Linux中休眠/喚醒是如何工作的？
休眠/喚醒在嵌入式Linux中是非常重要的部分,嵌入式設備盡可能的進入休眠狀 態來延長電池的續航時間.這篇文章就詳細介紹一下Linux中休眠/喚醒是如何工作 的
我的linux內核版本：3.0.31
對于休眠(suspend)的簡單介紹
在Linux中,休眠主要分三個主要的步驟:
1、凍結用戶態進程和內核態任務
2、調用注冊的設備的suspend的回調函數
3、順序是按照注冊順序
休眠核心設備和使CPU進入休眠態凍結進程是內核把進程列表中所有的進程的狀態都設置為停止,并且保存下所有進程的上下文. 當這些進程被解凍的時候,他們是不知道自己被凍結過的,只是簡單的繼續執行.如何讓Linux進入休眠呢?用戶可以通過讀寫sys文件/sys /power/state 是實現控制系統進入休眠. 比如
- # echo mem > /sys/power/state
命令系統進入休眠. 也可以使用
- # cat /sys/power/state
來得到內核支持哪幾種休眠方式.
Linux Suspend 的流程
相關的文件:
你可以通過訪問Linux內核網站來得到源代碼,下面是文件的路徑:
kernel/kernel/power/main.c
kernel/kernel/power/suspend.c
kernel/driver/base/power/main.c
接下來讓我們詳細的看一下Linux是怎么休眠/喚醒的. Let ‘s going to see how these happens.
用戶對于/sys/power/state 的讀寫會調用到 main.c中的state_store(), 用戶可以寫入 const char * const pm_state[] 中定義的字符串, 比如”mem”, “standby”.當然一般是由suspend和resume的按鍵控制的
然后state_store()會調用enter_state(), 它首先會檢查一些狀態參數,然后同步文件系統. 下面是代碼:
[html] view plain copy
- /**
- * enter_state - Do common work of entering low-power state.
- * @state: pm_state structure for state we're entering.
- *
- * Make sure we're the only ones trying to enter a sleep state. Fail
- * if someone has beat us to it, since we don't want anything weird to
- * happen when we wake up.
- * Then, do the setup for suspend, enter the state, and cleaup (after
- * we've woken up).
- */
- 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: Syncing filesystems ... ");
- sys_sync();
- printk("done.\n");
- pr_debug("PM: Preparing system for %s sleep\n", pm_states[state]);
- error = suspend_prepare();
- if (error)
- goto Unlock;
- if (suspend_test(TEST_FREEZER))
- goto Finish;
- pr_debug("PM: Entering %s sleep\n", pm_states[state]);
- pm_restrict_gfp_mask();
- error = suspend_devices_and_enter(state);
- pm_restore_gfp_mask();
- Finish:
- pr_debug("PM: Finishing wakeup.\n");
- suspend_finish();
- Unlock:
- mutex_unlock(&pm_mutex);
- return error;
- }
準備, 凍結進程
當進入到suspend_prepare()中以后, 它會給suspend分配一個虛擬終端來輸出信 息, 然后廣播一個系統要進入suspend的Notify, 關閉掉用戶態的helper進程, 然后依次調用suspend_freeze_processes()凍結所有的進程, 這里會保存所有進程當前的狀態, 也許有一些進程會拒絕進入凍結狀態, 當有這樣的進程存在的時候, 會導致凍結失敗,此函數就會放棄凍結進程,并且解凍剛才凍結的所有進程.
[html] view plain copy
- /**
- * suspend_prepare - Do prep work before entering low-power state.
- *
- * This is common code that is called for each state that we're entering.
- * Run suspend notifiers, allocate a console and stop all processes.
