Linux 2.6 內(nèi)核中的最新電源管理技術(shù)綜述

如圖 1 所示，cpufreq 在設(shè)計(jì)上主要分為以下三個(gè)模塊：

Cpufreq模塊(cpufreqmodule)對(duì)如何在底層控制各種不同CPU所支持的變頻技術(shù)以及如何在上層根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載動(dòng)態(tài)選擇合適的運(yùn)行頻率進(jìn)行了封裝和抽象，并在二者之間定義了清晰的接口，從而在設(shè)計(jì)上完成了前文所提到的對(duì)mechanism與policy的分離。
在cpufreq模塊的底層，各個(gè)CPU生產(chǎn)廠商只需根據(jù)其變頻技術(shù)的硬件實(shí)現(xiàn)和使用方法提供與其CPU相關(guān)的變頻驅(qū)動(dòng)程序(CPU-specificdrivers)，例如Intel需要提供支持EnhancedSpeedStep技術(shù)的CPU驅(qū)動(dòng)程序，而AMD則需要提供支持PowerNow!技術(shù)的CPU驅(qū)動(dòng)程序。
在cpufreq模塊的上層，governor作為選擇合適的目標(biāo)運(yùn)行頻率的決策者，根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻選擇出CPU適合的運(yùn)行頻率，并通過(guò)cpufreq模塊定義的接口操作底層與CPU相關(guān)的變頻驅(qū)動(dòng)程序，將CPU設(shè)置運(yùn)行在選定的運(yùn)行頻率上。目前最新的Linux內(nèi)核中提供了performance、powersave、userspace、conservative和ondemand五種governors供用戶(hù)選擇使用，它們?cè)谶x擇CPU合適的運(yùn)行頻率時(shí)使用的是各自不同的標(biāo)準(zhǔn)并分別適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。用戶(hù)在同一時(shí)間只能選擇其中一個(gè)governor使用，但是可以在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)應(yīng)用需求的變化而切換使用另一個(gè)governor。
這種設(shè)計(jì)帶來(lái)的好處是使得governor和CPU相關(guān)的變頻驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)可以相互獨(dú)立進(jìn)行，并在最大限度上實(shí)現(xiàn)代碼重用，內(nèi)核開(kāi)發(fā)人員在編寫(xiě)和試驗(yàn)新的governor時(shí)不會(huì)再陷入到某款特定CPU的變頻技術(shù)的硬件實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)中去，而CPU生產(chǎn)廠商在向Linux內(nèi)核中添加支持其特定的CPU變頻技術(shù)的代碼時(shí)只需提供一個(gè)相對(duì)來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)單了很多的驅(qū)動(dòng)程序，而不必考慮在各種不同的應(yīng)用場(chǎng)景中如何選擇合適的運(yùn)行頻率這些復(fù)雜的問(wèn)題。

內(nèi)核中的cpufreq子系統(tǒng)通過(guò)sysfs文件系統(tǒng)向上層應(yīng)用提供了用戶(hù)接口，對(duì)于系統(tǒng)中的每一個(gè)CPU而言，其cpufreq的sysfs用戶(hù)接口位于/sys/devices/system/cpu/cpuX/cpufreq/目錄下，其中X代表processorid，與/proc/cpuinfo中的信息相對(duì)應(yīng)。以cpu0為例，用戶(hù)一般會(huì)在該目錄下觀察到以下文件：

$ls-F/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/
affected_cpus
cpuinfo_cur_freq
cpuinfo_max_freq

cpuinfo_min_freq
ondemand/
scaling_available_frequencies
scaling_available_governors
scaling_cur_freq
scaling_driver
scaling_governor
scaling_max_freq
scaling_min_freq
stats/



