Linux与Android休眠唤醒对比
原文：
http://hi.baidu.com/ch_ff/item/fe9b49f357f59c0f85d2783d
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Linux与Android休眠唤醒对比
Linux休眠(suspend)的简单介绍
在Linux中(PC和嵌入式系统),休眠主要分三个主要的步骤:
1，冻结用户态进程和内核态任务.
2，调用注册的设备的suspend的回调函数.
顺序是按照注册顺序
3,休眠核心设备和使CPU进入休眠态冻结进程是内核把进程列表中所有的进程的状态都设置为停止,并且保存下所有进程的上下文. 当这些进程被解冻的时候,他们是不知道自己被冻结过的,只是简单的继续执行.如何让Linux进入休眠呢?用户可以通过读写sys文件/sys /power/state 是实现控制系统进入休眠. 比如
# echo standby > /sys/power/state
命令系统进入休眠. 也可以使用
# cat /sys/power/state
来得到内核支持哪几种休眠方式.
Linux 休眠与唤醒（一）
相关的文件:
你可以通过访问 Linux内核网站来得到源代码,下面是文件的路径:
linux_soruce/kernel/power/main.c
linux_source/kernel/arch/xxx/mach-xxx/pm.c
linux_source/driver/base/power/main.c
接下来让我们详细的看一下Linux是怎么休眠/唤醒的. Let's going to see how these happens.
main.c文件是整个框架的入口,用户可以通过读写sys文件/sys/power/state实现控制系统进入低功耗状态.用户对于/sys/power/state的读写会调用到main.c中的state_store(),用户可以写入const char * const pm_states[] 中定义的字符串， 比如“on”,“mem”,“standby”,“disk”.
然后state_store()会调用enter_state(),它首先会检查一些状态参数,然后同步文件系统. 下面是代码:
/**
* enter_state - Do common work ofentering low-power state.
* @state: pm_statestructurefor state we're entering.
*
* Make sure we're the only ones tryingto enter a sleep state. Fail
* if someone has beat us to it, since wedon't want anything weird to
* happen when we wake up.
* Then, do the setup for suspend, enterthe state, and cleaup (after
* we've woken up).
*/
static int enter_state(suspend_state_t state)
{
int error;
if (!valid_state(state))
return-ENODEV;
if(!mutex_trylock(&pm_mutex))
return-EBUSY;
printk(KERN_INFO "PM:Syncingfilesystems ... ");
sys_sync();
printk("done.");
pr_debug("PM:Preparingsystem for %s sleep", pm_states[state]);
error = suspend_prepare();
if (error)
gotoUnlock;
if (suspend_test(TEST_FREEZER))
gotoFinish;
pr_debug("PM: Entering%ssleep", pm_states[state]);
error=suspend_devices_and_enter(state);
Finish:
pr_debug("PM:Finishingwakeup.");
suspend_finish();
Unlock:
mutex_unlock(&pm_mutex);
return error;
}
准备, 冻结进程
当进入到suspend_prepare()中以后, 它会给suspend分配一个虚拟终端来输出信息pm_prepare_console(), 然后广播一个系统要进入suspend的Notify---pm_notifier_call_chain(), 关闭掉用户态的helper进程usermodehelper_disable(), 然后一次调用suspend_freeze_processes()冻结所有的进程, 这里会保存所有进程当前的状态, 也许有一些进程会拒绝进入冻结状态, 当有这样的进程存在的时候, 会导致冻结失败,此函数就会放弃冻结进程,并且解冻刚才冻结的所有进程.suspend_thaw_processes()和usermodehelper_enable()。
/**
* suspend_prepare - Do prep work beforeentering low-power state.
*
* This is common code that is called foreach state that we're entering.
* Run suspend notifiers, allocate aconsole and stop all processes.
*/
static int suspend_prepare(void)
{
int error;
unsigned int free_pages;
if (!suspend_ops||!suspend_ops->enter)
return-EPERM;
pm_prepare_console();
error=pm_notifier_call_chain(PM_SUSPEND_PREPARE);
if (error)
gotoFinish;
error =usermodehelper_disable();
if (error)
gotoFinish;
if(suspend_freeze_processes()) {
error= -EAGAIN;
gotoThaw;
}
free_pages=global_page_state(NR_FREE_PAGES);
if (free_pages<FREE_PAGE_NUMBER) {
pr_debug("PM:freesome memory");
shrink_all_memory(FREE_PAGE_NUMBER - free_pages);
if(nr_free_pages() <FREE_PAGE_NUMBER) {
error= -ENOMEM;
printk(KERN_ERR"PM:No enough memory");
}
}
if (!error)
return0;
Thaw:
suspend_thaw_processes();
usermodehelper_enable();
Finish:
pm_notifier_call_chain(PM_POST_SUSPEND);
pm_restore_console();
return error;
}
让外设进入休眠
现在, 所有的进程(也包括workqueue[queue_work()]/kthread) 都已经停止了, 内核态任务有可能在停止的时候握有一些信号量, 所以如果这时候在外设里面去解锁这个信号量有可能会发生死锁, 所以在外设的suspend()函数里面作lock/unlock锁要非常小心,这里建议设计的时候就不要在suspend()里面等待锁. 而且因为suspend的时候,有一些Log是无法输出的,所以一旦出现问题,非常难调试.
