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Linux Kernel and Android 休眠与唤醒(中文版)

發(fā)布時間：2025/4/5 linux 37 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 Linux Kernel and Android 休眠与唤醒(中文版) 小編覺得挺不錯的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個參考.

Linux Kernel and Android 休眠與喚醒(中文版)

四月 18th, 2010 0 Comments/1664 hits

Table of Contents

簡介
國際化
版本信息
對于休眠(suspend)的簡單介紹
Linux Suspend 的流程
- 相關(guān)的文件:
- 準(zhǔn)備, 凍結(jié)進程
- 讓外設(shè)進入休眠
- Resume
Android 休眠(suspend)
- 涉及到的文件:
- 特性介紹
  - Early Suspend
  - Late Resume
  - Wake Lock
- Android Suspend
- Early Suspend
- Late Resume
- Wake Lock
- Suspend
- Android于標(biāo)準(zhǔn)Linux休眠的區(qū)別

簡介

休眠/喚醒在嵌入式Linux中是非常重要的部分,嵌入式設(shè)備盡可能的進入休眠狀態(tài)來延長電池的續(xù)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, 還有Android中如何把這部分和Linux的機制聯(lián)系起來的.

國際化

English Version: link
中文版: link

作者: zhangjiejing <kzjeef#gmail.com> ?Date: 2010-04-07, http://www.thinksrc.com

版本信息

Linux Kernel: v2.6.28
Android: v2.0

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:

凍結(jié)用戶態(tài)進程和內(nèi)核態(tài)任務(wù)

調(diào)用注冊的設(shè)備的suspend的回調(diào)函數(shù)

順序是按照注冊順序

休眠核心設(shè)備和使CPU進入休眠態(tài)凍結(jié)進程是內(nèi)核把進程列表中所有的進程的狀態(tài)都設(shè)置為停止,并且保存下所有進程的上下文. 當(dāng)這些進程被解凍的時候,他們是不知道自己被凍結(jié)過的,只是簡單的繼續(xù)執(zhí)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(xiàn)控制系統(tǒng)進入休眠. 比如

# echo standby > /sys/power/state

命令系統(tǒng)進入休眠. 也可以使用

# cat /sys/power/state

來得到內(nèi)核支持哪幾種休眠方式.

Linux Suspend 的流程

相關(guān)的文件:

你可以通過訪問?Linux內(nèi)核網(wǎng)站?來得到源代碼,下面是文件的路徑:

linux_soruce/kernel/power/main.c
linux_source/kernel/arch/xxx/mach-xxx/pm.c
linux_source/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(diào)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".

然后state_store()會調(diào)用enter_state(), 它首先會檢查一些狀態(tài)參數(shù),然后同步文件系統(tǒng). 下面是代碼:

/**
?*????? 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).
?*/
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: 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]);
??????? error = suspend_devices_and_enter(state);

?Finish:
??????? pr_debug("PM: Finishing wakeup.\n");
??????? suspend_finish();
?Unlock:
??????? mutex_unlock(&pm_mutex);
??????? return error;
}

準(zhǔn)備, 凍結(jié)進程

當(dāng)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(tǒng)要進入suspend的Notify, 關(guān)閉掉用戶態(tài)的helper進程, 然后一次調(diào)用suspend_freeze_processes()凍結(jié)所有的進程, 這里會保存所有進程當(dāng)前的狀態(tài), 也許有一些進程會拒絕進入凍結(jié)狀態(tài), 當(dāng)有這樣的進程存在的時候, 會導(dǎo)致凍結(jié)失敗,此函數(shù)就會放棄凍結(jié)進程,并且解凍剛才凍結(jié)的所有進程.