這其中的所有可讀文件都可以使用cat命令進(jìn)行讀操作，另外所有可寫(xiě)文件都可以使用echo命令進(jìn)行寫(xiě)操作。其中cpuinfo_max_freq和cpuinfo_min_freq分別給出了CPU硬件所支持的最高運(yùn)行頻率及最低運(yùn)行頻率，cpuinfo_cur_freq則會(huì)從CPU硬件寄存器中讀取CPU當(dāng)前所處的運(yùn)行頻率。雖然CPU硬件支持多種不同的運(yùn)行頻率，但是在有些場(chǎng)合下用戶(hù)可以只選擇使用其中的一個(gè)子集，這種控制是通過(guò)scaling_max_freq和scaling_min_freq進(jìn)行的。Governor在選擇合適的運(yùn)行頻率時(shí)只會(huì)在scaling_max_freq和scaling_min_freq所確定的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行選擇，這也就是scaling_available_frequencies所顯示的內(nèi)容。與cpuinfo_cur_freq不同，scaling_cur_freq返回的是cpufreq模塊緩存的CPU當(dāng)前運(yùn)行頻率，而不會(huì)對(duì)CPU硬件寄存器進(jìn)行檢查。scaling_available_governors會(huì)告訴用戶(hù)當(dāng)前有哪些governors可供用戶(hù)使用，而scaling_driver則會(huì)顯示該CPU所使用的變頻驅(qū)動(dòng)程序。Stats目錄下給出了對(duì)CPU各種運(yùn)行頻率的使用統(tǒng)計(jì)情況，例如CPU在各種頻率下的運(yùn)行時(shí)間以及在各種頻率之間的變頻次數(shù)。Ondemand目錄則與ondemandgovernor相關(guān)，在后文會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的介紹。

通過(guò)以上的介紹，大家對(duì)如何使用cpufreq通過(guò)sysfs提供的用戶(hù)接口已經(jīng)有了大致的了解，但是對(duì)于絕大部分用戶(hù)而言，逐一操作這些文件既費(fèi)力又耗時(shí)。因此Dominik等人開(kāi)發(fā)了cpufrequtils工具包[2]，為用戶(hù)提供了更加簡(jiǎn)便的對(duì)內(nèi)核cpufreq子系統(tǒng)的操作接口。通過(guò)cpufreq-info的輸出，讀者可以很清楚的看到剛剛在上面介紹過(guò)的/sys/devices/system/cpu/cpuX/cpufreq/目錄下各個(gè)文件的內(nèi)容。

$cpufreq-info
cpufrequtils002:cpufreq-info(C)DominikBrodowski2004-2006
Reporterrorsandbugstolinux@brodo.de,please.
analyzingCPU0:
driver:acpi-cpufreq
CPUswhichneedtoswitchfrequencyatthesametime:01
hardwarelimits:1000MHz-1.67GHz
availablefrequencysteps:1.67GHz,1.33GHz,1000MHz
availablecpufreqgovernors:userspace,conservative,ondemand,powersave,performance
currentpolicy:frequencyshouldbewithin1000MHzand1.67GHz.
Thegovernor"ondemand"maydecidewhichspeedtouse
withinthisrange.
currentCPUfrequencyis1000MHz.
analyzingCPU1:
driver:acpi-cpufreq
CPUswhichneedtoswitchfrequencyatthesametime:01
hardwarelimits:1000MHz-1.67GHz
availablefrequencysteps:1.67GHz,1.33GHz,1000MHz
availablecpufreqgovernors:userspace,conservative,ondemand,powersave,performance
currentpolicy:frequencyshouldbewithin1000MHzand1.67GHz.
Thegovernor"ondemand"maydecidewhichspeedtouse
withinthisrange.
currentCPUfrequencyis1000MHz.


