減少Linux耗電:一般設置和與調控器相關的設置
CPUfreq 的一般設置
我們先來介紹 Linux CPUfreq 子系統的使用設置并提供一些接口選項，看看使用它是多么容易。先討論一些一般設置：
/sys 接口
cpuspeed 設置文件
cpufreq-utils
使用 /sys 接口
/sys 文件系統為 CPUfreq 提供用戶接口，起點是 /sys/devices/system/cpu/。其中一些文件是可寫的（由根用戶寫），其他文件是只讀的。
首先，看看 /sys/devices/system/cpu/。在這里會找到每個邏輯 CPU 的目錄和 sched_mc_power_savings 可調項，如果在系統上可用的話，還會找到 sched_smt_power_savings 可調項（稍后討論）。
清單 1. 檢查 /sys/devices/system/cpu/ 的內容
[root@systemx ~]# cd /sys/devices/system/cpu/
[root@systemx cpu]# ls
cpu0 cpu1 cpu2 cpu3 cpu4 cpu5 cpu6 cpu7 sched_mc_power_savings
在每個處理器的目錄內是一個 cpufreq 目錄，它包含 CPUfreq 接口：
清單 2. 檢查 cpufreq 目錄
[root@systemx cpu]# cd cpu0/cpufreq/
[root@systemx cpufreq]# ls -l
total 0
-r--r--r-- 1 root root 4096 Oct 31 14:53 affected_cpus
-r-------- 1 root root 4096 Oct 31 14:53 cpuinfo_cur_freq
-r--r--r-- 1 root root 4096 Oct 31 14:53 cpuinfo_max_freq
-r--r--r-- 1 root root 4096 Oct 31 14:53 cpuinfo_min_freq
-r--r--r-- 1 root root 4096 Oct 31 14:53 scaling_available_frequencies
-r--r--r-- 1 root root 4096 Oct 31 14:53 scaling_available_governors
-r--r--r-- 1 root root 4096 Oct 31 14:53 scaling_cur_freq
-r--r--r-- 1 root root 4096 Oct 31 14:53 scaling_driver
-rw-r--r-- 1 root root 0 Nov 5 11:44 scaling_governor
-rw-r--r-- 1 root root 4096 Oct 31 14:53 scaling_max_freq
-rw-r--r-- 1 root root 4096 Oct 31 14:53 scaling_min_freq
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如果調控器設置為 conservative 或 ondemand，還會在這里看到與調控器同名的目錄。我們稍后討論如何改變調控器。
對于每個調控器，都可以使用這些文件。我們將討論每個設置的意義以及如何修改它們；然后討論這個接口之外與調控器相關的一些設置。注意，對于每個處理器，cpufreq 目錄下的設置可以不一樣，因此要想跨處理器應用一致的策略，就必須按照后面的說明修改每個處理器的設置值。
首先，affected_cpus 顯示修改頻率會影響哪些處理器。由于硬件和/或軟件的關聯，一些處理器的頻率是相互依賴的，必須同時修改頻率。例如，可能會看到這種設置：
清單 3. 檢查修改頻率會影響哪些處理器
[root@systemx ~]# cd /sys/devices/system/cpu
[root@systemx cpu]# grep . cpu*/cpufreq/affected_cpus
cpu0/cpufreq/affected_cpus:0 1
cpu1/cpufreq/affected_cpus:0 1
cpu2/cpufreq/affected_cpus:2 3
cpu3/cpufreq/affected_cpus:2 3
接下來，cpuinfo_cur_freq 顯示處理器當前的運行頻率。scaling_cur_freq 文件列出調控器當前使用的擴展頻率。
清單 4. 檢查頻率
[root@systemx cpufreq]# cat cpuinfo_cur_freq
2997000
[root@systemx cpufreq]# cat scaling_cur_freq
2997000
這個接口中列出的所有頻率都以 KHz 為單位。
下面一些文件提供可用處理器頻率的相關信息。cpuinfo_max_freq 和 cpuinfo_min_freq 文件包含系統可用的***和最小頻率；scaling_available_frequencies 顯示所有可用頻率。
#p#清單 5. 檢查***、最小和可用頻率
[root@systemx cpufreq]# cat cpuinfo_max_freq
2997000
[root@systemx cpufreq]# cat cpuinfo_min_freq
1998000
[root@systemx cpufreq]# cat scaling_available_frequencies
2997000 2664000 2331000 1998000
scaling_available_governors 文件列出可用的所有調控器。如果沒有看到全部五個調控器，要檢查在配置文件中是否啟用了所有調控器并確保按第 1 部分中的說明裝載了調控器的模塊。