- */
- static int suspend_prepare(void)
- {
- int error;
- if (!suspend_ops || !suspend_ops->enter)
- return -EPERM;
- pm_prepare_console();
- error = pm_notifier_call_chain(PM_SUSPEND_PREPARE);
- if (error)
- goto Finish;
- error = usermodehelper_disable();
- if (error)
- goto Finish;
- error = suspend_freeze_processes();
- if (!error)
- return 0;
- suspend_thaw_processes();
- usermodehelper_enable();
- Finish:
- pm_notifier_call_chain(PM_POST_SUSPEND);
- pm_restore_console();
- return error;
- }
讓外設進入休眠
現在, 所有的進程(也包括workqueue/kthread) 都已經停止了, 內核態人物有 可能在停止的時候握有一些信號量, 所以如果這時候在外設里面去解鎖這個信號 量有可能會發生死鎖, 所以在外設的suspend()函數里面作lock/unlock鎖要非常 小心,這里建議設計的時候就不要在suspend()里面等待鎖. 而且因為suspend的時候,有一些Log是無法輸出的,所以一旦出現問題,非常難調試.
然后kernel在這里會嘗試釋放一些內存.
最后會調用suspend_devices_and_enter()來把所有的外設休眠, 在這個函數中, 如果平臺注冊了suspend_pos(通常是在板級定義中定義和注冊), 這里就會調用 suspend_ops->begin(), 然后driver/base/power/main.c 中的 device_suspend()->dpm_suspend() 會被調用,他們會依次調用驅動的suspend() 回調來休眠掉所有的設備.
當所有的設備休眠以后, suspend_ops->prepare()會被調用, 這個函數通常會作 一些準備工作來讓板機進入休眠. 接下來Linux,在多核的CPU中的非啟動CPU會被關掉, 通過注釋看到是避免這些其他的CPU造成race condion,接下來的以后只有一個CPU在運行了.
suspend_ops 是板級的電源管理操作, 通常注冊在文件 arch/xxx/mach-xxx/pm.c 中.
接下來, suspend_enter()會被調用, 這個函數會關閉arch irq, 調用 device_power_down(), 它會調用suspend_late()函數, 這個函數是系統真正進入 休眠最后調用的函數, 通常會在這個函數中作最后的檢查. 如果檢查沒問題, 接 下來休眠所有的系統設備和總線, 并且調用 suspend_pos->enter() 來使CPU進入 省電狀態. 這時候,就已經休眠了.代碼的執行也就停在這里了.
[html] view plain copy
- /**
- * suspend_devices_and_enter - suspend devices and enter the desired system
- * sleep state.
- * @state: state to enter
- */
- int suspend_devices_and_enter(suspend_state_t state)
- {
- int error;
- if (!suspend_ops)
- return -ENOSYS;
- trace_machine_suspend(state);
- if (suspend_ops->begin) {
- error = suspend_ops->begin(state);
- if (error)
- goto Close;
- }
- suspend_console();
- suspend_test_start();
- error = dpm_suspend_start(PMSG_SUSPEND);
- if (error) {
- printk(KERN_ERR "PM: Some devices failed to suspend\n");
- goto Recover_platform;
- }
- suspend_test_finish("suspend devices");
- if (suspend_test(TEST_DEVICES))
- goto Recover_platform;
- error = suspend_enter(state);
- Resume_devices:
- suspend_test_start();
- dpm_resume_end(PMSG_RESUME);
- suspend_test_finish("resume devices");
- resume_console();
- Close:
- if (suspend_ops->end)
- suspend_ops->end();
- trace_machine_suspend(PWR_EVENT_EXIT);
- return error;
- Recover_platform:
- if (suspend_ops->recover)
- suspend_ops->recover();
- goto Resume_devices;
- }
RESUME
如果在休眠中系統被中斷或者其他事件喚醒, 接下來的代碼就會開始執行, 這個 喚醒的順序是和休眠的循序相反的,所以系統設備和總線會首先喚醒,使能系統中 斷, 使能休眠時候停止掉的非啟動CPU, 以及調用suspend_ops->finish(), 而且 在suspend_devices_and_enter()函數中也會繼續喚醒每個設備,使能虛擬終端, 最后調用 suspend_ops->end().
在返回到enter_state()函數中的, 當 suspend_devices_and_enter() 返回以后, 外設已經喚醒了, 但是進程和任務都還是凍結狀態, 這里會調用suspend_finish()來解凍這些進程和任務, 而且發出Notify來表示系統已經從suspend狀態退出, 喚醒終端.
到這里, 所有的休眠和喚醒就已經完畢了, 系統繼續運行了.
