Suspend流程介绍

随着智能手机的普及，大家对手机续航也越来越重视，而手机处于休眠状态又是手机最省电的一种模式，因此本文简单介绍下android下suspend的流程。

一、用户空间发起suspend流程

我们知道内核提供了文件节点 /sys/power/state 给用户空间，用来设置当前系统要处于的状态（s2idle/s2ram/std）,本文主要介绍s2ram，我们先查看与这个文件相关的进程：

发现是android.system.suspend@1.0-service这个进程在打开这个文件，查看这个进程相关的代码，可以看到autosuspend的流程：

图 1 autosuspend流程

• Sleep 100ms(初始值)。

• 读取/sys/power/wakeup_count的值，读取不到返回第一步；读到的值这里暂以count_r来代替。

• 把count_r写入/sys/power/wakeup_count文件节点，写入成功，则写“mem”到/sys/power/state节点;写入失败，增加sleep时间(maxsleeptime:2min)，转到1。

从上面的流程能看到wakeup_count很重要，读取不到wakeup_count及写入wakeup_count失败，都会导致本次的suspend流程失败。

1、wakeup_count的由来

想想如果没有wakeup_count，这时系统马上就要进入suspend，但一个event已经通知到了用户空间，还没来得及执行后续的动作，那这个event只能等待下个wakeup event唤醒系统才有机会执行了。因此，wakeup_count存在的一个根本原因是保证wakeup event执行的原子性（这里与指令操作的原子性有区别）。

wakeup_count是怎样影响suspend流程的呢？

先看下kernel里面wakeup_count的存在形式：

回到autosuspend的流程，当在读取wakeup_count的时候，如果有正处于active状态的wakeup event时， autosuspend进程会在此阻塞(能走到suspend流程说明系统也确实没其它什么事了)，直到系统没有了处于active状态的wakeup event或者该进程被中断、信号唤醒才会返回，当返回时如果还有处于active状态的wakeup event，这也标识着读失败，继续循环读取；读取成功后，会把前16bit的值传给autosuspend进程。

读到wakeup_count后，会尝试再往wakeup_count里面写入读到的值，如果这时检测到有处于active状态的wakeup event或者本次读取到的Registered wakeup events与写入的值不相等(表示这期间有wakeup 的events触发过，是有风险的)，这时会写入失败，suspend流程被中止。

2、pm_wakeup_pending的作用

检测suspend流程是否能触发，并继续走下去，能看到是内核与用户空间通过wakeup_count这个媒介一起配合完成的(参考pm_save_wakeup_count的实现)，而在写入wakeup_count完成后，内核继续在suspend 执行路径里面做这种异常的检测，基本是在suspend路径中比较耗时的动作前后插桩检测，见pm_wakeup_pending的实现，如果我们想要知道在suspend过程中是因为哪些wakeup events的出现导致了流程被中止，在这里可以做下标识。

二、Suspend内核流程跟踪

风险暂时排除后，开始尝试进入suspend流程，通过写入“mem”到state节点（本文只讨论mem的这种情况）。由于suspend内核流程比较复杂，这里只描述比较重要的环节。

如果系统走的是psci的统一接口，suspend_ops只有valid和enter被赋值，其它的成员先暂不介绍。

图 2 suspend_ops示例

1、首先是同步文件系统，见SYSCALL_DEFINE0(sync)的实现，这一步保证suspend前所有写入的数据被同步到块设备，不会丢失，主要是唤醒块设备的pdflush相关进程，然后写脏inode，写块设备，提交缓存数据到journal(ext4),保证在sync这一刻之前的数据不会丢失。

2、准备并冻结进程(suspend_prepare)，由以下几步组成：

1) pm_prepare_console给suspend分配一个虚拟终端来输出信息；

2) 发送一个系统要进入suspend的notify。

3) _usermodehelper_disable禁止创建新的usermode helper，内核不再接收这种helper进程的创建。

4) 冻结用户进程及内核进程，及内核相工作队列，唤醒所有的应用进程（fake_signal_wake_up）及内核进程，应用进程的freeze通过信号处理相关函数来调用到try_to_freeze进行冻结，而可冻结的内核进程需要有能力处理冻结流程并显式调用try_to_freeze进行冻结，冻结的最终实现在__refrigerator，每一个被冻结的进程都会调到这来，就像放入冰箱一样，主要也是设置state为TASK_UNINTERRUPTIBLE，然后判断如果要freeze，就调用schedule()把自己切出运行队列。