清單 6. 檢查可用的調控器
[root@systemx cpufreq]# cat scaling_available_governors
ondemand powersave conservative userspace performance
scaling_driver 文件說明系統正在運行哪個 cpufreq 驅動程序。典型的驅動程序包括 acpi、speedstep-smi、speedstep-centrino、powernor_k8、powernow_k7、longhaul 等。如果希望改變驅動程序，需要先卸載正在使用的驅動程序，然后再裝載另一個驅動程序。另外，在使用之前，一定要檢查驅動程序是否適用于您的處理器。
清單 7. 檢查系統正在運行哪個 cpufreq 驅動程序
[root@systemx cpufreq]# cat scaling_driver
centrino
這個目錄中的其他文件可以由根用戶寫，可以通過它們修改一些 cpufreq 設置。這些文件只包含允許用戶修改的 powersave 和 performance 調控器設置。其他調控器有更多設置可用，我們在下一節中討論。
首先，scaling_governor 文件顯示當前啟用的調控器。要想改變調控器，只需把新調控器的名稱 echo 到這個文件中。注意，要想應用一致的策略，必須對每個處理器這么做。例如：
清單 8. 檢查啟用的調控器并改變調控器
[root@systemx ~]# cd /sys/devices/system/cpu/
[root@systemx cpu]# ls
cpu0 cpu1 cpu2 cpu3 cpu4 cpu5 cpu6 cpu7 sched_mc_power_savings
[root@systemx cpu]# cat cpu0/cpufreq/scaling_governor
performance
[root@systemx cpu]# echo conservative > cpu0/cpufreq/scaling_governor
[root@systemx cpu]# cat cpu0/cpufreq/scaling_governor
conservative
scaling_max_freq 和 scaling_min_freq 文件顯示調控器可用的***和最小頻率。通過把一個可用的頻率 echo 到這些文件中，用戶可以修改調控器可用頻率的范圍。注意，這個頻率必須是 scaling_available_frequencies 中列出的頻率之一，因為這些是系統可用的所有處理器頻率。同樣，必須對每個處理器這么做。例如：
清單 9. 修改調控器可用的頻率
[root@systemx ~]# cd /sys/devices/system/cpu/
[root@systemx cpu]# cat cpu0/cpufreq/scaling_available_frequencies
2997000 2664000 2331000 1998000
[root@systemx cpu]# cat cpu0/cpufreq/scaling_max_freq
2997000
[root@systemx cpu]# cat cpu0/cpufreq/scaling_min_freq
1998000
[root@systemx cpu]# echo 2331000 > cpu0/cpufreq/scaling_min_freq
[root@systemx cpu]# cat cpu0/cpufreq/scaling_min_freq
2331000
使用 cpuspeed 設置文件
除了像前面提到的那樣直接 echo 設置值，用戶還可以使用 cpuspeed 設置文件修改驅動程序、調控器、***速度、最小速度、利用率閾值和 ignore_nice_load 設置。RHEL 5.2 附帶 cpuspeed，但是其他 Linux 發行版可能不包含這個包。如果您的發行版不包含 cpuspeed，可以 下載 carlthompson.net 版本；README 中提供安裝說明。要想使用 cpuspeed 的 RHEL 5.2 版本，只需編輯 /etc/sysconfig/cpuspeed 文件，在文件中設置任何變量值，然后執行以下命令：
/etc/init.d/cpuspeed restart
這個命令會讓新設置生效。請記住，必須裝載相應的調控器模塊，才能開始使用調控器，除非它已經是內置的。
使用 cpufreq-utils
RHEL 5.2 和其他一些發行版還附帶 cpufreq-utils 包，它為 CPUfreq 子系統提供另一個用戶接口。大多數其他發行版應該也包含這個包。在安裝 cpufreq-utils rpm 時，會得到兩個實用程序 cpufreq-info 和 cpufreq-set。
cpufreq-info 實用程序列出處理器的相關信息及其 CPUfreq 設置，比如當前頻率、頻率限制、CPUfreq 驅動程序、當前策略、當前調控器和 affected-cpus 列表。
在啟用 userspace 調控器時，cpufreq-set 實用程序讓用戶可以修改每個處理器的可用頻率范圍、使用的調控器和當前運行頻率。更多信息見 cpufreq-info 和 cpufreq-set 手冊頁。
與調控器相關的設置
現在討論用戶可以在內核調控器中修改的設置。
powersave 和 performance 調控器
這兩個調控器分別把處理器頻率靜態地設置為***和***頻率。用戶只能修改前一節中討論的設置。
userspace 調控器