Ondemandgovernor的由來(lái)及其實(shí)現(xiàn)

剛剛我們?cè)赾pufreq-info的輸出中可以看到cpufreq子系統(tǒng)一共提供了五種governors供用戶(hù)選擇使用，它們分別是userspace，conservative，ondemand，powersave和performance。在最新的內(nèi)核中如果用戶(hù)不進(jìn)行額外設(shè)置的話，ondemand會(huì)被作為默認(rèn)的governor使用。為了理解是什么原因造成了這種現(xiàn)狀，我們?cè)谶@里帶領(lǐng)讀者回顧一下cpufreq子系統(tǒng)中的governor在內(nèi)核中的開(kāi)發(fā)歷史。

Cpufreq作為一個(gè)子系統(tǒng)最早被加入到Linux內(nèi)核中時(shí)只配備了三個(gè)governors，分別是performance、powersave和userspace。當(dāng)用戶(hù)選擇使用performancegovernor時(shí)，CPU會(huì)固定工作在其支持的最高運(yùn)行頻率上；當(dāng)用戶(hù)選擇使用powersavegovernor時(shí)，CPU會(huì)固定工作在其支持的最低運(yùn)行頻率上。因此這兩種governors都屬于靜態(tài)governor，即在使用它們時(shí)CPU的運(yùn)行頻率不會(huì)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)負(fù)載的變化動(dòng)態(tài)作出調(diào)整。這兩種governors對(duì)應(yīng)的是兩種極端的應(yīng)用場(chǎng)景，使用performancegovernor體現(xiàn)的是對(duì)系統(tǒng)高性能的最大追求，而使用powersavegovernor則是對(duì)系統(tǒng)低功耗的最大追求。雖然這兩種應(yīng)用需求確實(shí)存在，但大多數(shù)用戶(hù)在大部分時(shí)間里需要的是更加靈活的變頻策略。最早的cpufreq子系統(tǒng)通過(guò)userspacegovernor為用戶(hù)提供了這種靈活性。正如它的名字一樣，使用userspacegovernor時(shí)，系統(tǒng)將變頻策略的決策權(quán)交給了用戶(hù)態(tài)應(yīng)用程序，并提供了相應(yīng)的接口供用戶(hù)態(tài)應(yīng)用程序調(diào)節(jié)CPU運(yùn)行頻率使用。通過(guò)使用cpufrequtils工具包中的cpufreq-set將userspace設(shè)置為cpufreq子系統(tǒng)所使用的governor后，我們可以看到與之前相比在/sys/devices/system/cpu/cpuX/cpufreq/目錄下多出了一個(gè)名為scaling_setspeed的文件，這正是userspacegovernor所提供的特殊用戶(hù)接口。用戶(hù)可以通過(guò)向該文件寫(xiě)入任何一個(gè)scaling_available_frequencies中所支持的運(yùn)行頻率，從而將CPU設(shè)置在該頻率下運(yùn)行。

#cpufreq-set-guserspace
#catcpuinfo_cur_freq
1000000
#catscaling_available_frequencies
166700013330001000000
#echo1333000>scaling_setspeed
#catcpuinfo_cur_freq
1333000