然后kernel在这里会尝试释放一些内存.
最后会调用suspend_devices_and_enter()来把所有的外设休眠, 在这个函数中, 如果平台注册了suspend_pos(通常是在板级定义中定义和注册), 这里就会调用suspend_ops->begin(), 然后driver/base/power/main.c 中的device_suspend()->dpm_suspend() 会被调用,他们会依次调用驱动的suspend() 回调来休眠掉所有的设备.
当所有的设备休眠以后, suspend_ops->prepare()会被调用, 这个函数通常会作一些准备工作来让板机进入休眠. 接下来Linux,在多核的CPU中的非启动CPU会被关掉, 通过注释看到是避免这些其他的CPU造成race condion,接下来的以后只有一个CPU在运行了.
suspend_ops 是板级的电源管理操作, 通常注册在文件arch/xxx/mach-xxx/pm.c 中.
接下来,suspend_enter()会被调用, 这个函数会关闭arch irq, 调用device_power_down(), 它会调用suspend_late()函数, 这个函数是系统真正进入休眠最后调用的函数, 通常会在这个函数中作最后的检查. 如果检查没问题, 接下来休眠所有的系统设备和总线, 并且调用suspend_pos->enter() 来使CPU进入 省电状态. 这时候,就已经休眠了.代码的执行也就停在这里了.
/**
* suspend_devices_and_enter - suspenddevices and enter the desired system
* sleepstate.
* @state: stateto enter
*/
int suspend_devices_and_enter(suspend_state_t state)
{
int error, ftrace_save;
if (!suspend_ops)
return-ENOSYS;
if (suspend_ops->begin){
error=suspend_ops->begin(state);
if(error)
gotoClose;
}
suspend_console();
ftrace_save=__ftrace_enabled_save();
suspend_test_start();
error=device_suspend(PMSG_SUSPEND);
if (error) {
printk(KERN_ERR"PM: Somedevices failed to suspend");
gotoRecover_platform;
}
suspend_test_finish("suspenddevices");
if(suspend_test(TEST_DEVICES))
gotoRecover_platform;
if(suspend_ops->prepare) {
error=suspend_ops->prepare();
if(error)
gotoResume_devices;
}
if(suspend_test(TEST_PLATFORM))
gotoFinish;
error =disable_nonboot_cpus();
if (!error&&!suspend_test(TEST_CPUS))
suspend_enter(state);
enable_nonboot_cpus();
Finish:
if (suspend_ops->finish)
suspend_ops->finish();
Resume_devices:
suspend_test_start();
device_resume(PMSG_RESUME);
suspend_test_finish("resumedevices");
__ftrace_enabled_restore(ftrace_save);
resume_console();
Close:
if (suspend_ops->end)
suspend_ops->end();
return error;
Recover_platform:
if (suspend_ops->recover)
suspend_ops->recover();
goto Resume_devices;
}
Resume唤醒
如果在休眠中系统被中断或者其他事件唤醒, 接下来的代码就会开始执行, 这个唤醒的顺序是和休眠的循序相反的,所以系统设备和总线会首先唤醒,使能系统中断, 使能休眠时候停止掉的非启动CPU, 以及调用suspend_ops->finish(), 而且在suspend_devices_and_enter()函数中也会继续唤醒每个设备,使能虚拟终端, 最后调用suspend_ops->end().
在返回到enter_state()函数中的, 当suspend_devices_and_enter() 返回以后, 外设已经唤醒了, 但是进程和任务都还是冻结状态, 这里会调用suspend_finish()来解冻这些进程和任务, 而且发出Notify来表示系统已经从suspend状态退出, 唤醒终端.
到这里, 所有的休眠和唤醒就已经完毕了, 系统继续运行了.
Android 休眠与唤醒（二）
Android 中定义了几种低功耗状态：earlysuspend，suspend，hibernation。
1，earlysuspend是一种低功耗的状态,某些设备可以选择进入某种功耗较低的状态,比如LCD可以降低亮度或灭掉;
2，suspend是指除电源管理以外的其他外围模块以及cpu均不工作,只有内存保持自刷新的状态;
3，hibernation是指所有内存镜像都被写入磁盘中,然后系统关机,恢复后系统将能恢复到“关机”之前的状态.