/**
?*????? 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;
??????? 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)
??????????????? goto Finish;

??????? error = usermodehelper_disable();
??????? if (error)
??????????????? goto Finish;

??????? if (suspend_freeze_processes()) {
??????????????? error = -EAGAIN;
??????????????? goto Thaw;
??????? }

??????? free_pages = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
??????? if (free_pages < FREE_PAGE_NUMBER) {
??????????????? pr_debug("PM: free some memory\n");
??????????????? shrink_all_memory(FREE_PAGE_NUMBER - free_pages);
??????????????? if (nr_free_pages() < FREE_PAGE_NUMBER) {
??????????????????????? error = -ENOMEM;
??????????????????????? printk(KERN_ERR "PM: No enough memory\n");
??????????????? }
??????? }
??????? if (!error)
??????????????? return 0;

?Thaw:
??????? suspend_thaw_processes();
??????? usermodehelper_enable();
?Finish:
??????? pm_notifier_call_chain(PM_POST_SUSPEND);
??????? pm_restore_console();
??????? return error;
}

讓外設(shè)進入休眠

現(xiàn)在, 所有的進程(也包括workqueue/kthread) 都已經(jīng)停止了, 內(nèi)核態(tài)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(shè)里面去解鎖這個信號量有可能會發(fā)生死鎖, 所以在外設(shè)的suspend()函數(shù)里面作lock/unlock鎖要非常小心,這里建議設(shè)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(xiàn)問題,非常難調(diào)試.

然后kernel在這里會嘗試釋放一些內(nèi)存.

最后會調(diào)用suspend_devices_and_enter()來把所有的外設(shè)休眠, 在這個函數(shù)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(diào)用 suspend_ops->begin(), 然后driver/base/power/main.c 中的 device_suspend()->dpm_suspend() 會被調(diào)用,他們會依次調(diào)用驅(qū)動的suspend() 回調(diào)來休眠掉所有的設(shè)備.

當(dāng)所有的設(shè)備休眠以后, suspend_ops->prepare()會被調(diào)用, 這個函數(shù)通常會作一些準(zhǔn)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(guān)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(diào)用, 這個函數(shù)會關(guān)閉arch irq, 調(diào)用 device_power_down(), 它會調(diào)用suspend_late()函數(shù), 這個函數(shù)是系統(tǒng)真正進入休眠最后調(diào)用的函數(shù), 通常會在這個函數(shù)中作最后的檢查. 如果檢查沒問題, 接下來休眠所有的系統(tǒng)設(shè)備和總線, 并且調(diào)用 suspend_pos->enter() 來使CPU進入省電狀態(tài). 這時候,就已經(jīng)休眠了.代碼的執(zhí)行也就停在這里了.

/**
?*????? 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, ftrace_save;

??????? if (!suspend_ops)
??????????????? return -ENOSYS;

??????? if (suspend_ops->begin) {
??????????????? error = suspend_ops->begin(state);
??????????????? if (error)
??????????????????????? goto Close;
??????? }
??????? suspend_console();
??????? ftrace_save = __ftrace_enabled_save();
??????? suspend_test_start();
??????? error = device_suspend(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;

??????? if (suspend_ops->prepare) {
??????????????? error = suspend_ops->prepare();
??????????????? if (error)
??????????????????????? goto Resume_devices;
??????? }

??????? if (suspend_test(TEST_PLATFORM))
??????????????? goto Finish;

??????? 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("resume devices");
??????? __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

如果在休眠中系統(tǒng)被中斷或者其他事件喚醒, 接下來的代碼就會開始執(zhí)行, 這個喚醒的順序是和休眠的循序相反的,所以系統(tǒng)設(shè)備和總線會首先喚醒,使能系統(tǒng)中斷, 使能休眠時候停止掉的非啟動CPU, 以及調(diào)用suspend_ops->finish(), 而且在suspend_devices_and_enter()函數(shù)中也會繼續(xù)喚醒每個設(shè)備,使能虛擬終端, 最后調(diào)用 suspend_ops->end().

在返回到enter_state()函數(shù)中的, 當(dāng) suspend_devices_and_enter() 返回以后, 外設(shè)已經(jīng)喚醒了, 但是進程和任務(wù)都還是凍結(jié)狀態(tài), 這里會調(diào)用suspend_finish()來解凍這些進程和任務(wù), 而且發(fā)出Notify來表示系統(tǒng)已經(jīng)從suspend狀態(tài)退出, 喚醒終端.

到這里, 所有的休眠和喚醒就已經(jīng)完畢了, 系統(tǒng)繼續(xù)運行了.

Android 休眠(suspend)

在一個打過android補丁的內(nèi)核中, state_store()函數(shù)會走另外一條路,會進入到request_suspend_state()中, 這個文件在earlysuspend.c中. 這些功能都是android系統(tǒng)加的, 后面會對earlysuspend和late resume 進行介紹.