剛剛提到在使用userspacegovernor時(shí)，系統(tǒng)將變頻策略的決策權(quán)交給了用戶(hù)態(tài)應(yīng)用程序。該用戶(hù)態(tài)應(yīng)用程序一般是一個(gè)daemon程序，每隔一定的時(shí)間間隔收集一次系統(tǒng)信息并根據(jù)系統(tǒng)的負(fù)載情況使用userspacegovernor提供的scaling_setspeed接口動(dòng)態(tài)調(diào)整CPU的運(yùn)行頻率。作為這個(gè)daemon程序，當(dāng)時(shí)在幾個(gè)主要的Linux發(fā)行版中使用的一般是powersaved或者cpuspeed。這兩個(gè)daemon程序一般每隔幾秒鐘統(tǒng)計(jì)一次CPU在這個(gè)采樣周期內(nèi)的負(fù)載情況，并根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果調(diào)整CPU的運(yùn)行頻率。這種userspacegovernor加用戶(hù)態(tài)daemon程序的變頻方法雖然為用戶(hù)提供了一定的靈活性，但通過(guò)開(kāi)源社區(qū)的廣泛使用所得到的意見(jiàn)反饋逐漸暴露了這種方法的兩個(gè)嚴(yán)重缺陷。第一個(gè)是性能方面的問(wèn)題。例如powersaved每隔五秒鐘進(jìn)行一次系統(tǒng)負(fù)載情況的采樣分析的話，我們可以分析一下在下面給出的應(yīng)用場(chǎng)景中的用戶(hù)體驗(yàn)。假設(shè)powersaved的采樣分析剛剛結(jié)束，而且由于在剛剛結(jié)束的采樣周期內(nèi)系統(tǒng)負(fù)載很低，CPU被設(shè)置在最低頻率上運(yùn)行。這時(shí)用戶(hù)如果打開(kāi)Firefox®等對(duì)CPU運(yùn)算能力要求相當(dāng)高的程序的話，powersaved要在下一個(gè)采樣點(diǎn)――大約五秒鐘之后才有機(jī)會(huì)觀察到這種提高CPU運(yùn)行頻率的需求。也就是說(shuō)，在Firefox啟動(dòng)之初的五秒鐘內(nèi)CPU的計(jì)算能力并沒(méi)有被充分發(fā)揮出來(lái)，這無(wú)疑會(huì)使用戶(hù)體驗(yàn)大打折扣。第二個(gè)是系統(tǒng)負(fù)載情況的采樣分析的準(zhǔn)確性問(wèn)題。將監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)載情況并對(duì)未來(lái)CPU的性能需求做出判斷的任務(wù)交給一個(gè)用戶(hù)態(tài)程序完成實(shí)際上并不合理，一方面是由于一個(gè)用戶(hù)態(tài)程序很難完整的收集到所有需要的信息，因?yàn)檫@些信息大部分都保存在內(nèi)核空間；另一方面一個(gè)用戶(hù)態(tài)程序如果想要收集這些系統(tǒng)信息，必然需要進(jìn)行用戶(hù)態(tài)與內(nèi)核態(tài)之間的數(shù)據(jù)交互，而頻繁的用戶(hù)態(tài)與內(nèi)核態(tài)之間的數(shù)據(jù)交互又會(huì)給系統(tǒng)性能帶來(lái)負(fù)面影響。

那么這兩個(gè)問(wèn)題有沒(méi)有解決的方法呢？應(yīng)該講社區(qū)中的開(kāi)發(fā)人員就第二個(gè)問(wèn)題比較容易達(dá)成一致，既然在用戶(hù)態(tài)對(duì)系統(tǒng)的負(fù)載情況進(jìn)行采集和分析存在這樣那樣的問(wèn)題，那么更加合理的做法就是應(yīng)該將這部分工作交由內(nèi)核負(fù)責(zé)。但是第一個(gè)問(wèn)題呢？第一個(gè)問(wèn)題最直觀的解決方案就是降低對(duì)系統(tǒng)負(fù)載進(jìn)行采樣分析的時(shí)間間隔，這樣powersaved就能盡早的對(duì)系統(tǒng)負(fù)載的變化做出及時(shí)的響應(yīng)。然而這種簡(jiǎn)單的降低采樣分析的時(shí)間間隔的方案同樣存在著兩方面的問(wèn)題，一方面這意味著更加頻繁的用戶(hù)態(tài)與內(nèi)核態(tài)之間的數(shù)據(jù)交互，因此必然也就意味著對(duì)系統(tǒng)性能帶來(lái)更大的負(fù)面影響；另一方面的主要原因在于當(dāng)時(shí)各個(gè)CPU生產(chǎn)廠家的變頻技術(shù)在硬件上仍不完善，具體體現(xiàn)就是在對(duì)CPU進(jìn)行變頻設(shè)置時(shí)所需的操作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，例如Intel早期的Speedstep技術(shù)在對(duì)CPU進(jìn)行變頻設(shè)置時(shí)需要耗時(shí)250微秒，在此過(guò)程中CPU無(wú)法正常執(zhí)行指令。讀者如果簡(jiǎn)單的計(jì)算一下不難發(fā)現(xiàn)，即使對(duì)于一個(gè)主頻為1GHz的CPU而言，250微秒也意味著250,000個(gè)時(shí)鐘周期，在這期間CPU完全可以執(zhí)行完上萬(wàn)條指令。因此從這個(gè)角度而言，簡(jiǎn)單的降低采樣分析的時(shí)間間隔對(duì)系統(tǒng)性能帶來(lái)的負(fù)面影響更加嚴(yán)重。幸運(yùn)的是隨著硬件技術(shù)的不斷完善和改進(jìn)，對(duì)CPU進(jìn)行變頻設(shè)置所需的操作時(shí)間已經(jīng)顯著降低，例如Intel最新的EnhancedSpeedstep技術(shù)在對(duì)CPU進(jìn)行變頻設(shè)置時(shí)耗時(shí)已降至10微秒，下降了不止一個(gè)數(shù)量級(jí)。正是這種CPU硬件技術(shù)的發(fā)展為內(nèi)核開(kāi)發(fā)人員解決這些早期的遺留問(wèn)題提供了契機(jī)，Venkatesh等人提出并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)新的名為ondemand的governor，它正是人們長(zhǎng)期以來(lái)希望看到的一個(gè)完全在內(nèi)核態(tài)下工作并且能夠以更加細(xì)粒度的時(shí)間間隔對(duì)系統(tǒng)負(fù)載情況進(jìn)行采樣分析的governor。在介紹ondemandgovernor的具體實(shí)現(xiàn)之前，我們先來(lái)看一下如何使用ondemandgovernor及其向用戶(hù)提供了哪些操作接口。通過(guò)cpufreq-set將ondemand設(shè)置為當(dāng)前所使用的governor之后，在/sys/devices/system/cpu/cpuX/cpufreq目錄下會(huì)出現(xiàn)一個(gè)名為ondemand的子目錄