3、suspend_test这个功能，我们可以用来调试系统在未进入真正的suspend前的某些固定阶段的状态，使能后，借助rtc来做timer发起suspend test主流程，这些固定阶段嵌在suspend流程里，包括以下几个阶段：TEST_FREEZER->TEST_DEVICES-> TEST_PLATFORM->TEST_CPUS->TEST_CORE，由浅入深，当suspend走到你要调试的阶段后，会在这个阶段上睡眠一段时间，供我们来调试系统。

4、休眠设备并进入suspend(suspend_devices_and_enter),由以下步骤组成：

1) 调用platform_suspend_begin，这个区分平台，看下平台是否有在suspend开始时执行操作的需求。略过。

2) suspend console，ptintk将不能打印。

3) suspend所有非系统设备，即调用设备注册的suspend回调(dpm_suspend_start)。device节点的流转过程就是device在整个休眠唤醒过程中的流程，对文字敏感的朋友可以直接看下图。对单个设备来讲，先从dpm_list链表中取出device并执行该 device的prepare回调，成功后会把该device节点移动到dpm_prepared_list链表，后面在做 dpm_suspend时，会从这个链表里面取device,执行suspend的回调，成功后会把该device移动到dpm_suspended_list链表，dpm_suspend_late中会从dpm_suspended_list链表中取出device执行suspend_late回调，然后把device节点移动到dpm_late_early_list链表，dpm_noirq_suspend_devices里会从dpm_late_early_list链表中取出device执行suspend_noirq回调，并把device节点移动到dpm_noirq_list链表，在后续resume过程中dpm_resume_noirq中又会从dpm_noirq_list链表中取出device执行resume_noirq回调，并把device节点移动到dpm_late_early_list链表，dpm_resume_early时会从dpm_late_early_list链表中取出device并执行resume_early回调，然后把device节点链入dpm_suspended_list链表，在dpm_resume时会从dpm_suspended_list链表中拿到device执行resume回调，并把device节点再移动到dpm_prepared_list链表，最后执行dpm_complete时，会从dpm_prepared_list链表中拿到device执行complete回调，并把device重新链入dpm_list链表。完成device节点的流转。设备的休眠和唤醒是系统休眠唤醒的重要组成部分，流转流程如下图：

图 3 设备节点在休眠唤醒流程中流转过程

4) 把系统进入到要求的sleep状态，然后停止运行(suspend_enter)。

三、suspend_enter

单独介绍下suspend_enter，略过一些无感的流程：

1、某些平台需要在这个阶段做一些准备动作，通过调用suspend_ops->prepare来实现平台相关的操作。

2、执行上面已经介绍过的设备的suspend_late回调。

3、dpm_suspend_noirq做的工作是先禁止cpu进入idle,毕竟要进suspend了就不需要再进行idle的选择了，然后开始禁止设备的中断，禁止中断前，会先遍历所有的wakeup source,把对应的中断状态置位IRQD_WAKEUP_STATE flag，这样再禁止中断的过程中轮询到这个中断时，会再加上IRQD_WAKEUP_ARMED flag，没有包含IRQD_WAKEUP_STATE状态的中断会被禁掉。IRQD_WAKEUP_ARMED主要是用来对进入到suspend的wakeup source对应的irq做标识，在irq_may_run里面做快速响应，想想如果在irq_may_run里面返回false代表了什么呢？

4、disable_nonboot_cpus 负责关闭noboot的那些cpu，随后用arch_suspend_disable_irqs关闭bootcpu的中断，即cpu不再响应中断。

5、进入suspend前的最后一步，syscore_suspend主要是执行那些系统及平台在suspend前必需的流程，比如保存一些clk的状态，在resume的时候能恢复clk到suspend前的状态、系统为了对suspend时间的统计及系统时间的更新、也可以用作调试手段，来收集suspend前后的相关信息。

6、最后一步，进入suspend，每种类型的平台实现不同。一般是把主时钟停掉，会启用一个频率更低的时钟来减少功耗，cpu停止运行。

参考文献：

kernel-4.14/Documentation/power/freezing-of-tasks.txt

http://www.wowotech.net/linux_kenrel/suspend_and_resume.html

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