,都會將cpu設(shè)備掛在這個總線下。cpu的拔插是通過操作文件節(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)啟動后,關(guān)閉任意一個secondary cpu(在ARM架構(gòu)中,CPU0為boot cpu,不能被關(guān)閉),并在需要時重新打開它。

當(dāng)操作/sys/devices/system/cpu/cpu1/online文件的時候,會執(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sysfs的知識點(diǎn),就是DEVICE_ATTR_RW(online);聲明了這個宏,就可以在文件系統(tǒng)里面為這個設(shè)備熟悉添加一個文件,當(dāng)向這個文件寫入字符串的時候就會調(diào)用拼接出來的online_store()函數(shù),讀這個文件的時候就會調(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:

d5e20ede-68d4-11ee-939d-92fbcf53809c.png

cpu up流程:

d5f98a1e-68d4-11ee-939d-92fbcf53809c.png

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-1關(guān)機(jī)重啟詳解中介紹的PSCI協(xié)議部分,這里會發(fā)送smc指令到ATF。在ATF中同理,會處理這些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,圖片用Midjourney生成,感覺效果還可以,之前每篇文章的排版很費(fèi)時間。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,提高效率才能多寫一些文章進(jìn)行更新。

審核編輯:湯梓紅

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報投訴
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原文標(biāo)題:電源管理入門-3 CPU熱插拔hotplug

文章出處:【微信號:OS與AUTOSAR研究,微信公眾號:OS與AUTOSAR研究】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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