$sudocpufreq-set-gondemand
$ls/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/ondemand/
ignore_nice_load
powersave_bias
sampling_rate
sampling_rate_max
sampling_rate_min
up_threshold
$sudocatsampling_rate_minsampling_ratesampling_rate_max
40000
80000
40000000
$sudocatup_threshold
30



在這個(gè)子目錄下名字以sampling打頭的三個(gè)文件分別給出了ondemandgovernor允許使用的最短采樣間隔，當(dāng)前使用的采樣間隔以及允許使用的最長(zhǎng)采樣間隔，三者均以微秒為單位。以筆者的電腦為例，ondemandgovernor每隔80毫秒進(jìn)行一次采樣。另外比較重要的一個(gè)文件是up_threshold，它表明了系統(tǒng)負(fù)載超過(guò)什么百分比時(shí)ondemandgovernor會(huì)自動(dòng)提高CPU的運(yùn)行頻率。以筆者的電腦為例，這個(gè)數(shù)值為30%。那么這個(gè)表明系統(tǒng)負(fù)載的百分比數(shù)值是如何得到的呢？在支持Intel最新的EnhancedSpeedstep技術(shù)的CPU中，在處理器硬件中直接提供了兩個(gè)MSR寄存器（ModelSpecificRegister）供ondemandgovernor采樣分析系統(tǒng)負(fù)載情況使用。這兩個(gè)MSR寄存器的名字分別為IA32_MPERF和IA32_APERF[5]，其中IA32_MPERFMSR中的MPERF代表MaximumPerformance，IA32_APERFMSR中的APERF代表ActualPerformance。就像這兩個(gè)MSR的名字一樣，IA32_MPERFMSR寄存器是一個(gè)當(dāng)CPU處在ACPIC0狀態(tài)下時(shí)按照CPU硬件支持的最高運(yùn)行頻率每隔一個(gè)時(shí)鐘周期加一的計(jì)數(shù)器；IA32_APERFMSR寄存器是一個(gè)當(dāng)CPU處在ACPIC0狀態(tài)下時(shí)按照CPU硬件當(dāng)前的實(shí)際運(yùn)行頻率每隔一個(gè)時(shí)鐘周期加一的計(jì)數(shù)器。有了這兩個(gè)寄存器的存在，再考慮上CPU處于ACPIC0和處于ACPIC1、C2、C3三種狀態(tài)下的時(shí)間比例，也就是CPU處于工作狀態(tài)和休眠狀態(tài)的時(shí)間比例，ondemandgovernor就可以準(zhǔn)確的計(jì)算出CPU的負(fù)載情況了。