在一个打过android补丁的内核中, state_store()首先判断用户写入的是否是“disk”字符串,如果是则调用hibernate()函数命令系统进入hibernation状态. 如果是其他字符串则调用request_suspend_state()（如果定义CONFIG_EARLYSUSPEND）或者调用enter_state()（如果未定义CONFIG_EARLYSUSPEND）.
AndroidSuspend时, state_store()函数会进入到request_suspend_state()中, 这个文件在earlysuspend.c中,这些功能都是android系统加的, 后面会对early suspend和late resume 进行介绍.
涉及到的文件:
linux_source/kernel/power/main.c
linux_source/kernel/power/earlysuspend.c
linux_source/kernel/power/wakelock.c
特性介绍
Early Suspend
Earlysuspend 是android 引进的一种机制, 这种机制在上游备受争议,这里不做评论. 这个机制作用在关闭显示的时候. 在这个时候, 一些和显示有关的设备,比如LCD背光, 重力感应器, 触摸屏, 这些设备都会关掉, 但是系统可能还是在运行状态(这时候还有wake lock)进行任务的处理, 例如在扫描SD卡上的文件, 后台音乐/FM播放, 文件传输/下载等. 在嵌入式设备中, 背光是一个很大的电源消耗,所以android加入这样一种机制.
Late Resume
Late Resume是和Earlysuspend 配套的一种机制, 是在内核唤醒完毕开始执行的. 主要就是唤醒在Early Suspend的时候休眠的设备.
Wake Lock
Wake Lock 在Android的电源管理系统中扮演一个核心的角色. Wake Lock是一种锁的机制, 只要有人拿着这个锁, 系统就无法进入休眠, 它可以被用户态程序和内核获得. 这个锁可以是有超时的或者是没有超时的, 超时的锁会在时间过去以后自动解锁. 如果没有锁了或者超时了, 内核就会启动休眠的那套机制来进入休眠.
Android Suspend
当用户通过sysfs写入mem 或者standby到/sys/power/state中的时候, state_store()会被调用, 然后Android会在这里调用request_suspend_state() 而标准的Linux会在这里进入enter_state()这个函数. 如果请求的是休眠, 那么early_suspend这个workqueue[queue_work()]就会被调用,并且进入early_suspend状态.
voidrequest_suspend_state(suspend_state_t new_state)
{
unsignedlong irqflags;
intold_sleep;
spin_lock_irqsave(&state_lock,irqflags);
old_sleep= state & SUSPEND_REQUESTED;
if(debug_mask & DEBUG_USER_STATE) {
structtimespec ts;
structrtc_time tm;
getnstimeofday(&ts);
rtc_time_to_tm(ts.tv_sec,&tm);
pr_info("request_suspend_state:%s (%d->%d) at %lld "
"(%d-%02d-%02d%02d:%02d:%02d.%09lu UTC)",
new_state!= PM_SUSPEND_ON ? "sleep" : "wakeup",
requested_suspend_state,new_state,
ktime_to_ns(ktime_get()),
tm.tm_year+ 1900, tm.tm_mon + 1, tm.tm_mday,
tm.tm_hour,tm.tm_min, tm.tm_sec, ts.tv_nsec);
}
if(!old_sleep && new_state != PM_SUSPEND_ON) {
state|= SUSPEND_REQUESTED;
queue_work(suspend_work_queue,&early_suspend_work);
}else if (old_sleep && new_state == PM_SUSPEND_ON) {
state&= ~SUSPEND_REQUESTED;
wake_lock(&main_wake_lock);
queue_work(suspend_work_queue,&late_resume_work);
}
requested_suspend_state= new_state;
spin_unlock_irqrestore(&state_lock,irqflags);
}
EarlySuspend
在early_suspend()函数中, 首先会检查现在请求的状态还是否是suspend, 来防止suspend的请求会在这个时候取消掉(因为这个时候用户进程还在运行),如果需要退出, 就简单的退出了. 如果没有, 这个函数就会把early suspend中 注册的一系列的回调都调用一次, 然后同步文件系统, 然后放弃掉main_wake_lock, 这个wake lock是一个没有超时的锁,如果这个锁不释放, 那么系统就无法进入休眠.
