Linux電源管理(2)_Generic PM之基本概念和軟件架構(蝸窩科技，www.wowotech.net)

 

1. 前言

這裏的Generic PM，是蝸蝸本身起的名字，指Linux系統中那些常規的電源管理手段，包括關機（Power off）、待機（Standby or Hibernate）、重啓（Reboot）等。這些手段是在嵌入式Linux普及以前的PC或者服務器時代使用的。在那個計算機科學的蠻荒時代，人類在 摩爾定律的刺激下，孜孜追求的是計算機的計算能力、處理性能，所以並不特別關心Power消耗。

在這種背景下發展出來的Linux電源管理機制，都是粗放的、靜態的、被動的，具體請參考下面的介紹。

2. Generic PM在Linux操做系統中的表現形式

Linux操做系統中，和Generic PM有關的操做以下面圖片：

該圖片截取自蝸蝸使用的「Linux ubuntu 2.6.32-38」系統，共有3部分組成：

第1部分是系統關機、重啓等操做的界面，共包含Hibernate、Restart、Shutdown三個操做選項；

二、3部分是「電源管理屬性」設置，所謂的電源管理屬性，能夠配置系統在不一樣供電模式下（如AC Power、Battery等，因爲蝸蝸的機器是PC機，所以就沒有電池供電的選項），處於Inactive狀態多久後，系統關閉Display，或者進入Sleep狀態。

本文將會圍繞上面提到的各個名詞，講述它們的意義、在內核中的實現方式。開始以前，先解釋一下這些詞彙的意義。

Shutdown，很好理解，就是關機的意思。同時意味着再也不使用計算機。

Restart，也很好理解，就是重啓系統的意思。重啓的過程，再也不使用計算機。

Hibernate，可翻譯爲冬眠。

聽到「冬眠」這個詞，您是否眼前一亮？蝸蝸在「Linux電源管理(1)_總體架構」中解釋電源管理的概念的時候，提到過，動物冬眠就是大天然所設計的電源管理方式的一種。在動物界，冬眠是指動物們（一般針對溫血動物）經過下降體溫的方式而進入的相似昏睡的生理狀態，在這種狀態下，須要消耗的能量較少，從而能夠達到省電（能量）的目的。

而在計算機界，設計師們也借用了「冬眠」的概念，在不須要使用計算機時，將它當前的全部現場（執行的程序、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丟失的存儲器中（如硬盤中），而後將計算機關閉。從新開啓後，系統會從存儲器中將關閉前的現場讀取出來並恢復，此時從使用者的角度看，計算機就像沒有關閉過同樣。

若是把計算機界的「冬眠」搬到動物界，會是這樣的場景：一隻恐龍，邁着八字步，吃着香蕉，晃晃悠悠的走在樹林中。而後，無聊的孫猴子來了，喊了一聲 「定！」，恐龍就定在那裏了。再而後，一萬年過去了，無聊的孫猴子又來了，喊了一聲「動！」，恐龍繼續邁着八字步，吃着香蕉，就像什麼事情都沒有發生一 樣。

Sleep，睡眠。這個詞也是從生物界學來的。想象一下「睡眠」和「冬眠」的區別？「睡眠」睡的輕，隨時均可以醒來。在計算機中，Hibernate須要 把現場保存到斷電不丟失的存儲器中，並在醒來的時候讀回來，這些可能須要較長的時間（由於斷電不丟失存儲器的訪問速度都比較慢）。若是想快點，就把現場保 存在內存中就能夠了，這就是Sleep。不過這是要付出代價的，內存要保持供電，這就要消耗能量，魚與熊掌不可兼得啊！

Auto Sleep，查看上面圖片第3個部分，能夠設置系統「處於Inactive狀態多久後，自動進入Sleep狀態」。好比我正在寫這篇文章，而後被老婆喊去跪搓衣板了，一跪兩個小時。這兩個小時內，計算機再也不被使用，若是不進入Sleep狀態，將會消耗不少能量。爲了不這無謂的消耗，可讓系統在符合條件時（如20分鐘不使用），自動睡下去。

Auto put display to Sleep，原理相似，只是操做的對象是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彙時，一直在用紅色字體強調「計算機再也不使用」。這就是Generic PM和Runtime PM的本質區別，即，在使用者的主觀意願上，是否須要暫停使用計算機（哪怕短短的一段時間）。

這也是Generic PM在傳統的計算機操做系統中被普遍使用的緣由，由於那個時候對計算機的使用大可能是主動方式。而對當前的移動互聯來講，就很是不合時宜了，由於人們須要移 動設備實時在線、實時接收被動事件（如來電），也就不可能主觀地暫停使用（哪怕短短的一段時間）。這種最終需求的差別，會致使在軟件設計上有很大的差異， 正由於如此，Runtime PM的出現和儘快成熟，才顯得格外重要。

3. Generic PM的軟件架構

在介紹完Generic PM的基本概念後，咱們來看一下它在Linux內核中的總體實現，並抽象出簡單的軟件架構，以便再後續的文章中，對Generic PM的主要組成部分進行更爲細緻的分析。具體以下：

根據上面的描述可知，Generic PM主要處理關機、重啓、冬眠（Hibernate）、睡眠（Sleep，在Kernel中也稱做Suspend）。在內核中，大體能夠分爲三個軟件層次：

API Layer，用於向用戶空間提供接口，其中關機和重啓的接口形式是系統調用（在新的內核中，關機接口還有一種新方式，具體講到的時候再說），Hibernate和Suspend的接口形式是sysfs。

PM Core，位於kernel/power/目錄下，主要處理和硬件無關的核心邏輯。

PM Driver，分爲兩個部分，一是體系結構無關的Driver，提供Driver框架（Framework）。另外一部分是具體的體系結構相關的Driver，這也是電源管理驅動開發須要涉及到的內容（圖中紅色邊框的模塊）。

另外，電源管理是一個系統級的模塊，於是會涉及到設備模型、進程管理等等方方面面的內容，咱們能夠在後續具體的分析過程當中，細細品味。