涉及到的文件:

linux_source/kernel/power/main.c
linux_source/kernel/power/earlysuspend.c
linux_source/kernel/power/wakelock.c

特性介紹

Early Suspend

Early suspend 是android 引進的一種機制, 這種機制在上游備受爭議,這里不做評論. 這個機制作用在關(guān)閉顯示的時候, 在這個時候, 一些和顯示有關(guān)的設(shè)備, 比如LCD背光, 比如重力感應(yīng)器, 觸摸屏, 這些設(shè)備都會關(guān)掉, 但是系統(tǒng)可能還是在運行狀態(tài)(這時候還有wake lock)進行任務(wù)的處理, 例如在掃描 SD卡上的文件等. 在嵌入式設(shè)備中, 背光是一個很大的電源消耗,所以 android會加入這樣一種機制.

Late Resume

Late Resume 是和suspend 配套的一種機制, 是在內(nèi)核喚醒完畢開始執(zhí)行的. 主要就是喚醒在Early Suspend的時候休眠的設(shè)備.

Wake Lock

Wake Lock 在Android的電源管理系統(tǒng)中扮演一個核心的角色. Wake Lock是一種鎖的機制, 只要有人拿著這個鎖, 系統(tǒng)就無法進入休眠, 可以被用戶態(tài)程序和內(nèi)核獲得. 這個鎖可以是有超時的或者是沒有超時的, 超時的鎖會在時間過去以后自動解鎖. 如果沒有鎖了或者超時了, 內(nèi)核就會啟動休眠的那套機制來進入休眠.

Android Suspend

當(dāng)用戶寫入mem 或者 standby到 /sys/power/state中的時候, state_store()會被調(diào)用, 然后Android會在這里調(diào)用 request_suspend_state() 而標(biāo)準(zhǔn)的Linux會在這里進入enter_state()這個函數(shù). 如果請求的是休眠, 那么early_suspend這個workqueue就會被調(diào)用,并且進入early_suspend狀態(tài).

void request_suspend_state(suspend_state_t new_state)
{
??????? unsigned long irqflags;
??????? int old_sleep;

??????? spin_lock_irqsave(&state_lock, irqflags);
??????? old_sleep = state & SUSPEND_REQUESTED;
??????? if (debug_mask & DEBUG_USER_STATE) {
????????????? ??struct timespec ts;
??????????????? struct rtc_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)\n",
??????????????????????? 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);
}

Early Suspend

在early_suspend()函數(shù)中, 首先會檢查現(xiàn)在請求的狀態(tài)還是否是suspend, 來防止suspend的請求會在這個時候取消掉(因為這個時候用戶進程還在運行),如果需要退出, 就簡單的退出了. 如果沒有, 這個函數(shù)就會把early suspend中注冊的一系列的回調(diào)都調(diào)用一次, 然后同步文件系統(tǒng), 然后放棄掉 main_wake_lock, 這個wake lock是一個沒有超時的鎖,如果這個鎖不釋放, 那么系統(tǒng)就無法進入休眠.

?? static void early_suspend(struct work_struct *work)
{
??????? struct early_suspend *pos;
??????? unsigned long irqflags;
??????? int abort = 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\n", state);
??????????????? mutex_unlock(&early_suspend_lock);
??????????????? goto abort;
??????? }

??????? if (debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
??????? ????????pr_info("early_suspend: call handlers\n");
??????? 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\n");

??????? 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);
}

Late Resume

當(dāng)所有的喚醒已經(jīng)結(jié)束以后, 用戶進程都已經(jīng)開始運行了, 喚醒通常會是以下的幾種原因:

來電

如果是來電, 那么Modem會通過發(fā)送命令給rild來讓rild通知WindowManager有來電響應(yīng),這樣就會遠程調(diào)用PowerManagerService來寫"on" 到 /sys/power/state 來執(zhí)行l(wèi)ate resume的設(shè)備, 比如點亮屏幕等.