得到了CPU的負(fù)載情況，接下來(lái)的問(wèn)題就是如何選擇CPU合適的運(yùn)行頻率了。剛剛在前面提到，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載超過(guò)up_threshold所設(shè)定的百分比時(shí)，ondemandgovernor將會(huì)自動(dòng)提高CPU的運(yùn)行頻率，但是具體提高到哪個(gè)頻率上運(yùn)行呢？在ondemandgovernor監(jiān)測(cè)到系統(tǒng)負(fù)載超過(guò)up_threshold所設(shè)定的百分比時(shí)，說(shuō)明用戶(hù)當(dāng)前需要CPU提供更強(qiáng)大的處理能力，因此ondemandgovernor會(huì)將CPU設(shè)置在最高頻率上運(yùn)行，這一點(diǎn)社區(qū)中的開(kāi)發(fā)人員和廣大用戶(hù)都沒(méi)有任何異議。但是當(dāng)ondemandgovernor監(jiān)測(cè)到系統(tǒng)負(fù)載下降，可以降低CPU的運(yùn)行頻率時(shí)，到底應(yīng)該降低到哪個(gè)頻率呢？ondemandgovernor的最初實(shí)現(xiàn)是在可選的頻率范圍內(nèi)調(diào)低至下一個(gè)可用頻率，例如筆者使用的CPU支持三個(gè)可選頻率，分別為1.67GHz、1.33GHz和1GHz，如果CPU運(yùn)行在1.67GHz時(shí)ondemandgovernor發(fā)現(xiàn)可以降低運(yùn)行頻率，那么1.33GHz將被選作降頻的目標(biāo)頻率。這種降頻策略的主導(dǎo)思想是盡量減小對(duì)系統(tǒng)性能的負(fù)面影響，從而不會(huì)使得系統(tǒng)性能在短時(shí)間內(nèi)迅速降低以影響用戶(hù)體驗(yàn)。但是在ondemandgovernor的這種最初實(shí)現(xiàn)版本在社區(qū)發(fā)布后，大量用戶(hù)的使用結(jié)果表明這種擔(dān)心實(shí)際上是多余的，ondemandgovernor在降頻時(shí)對(duì)于目標(biāo)頻率的選擇完全可以更加激進(jìn)。因此最新的ondemandgovernor在降頻時(shí)會(huì)在所有可選頻率中一次性選擇出可以保證CPU工作在80%以上負(fù)荷的頻率，當(dāng)然如果沒(méi)有任何一個(gè)可選頻率滿(mǎn)足要求的話則會(huì)選擇CPU支持的最低運(yùn)行頻率。大量用戶(hù)的測(cè)試結(jié)果表明這種新的算法可以在不影響系統(tǒng)性能的前提下做到更高效的節(jié)能。在算法改進(jìn)后，ondemandgovernor的名字并沒(méi)有改變，而ondemandgovernor最初的實(shí)現(xiàn)也保存了下來(lái)，并且由于其算法的保守性而得名conservative。


支持IntelEnhancedSpeedstep技術(shù)的CPU驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)