static void early_suspend(struct work_struct *work)
{
structearly_suspend *pos;
unsignedlong irqflags;
intabort = 0
mutex_lock(&early_suspend_lock);
spin_lock_irqsave(&state_lock,irqflags);
if(state == SUSPEND_REQUESTED)
state|= SUSPENDED;
else
abort= 1;
spin_unlock_irqrestore(&state_lock,irqflags);
if(abort) {
if(debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
pr_info("early_suspend:abort, state %d", state);
mutex_unlock(&early_suspend_lock);
gotoabort;
}
if(debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
pr_info("early_suspend:call handlers");
list_for_each_entry(pos,&early_suspend_handlers, link) {
if(pos->suspend != NULL)
pos->suspend(pos);
}
mutex_unlock(&early_suspend_lock);
if (debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
pr_info("early_suspend:sync");
sys_sync();
abort:
spin_lock_irqsave(&state_lock,irqflags);
if(state == SUSPEND_REQUESTED_AND_SUSPENDED)
wake_unlock(&main_wake_lock);
spin_unlock_irqrestore(&state_lock,irqflags);
}
LateResume
当所有的唤醒已经结束以后, 用户进程都已经开始运行了, 唤醒通常会是以下的几种原因:
来电
如果是来电, 那么Modem会通过发送命令给rild来让rild通知WindowManager有来电响应,这样就会远程调用PowerManagerService来写"on" 到/sys/power/state 来执行late resume的设备, 比如点亮屏幕等.
用户按键
用户按键事件会送到WindowManager 中,WindowManager会处理这些 按键事件,按键分为几种情况, 如果案件不是唤醒键(能够唤醒系统的按键) 那么WindowManager会主动放弃wakeLock来使系统进入再次休眠, 如果按键是唤醒键,那么WindowManger就会调用PowerManagerService中的接口来执行Late Resume. Late Resume 会依次唤醒前面调用了Early Suspend的设备.
static void late_resume(structwork_struct *work)
{
struct early_suspend *pos;
unsignedlong irqflags;
intabort = 0;
mutex_lock(&early_suspend_lock);
spin_lock_irqsave(&state_lock,irqflags);
if(state == SUSPENDED)
state&= ~SUSPENDED;
else
abort= 1;
spin_unlock_irqrestore(&state_lock,irqflags);
if(abort) {
if(debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
pr_info("late_resume:abort, state %d", state);
gotoabort;
}
if(debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
pr_info("late_resume:call handlers");
list_for_each_entry_reverse(pos,&early_suspend_handlers, link)
if(pos->resume != NULL)
pos->resume(pos);
if(debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
pr_info("late_resume:done");
abort:
mutex_unlock(&early_suspend_lock);
}
Wake Lock
我们接下来看一看wake lock的机制是怎么运行和起作用的, 主要关注wakelock.c文件就可以了.
wake lock 有加锁和解锁两种状态, 加锁的方式有两种, 一种是永久的锁住, 这样的锁除非显示的放开, 是不会解锁的, 所以这种锁的使用是非常小心的. 第二种是超时锁, 这种锁会锁定系统唤醒一段时间, 如果这个时间过去了, 这个锁会自动解除.
锁有两种类型:
WAKE_LOCK_SUSPEND 这种锁会防止系统进入睡眠
WAKE_LOCK_IDLE 这种锁不会影响系统的休眠, 作用我不是很清楚.
在wakelock中, 会有3个地方让系统直接开始suspend(), 分别是:
在wake_unlock()中, 如果发现解锁以后没有任何其他的wake lock了, 就开始休眠 在定时器都到时间以后, 定时器的回调函数会查看是否有其他的wake lock, 如果没有, 就在这里让系统进入睡眠. 在wake_lock() 中, 对一个wake lock加锁以后, 会再次检查一下有没有锁, 我想这里的检查是没有必要的, 更好的方法是使加锁的这个操作原子化, 而 不是繁冗的检查. 而且这样的检查也有可能漏掉.
Suspend
当wake_lock运行suspend()以后, 在wakelock.c的suspend()函数会被调用,这个函数首先sync文件系统,然后调用pm_suspend(request_suspend_state),接下来pm_suspend()就会调用enter_state()来进入Linux的休眠流程..
static void suspend(structwork_struct *work),
{
intret;
intentry_event_num;
if(has_wake_lock(WAKE_LOCK_SUSPEND)) {
if(debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
pr_info("suspend:abort suspend");
return;
}
entry_event_num= current_event_num;
sys_sync();
if(debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
pr_info("suspend:enter suspend");
ret= pm_suspend(requested_suspend_state);
if (current_event_num == entry_event_num) {
wake_lock_timeout(&unknown_wakeup,HZ / 2);
}
}
Android于标准Linux休眠的区别
pm_suspend()虽然会调用enter_state()来进入标准的Linux休眠流程,但是还是有一些区别:
1，当进入冻结进程的时候, android首先会检查有没有wakelock,如果没有, 才会停止这些进程, 因为在开始suspend和冻结进程期间有可能有人申请了wake lock,如果是这样, 冻结进程会被中断.
2，在suspend_late()中, 会最后检查一次有没有wake lock, 这有可能是某种快速申请wake lock,并且快速释放这个锁的进程导致的,如果有这种情况, 这里会返回错误, 整个suspend就会全部放弃.如果pm_suspend()成功了,LOG的输出可以通过在kernel cmd里面增加"no_console_suspend" 来看到suspend和resume过程中的log输出.