用戶按鍵用戶按鍵事件會送到WindowManager中, WindowManager會處理這些按鍵事件,按鍵分為幾種情況, 如果案件不是喚醒鍵(能夠喚醒系統(tǒng)的按鍵) 那么WindowManager會主動放棄wakeLock來使系統(tǒng)進入再次休眠, 如果按鍵是喚醒鍵,那么WindowManger就會調(diào)用PowerManagerService中的接口來執(zhí)行 Late Resume.
Late Resume 會依次喚醒前面調(diào)用了Early Suspend的設(shè)備.

static void late_resume(struct work_struct *work)
{
??????? struct early_suspend *pos;
??????? unsigned long irqflags;
??????? int abort = 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\n", state);
??????????????? goto abort;
??????? }
??????? if (debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
??????????????? pr_info("late_resume: call handlers\n");
??????? 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\n");
abort:
??????? mutex_unlock(&early_suspend_lock);
}

Wake Lock

我們接下來看一看wake lock的機制是怎么運行和起作用的, 主要關(guān)注 wakelock.c文件就可以了.

wake lock 有加鎖和解鎖兩種狀態(tài), 加鎖的方式有兩種, 一種是永久的鎖住, 這樣的鎖除非顯示的放開, 是不會解鎖的, 所以這種鎖的使用是非常小心的. 第二種是超時鎖, 這種鎖會鎖定系統(tǒng)喚醒一段時間, 如果這個時間過去了, 這個鎖會自動解除.

鎖有兩種類型:

WAKE_LOCK_SUSPEND 這種鎖會防止系統(tǒng)進入睡眠

WAKE_LOCK_IDLE 這種鎖不會影響系統(tǒng)的休眠, 作用我不是很清楚.

在wake lock中, 會有3個地方讓系統(tǒng)直接開始suspend(), 分別是:

在wake_unlock()中, 如果發(fā)現(xiàn)解鎖以后沒有任何其他的wake lock了, 就開始休眠

在定時器都到時間以后, 定時器的回調(diào)函數(shù)會查看是否有其他的wake lock, 如果沒有, 就在這里讓系統(tǒng)進入睡眠.

在wake_lock() 中, 對一個wake lock加鎖以后, 會再次檢查一下有沒有鎖, 我想這里的檢查是沒有必要的, 更好的方法是使加鎖的這個操作原子化, 而不是繁冗的檢查. 而且這樣的檢查也有可能漏掉.

Suspend

當(dāng)wake_lock 運行 suspend()以后, 在wakelock.c的suspend()函數(shù)會被調(diào)用,這個函數(shù)首先sync文件系統(tǒng),然后調(diào)用pm_suspend(request_suspend_state),接下來pm_suspend()就會調(diào)用enter_state()來進入Linux的休眠流程..

????? static void suspend(struct work_struct *work)
{
??????? int ret;
??????? int entry_event_num;

??????? if (has_wake_lock(WAKE_LOCK_SUSPEND)) {
??????????????? if (debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
??????????????????????? pr_info("suspend: abort suspend\n");
??????????????? return;
??????? }

??????? entry_event_num = current_event_num;
??????? sys_sync();
??????? if (debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
??????????????? pr_info("suspend: enter suspend\n");
??????? ret = pm_suspend(requested_suspend_state);
??????? if (current_event_num == entry_event_num) {
??????????????? wake_lock_timeout(&unknown_wakeup, HZ / 2);
??????? }
}

Android于標(biāo)準(zhǔn)Linux休眠的區(qū)別

pm_suspend() 雖然會調(diào)用enter_state()來進入標(biāo)準(zhǔn)的Linux休眠流程,但是還是有一些區(qū)別:

當(dāng)進入凍結(jié)進程的時候, android首先會檢查有沒有wake lock,如果沒有, 才會停止這些進程, 因為在開始suspend和凍結(jié)進程期間有可能有人申請了 wake lock,如果是這樣, 凍結(jié)進程會被中斷.
在suspend_late()中, 會最后檢查一次有沒有wake lock, 這有可能是某種快速申請wake lock,并且快速釋放這個鎖的進程導(dǎo)致的,如果有這種情況, 這里會返回錯誤, 整個suspend就會全部放棄.如果pm_suspend()成功了,LOG的輸出可以通過在kernel cmd里面增加 "no_console_suspend" 來看到suspend和resume過程中的log輸出。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux Kernel and Android 休眠与唤醒(中文版)的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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