前文在討論cpufreq的軟件結(jié)構(gòu)時(shí)已經(jīng)指出，cpufreq從設(shè)計(jì)上將CPU變頻的policy與mechanism分離開(kāi)來(lái)并由上層的governor負(fù)責(zé)決定CPU合適的工作頻率。但是在governor根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載的變化決定調(diào)整CPU的運(yùn)行頻率時(shí)，最終還是需要底層與CPU相關(guān)的特定驅(qū)動(dòng)程序完成設(shè)置CPU運(yùn)行頻率的任務(wù)。這里向讀者介紹一下支持Intel最新的EnhancedSpeedstep技術(shù)的CPU驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)原理，關(guān)注的重點(diǎn)是如何對(duì)CPU進(jìn)行變頻設(shè)置。實(shí)際上支持IntelEnhancedSpeedstep技術(shù)的處理器為用戶(hù)提供了非常簡(jiǎn)單的編程接口，對(duì)CPU運(yùn)行頻率進(jìn)行設(shè)置是通過(guò)一個(gè)名為IA32_PERF_CTL的MSR寄存器進(jìn)行的，另外還有一個(gè)名為IA32_PERF_STATUS的MSR寄存器可供檢查CPU當(dāng)前所處的運(yùn)行頻率。當(dāng)用戶(hù)需要對(duì)CPU運(yùn)行頻率進(jìn)行設(shè)置時(shí)只需按照Intel開(kāi)發(fā)手冊(cè)的說(shuō)明向IA32_PERF_CTLMSR寄存器中寫(xiě)入規(guī)定的數(shù)值即可。

總結(jié)及未來(lái)的發(fā)展方向

本文為讀者介紹了變頻技術(shù)在CPU硬件上的出現(xiàn)以及Linux內(nèi)核中最初的實(shí)現(xiàn)存在的各種問(wèn)題，并由此導(dǎo)致了cpufreq這一新的內(nèi)核子系統(tǒng)的誕生。雖然早期的cpufreq模塊所提供的三種governors能夠在一定程度下滿(mǎn)足用戶(hù)的需要并且提供了一定的靈活性，但是由于受到當(dāng)時(shí)CPU硬件技術(shù)水平的限制，仍然有很多不盡如人意的地方。之后隨著CPU變頻硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是IntelEnhancedSpeedstep技術(shù)的出現(xiàn)，原有的技術(shù)障礙被打破，隨之而來(lái)的是cpufreq內(nèi)核子系統(tǒng)有了一個(gè)全新的更加完善而高效的ondemandgovernor。

由此不難看出，內(nèi)核中的cpufreq子系統(tǒng)是由于CPU硬件變頻技術(shù)的出現(xiàn)而出現(xiàn)，同時(shí)也在隨著CPU硬件變頻技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。這其實(shí)也預(yù)示著內(nèi)核中cpufreq子系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展方向，即繼續(xù)跟隨CPU硬件變頻技術(shù)的發(fā)展腳步與時(shí)俱進(jìn)。在本文的最后簡(jiǎn)單為讀者介紹一下在Intel最新的CPU中針對(duì)硬件變頻支持的一項(xiàng)新技術(shù)。前文提到在支持Intel最新的EnhancedSpeedstep技術(shù)的CPU中提供了名字分別為IA32_MPERF和IA32_APERF的兩個(gè)MSR寄存器，以便為cpufreq模塊所使用的governor動(dòng)態(tài)收集系統(tǒng)的負(fù)載情況提供直接的硬件支持。其中IA32_APERFMSR寄存器當(dāng)CPU處在ACPIC0狀態(tài)下時(shí)按照CPU硬件當(dāng)前的實(shí)際運(yùn)行頻率每隔一個(gè)時(shí)鐘周期加一。Intel最新的處理器中進(jìn)一步考慮了CPU在運(yùn)行過(guò)程中由于訪問(wèn)內(nèi)存或IO等原因可能會(huì)出現(xiàn)流水線停擺的狀況時(shí)，IA32_APERF以前這種簡(jiǎn)單的按照CPU當(dāng)前實(shí)際運(yùn)行頻率每隔一個(gè)時(shí)鐘周期加一的做法并不能完全準(zhǔn)確的反映CPU的負(fù)載情況。在Intel最新的處理器中如果出現(xiàn)流水線停擺的情況，IA32_APERF將暫時(shí)停止累加，而是在對(duì)用戶(hù)真正“有用”的時(shí)間周期才會(huì)遞增，這樣CPU硬件就可以為cpufreq模塊所使用的governor提供比以前更加準(zhǔn)確的系統(tǒng)負(fù)載統(tǒng)計(jì)信息。