#p#現在開始討論與調控器相關的設置。如果啟用 userspace 調控器，還會在 cpufreq 目錄中看到 scaling_setspeed 文件，根用戶可以寫這個文件。這個調控器讓用戶或用戶空間中的程序可以交互地修改處理器頻率。用戶可以把所需的頻率 echo 到這個文件中，一些用戶空間守護進程也可以設置這個值。正如對前面討論的文件所做的，必須修改每個處理器的 scaling_setspeed 文件。
許多守護進程使用 userspace 調控器調整處理器頻率；下面是幾個例子：
cpudyn（CPU 動態頻率控制）：這個守護進程根據處理器負載修改基本頻率，還可以在沒有活動時讓磁盤進入備用狀態以節省能源。
cpufreqd：這個守護進程可以對電池電壓、AC 狀態、溫度、正在運行的程序、處理器使用量等做出反應。
cpuspeed：這個守護進程可以根據處理器需求、電源變化、溫度等改變頻率。
powernowd：這個調控器守護進程根據處理器負載改變基本頻率，用戶可以選擇四種行為模式。
ondemand 調控器
如果裝載 ondemand 調控器，會在 cpufreq 目錄中看到 ondemand 目錄。在這個目錄中，有許多可調的設置。對于可由根用戶寫的所有文件，可以通過 echo 新的設置值來修改。注意，對 ondemand 設置的任何修改會應用于整個系統范圍，所以不需要為每個處理器修改設置。
清單 10. 檢查 ondemand 的可調設置
[root@systemx ~]# cd /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/ondemand/
[root@systemx ondemand]# ls -l
total 0
-rw-r--r-- 1 root root 4096 Nov 19 10:30 ignore_nice_load
-rw-r--r-- 1 root root 4096 Nov 19 10:30 powersave_bias
-rw-r--r-- 1 root root 4096 Nov 19 10:30 sampling_rate
-r--r--r-- 1 root root 4096 Nov 19 10:30 sampling_rate_max
-r--r--r-- 1 root root 4096 Nov 19 10:30 sampling_rate_min
-rw-r--r-- 1 root root 4096 Nov 19 10:30 up_threshold
ignore_nice_load 文件可以設置為 0 或 1（0 是默認設置）。當這個參數設置為 1 時，任何具有 “nice” 值的處理器不計入總處理器利用率。在設置為 0 時，所有處理器都計入利用率。如果運行的某個程序需要大量處理器，但是您不關心運行時間，就可以使用這個設置。如果把 “nice” 設置應用于進程，就可以避免它受到頻率調整的影響。
接下來，powersave_bias 文件可以略微改變 ondemand 調控器的行為，它在用戶不太關心性能的情況下把目標頻率降低指定的百分比，從而節省更多電力。這個設置可以設置為 1 到 1000 之間的值，這會使頻率下降百分之 0.1 到***。
sampling_rate（以微秒為單位）決定調控器間隔多長時間檢查處理器利用率，以便決定設置什么頻率。這個設置必須設置為 sampling_rate_min 和 sampling_rate_max 之間的值。
***，up_threshold 設置允許用戶修改***處理器利用率閾值，這個閾值觸發處理器頻率修改。在默認情況下，up_threshold 值為 80。這意味著，內核將按照 sampling_rate 指定的時間間隔檢查處理器利用率，如果超過了百分之 80，調控器會把頻率提高到可用的***頻率。
conservative 調控器
如果裝載 conservative 調控器，會在 cpufreq 目錄中看到 conservative 目錄。在這個目錄中，有許多可調的設置。對于可由根用戶寫的所有文件，可以通過 echo 新的設置值來修改。注意，對 conservative 設置的任何修改會應用于整個系統范圍，所以不需要為每個處理器修改設置。
清單 11. 檢查 conservative 的可調設置
[root@systemx ~]# cd /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/conservative/
[root@systemx conservative]# ls -l
total 0
-rw-r--r-- 1 root root 4096 Nov 19 11:31 down_threshold
-rw-r--r-- 1 root root 4096 Nov 19 11:31 freq_step
-rw-r--r-- 1 root root 4096 Nov 19 11:31 ignore_nice_load
-rw-r--r-- 1 root root 4096 Nov 19 11:31 sampling_down_factor
-rw-r--r-- 1 root root 4096 Nov 19 11:31 sampling_rate
-r--r--r-- 1 root root 4096 Nov 19 11:31 sampling_rate_max
-r--r--r-- 1 root root 4096 Nov 19 11:31 sampling_rate_min
-rw-r--r-- 1 root root 4096 Nov 19 11:31 up_threshold
ignore_nice_load、sampling_rate、sampling_rate_max、sampling_rate_min 和 up_threshold 設置與前面討論的 ondemand 調控器中的設置相同。
conservative 調控器還允許用戶設置 down_threshold。例如，在默認情況下 down_threshold 設置為 20。這意味著，內核將按照 sampling_rate 指定的時間間隔檢查處理器利用率，如果低于百分之 20，調控器會降低頻率。
freq_step 設置修改調控器在調整 CPU 頻率時使用的頻率步長（包括提高和降低兩個方向）。在默認情況下，這個值設置為 5，這意味著，在每次決定調整頻率時，調控器調整頻率的幅度為***或最小頻率的百分之 5。如果把這個值設置為 100，這個調控器的表現會與 ondemand 調控器完全一樣。
***，sampling_down_factor 作為 sampling_rate 的乘數，放寬處理器利用率取樣的時間間隔。例如，如果 sampling_rate 設置為 10,000，而 sampling_down_factor 設置為 2，那么處理器利用率取樣的時間間隔為 20,000 微秒。
調度器可調項
現在，討論兩個調度器可調項 —
sched_mc_power_savings 用于在核上調度進程。
sched_smt_power_savings 用于在核上的超線程上調度進程。
sched_mc_power_savings
sched_mc_power_savings 是 /sys/devices/system/cpu/ 目錄中的調度器可調項。如果要使用這個可調項，不要忘了把 CONFIG_SCHED_MC 配置文件選項設置為 y（見 減少 Linux 耗電，第 1 部分：CPUfreq 子系統 中的設置部分）。
清單 12. 檢查 sched_mc_power_savings 的位置
[root@systemx ~]# cd /sys/devices/system/cpu/
[root@systemx cpu]# ls -l
total 0
drwxr-xr-x 5 root root 0 Nov 12 17:45 cpu0
drwxr-xr-x 5 root root 0 Nov 12 17:45 cpu1
drwxr-xr-x 5 root root 0 Nov 12 17:45 cpu2
drwxr-xr-x 5 root root 0 Nov 12 17:45 cpu3
drwxr-xr-x 5 root root 0 Nov 12 17:45 cpu4
drwxr-xr-x 5 root root 0 Nov 12 17:45 cpu5
drwxr-xr-x 5 root root 0 Nov 12 17:45 cpu6
drwxr-xr-x 5 root root 0 Nov 12 17:45 cpu7
-rwxrwxr-x 1 root root 4096 Nov 19 09:54 sched_mc_power_savings
sched_mc_power_savings 文件可以設置為 0 或 1；0 是默認設置。在設置為 1 時，調度器嘗試在盡可能少的核上調度進程，讓其他核可以空閑。換句話說，如果所有處理器都不太忙，那么 sched_mc_power_savings 嘗試把工作整合在盡可能少的處理器上。然后就可以讓一些處理器空閑，從而進一步節省電力，尤其是在處理器支持 C 狀態等深度睡眠狀態的情況下（在這種狀態下處理器在空閑時只消耗非常少的電力）。實際節省的電力取決于許多因素，包括可用處理器的數量和正在運行哪種 CPUfreq 調控器。當 sched_mc_power_savings 設置為 0 時，不執行特殊的調度。
sched_smt_power_savings
sched_smt_power_savings 可調項也是 /sys/devices/system/cpu/ 目錄中的調度器可調項；但是，這個可調項只適用于支持超線程的系統。如果要使用這個可調項，不要忘了把 CONFIG_SCHED_SMT 配置文件選項設置為 y（見第 1 部分中的設置部分）。
清單 13. 檢查 sched_smt_power_savings 的位置
[root@systemx ~]# cd /sys/devices/system/cpu/
[root@systemx cpu]# ls -l
total 0
drwxr-xr-x 5 root root 0 Nov 12 17:45 cpu0
drwxr-xr-x 5 root root 0 Nov 12 17:45 cpu1
drwxr-xr-x 5 root root 0 Nov 12 17:45 cpu2
drwxr-xr-x 5 root root 0 Nov 12 17:45 cpu3
drwxr-xr-x 5 root root 0 Nov 12 17:45 cpu4
drwxr-xr-x 5 root root 0 Nov 12 17:45 cpu5
drwxr-xr-x 5 root root 0 Nov 12 17:45 cpu6
drwxr-xr-x 5 root root 0 Nov 12 17:45 cpu7
-rwxrwxr-x 1 root root 4096 Nov 19 09:54 sched_mc_power_savings
-rwxrwxr-x 1 root root 4096 Nov 19 09:54 sched_smt_power_savings
與 sched_mc_power_savings 設置相似，sched_smt_power_savings 文件可以設置為 0 或 1；0 是默認設置。在設置為 1 時，調度器嘗試在核上盡可能少的超線程上調度進程，讓其他超線程可以空閑，進而通過空閑 C 狀態節省電力。
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